本發(fā)明涉及車載無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種車載通信系統(tǒng)中無線資源的調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

V2X是智能交通系統(tǒng)(ITS)的核心技術(shù)。它是一個以移動車輛作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自組織網(wǎng)絡(luò)，是十分重要的網(wǎng)絡(luò)。ITS依靠短距離通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)車與車以及車與路邊基站之間的通信。與傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)相比，V2X網(wǎng)絡(luò)有兩個主要優(yōu)勢：首先，V2X網(wǎng)絡(luò)具有成本低、容易部署和操作的優(yōu)勢，消費(fèi)者無需訂閱即可享受服務(wù)；其次，從技術(shù)角度來看，智能交通系統(tǒng)中傳播的很多信息有很強(qiáng)的位置相關(guān)性，V2X網(wǎng)絡(luò)能夠很方便地為臨近車輛建立實(shí)時或者非實(shí)時的短距離通信。

車輛和車輛之間、車輛和其他裝置之間的信息交互是車聯(lián)網(wǎng)的重要功能之一，V2X技術(shù)是實(shí)現(xiàn)車輛之間信息交互的基礎(chǔ)。V2X網(wǎng)絡(luò)依靠短距離通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)車與車以及車與路側(cè)節(jié)點(diǎn)之間的通信，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)(CAN-Controller Area Network)、車路(Vehicle-2-RSU)、車間(Vehicle-2-Vehicle)、車外(vehicle-2-Infrastructure)、人車(Vehicle-2-Person)的各類信息的交互，從而提供安全、交通管理以及娛樂等綜合性服務(wù)。

V2X技術(shù)使車輛之間能夠通過單跳或者多跳的方式進(jìn)行自動互聯(lián)，這好比車與車之間能夠像人一樣互相交談，起到提高車輛運(yùn)行的安全和疏導(dǎo)交通流量等作用。移動的車輛間可通過車輛間或車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信來獲得智能交通信息或是完成車輛間的通信。其目的在于盡量避免交通堵塞、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，使交通更安全、更高效的運(yùn)行，同時方便車輛間信息的交流。

無線資源調(diào)度是指為相互存在沖突的車輛分配無線資源的過程，如圖1所示，無線資源的調(diào)度過程可以分為集中式(centralized)和分布式(distributed)兩種方法，二者區(qū)別在于：若資源調(diào)度是通過一個中央設(shè)備，如基站來進(jìn)行，則為集中式調(diào)度，若資源調(diào)度是靠每個車輛自己來完成，則為分布式調(diào)度。分布式資源調(diào)度為非協(xié)調(diào)調(diào)度(un-coordinated)和協(xié)調(diào)調(diào)度(coordinated)兩種方式。

現(xiàn)有車載無線通信網(wǎng)絡(luò)通常采用非協(xié)調(diào)調(diào)度方式。非協(xié)調(diào)調(diào)度是指互相存在干擾的車輛可以選擇使用同一個無線資源，這樣做的后果是可能會有沖突的產(chǎn)生。避免沖突產(chǎn)生的關(guān)鍵在于互相沖突的車輛間能夠進(jìn)行一定的信息交互來避免沖突的產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為解決上述技術(shù)問題，提供一種避免車載無線通信網(wǎng)絡(luò)無線資源調(diào)度過程中出現(xiàn)沖突的技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種車載通信系統(tǒng)中無線資源的調(diào)度方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種車載通信系統(tǒng)中無線資源的調(diào)度方法，包括步驟：

(1)為V2X網(wǎng)絡(luò)中的所有車輛節(jié)點(diǎn)和無線資源塊分配編號，定義任意一個車輛節(jié)點(diǎn)編號為k，k∈[1，2，…，K]，任意一個無線資源塊編號為p，p∈[1，2，…，P]，K和P分別為車輛節(jié)點(diǎn)和無線資源塊的總數(shù)；任意一個車輛節(jié)點(diǎn)通過廣播與接收廣播的方式與其一跳內(nèi)鄰居集合中的車輛節(jié)點(diǎn)進(jìn)行車輛信息交互；對于任意一個車輛節(jié)點(diǎn)，其一跳內(nèi)鄰居為處于該車輛節(jié)點(diǎn)通信半徑內(nèi)的車輛節(jié)點(diǎn)，其車輛信息包括該車輛節(jié)點(diǎn)待發(fā)送的數(shù)據(jù)信息、發(fā)送當(dāng)前數(shù)據(jù)所使用的資源塊的信息以及該車輛節(jié)點(diǎn)一跳內(nèi)鄰居集合中的車輛節(jié)點(diǎn)的車輛信息；

(2)當(dāng)車輛節(jié)點(diǎn)k競爭任意一個資源塊p時，車輛節(jié)點(diǎn)k從自身兩跳內(nèi)鄰居集合中選出與其競爭同一資源塊的車輛節(jié)點(diǎn)，并將這些車輛節(jié)點(diǎn)歸于車輛節(jié)點(diǎn)k一個沖突集；定義車輛節(jié)點(diǎn)k競爭資源塊p時的沖突集為C_k[p]，C_k[p]＝{1，2，…，i，…I}；

(3)車輛節(jié)點(diǎn)k構(gòu)建競爭資源塊p的隨機(jī)選擇函數(shù)，并根據(jù)隨機(jī)選擇函數(shù)的輸出結(jié)果判斷車輛節(jié)點(diǎn)k是否能獲得資源塊p；若車輛節(jié)點(diǎn)k獲得資源塊p，則執(zhí)行步驟(4)，否則，執(zhí)行步驟(5)；

(4)車輛節(jié)點(diǎn)k在資源塊p上傳輸待傳輸數(shù)據(jù)n；傳輸完成后，判斷車輛節(jié)點(diǎn)k是否存在其他待傳輸數(shù)據(jù)，若存在，則執(zhí)行步驟(5)；若不存在，則車輛節(jié)點(diǎn)k停止競爭資源塊，直至接收到新的待傳輸數(shù)據(jù)；

(5)令p＝p^*，返回步驟(2)；其中，資源塊p^*表示除了資源塊p的其他任意一個資源塊。

進(jìn)一步的，所述車輛節(jié)點(diǎn)k的兩跳內(nèi)鄰居集合包括車輛節(jié)點(diǎn)k的一跳內(nèi)鄰居和兩跳內(nèi)鄰居；其中，車輛節(jié)點(diǎn)k的兩跳內(nèi)鄰居為車輛節(jié)點(diǎn)k一跳內(nèi)鄰居的一跳內(nèi)鄰居。

進(jìn)一步的，所述步驟(3)中車輛節(jié)點(diǎn)k構(gòu)建的競爭資源塊p的隨機(jī)選擇函數(shù)為：

S1：將val的二進(jìn)制值向左位移12位的結(jié)果與val相加，賦值給val；

S2：將val的二進(jìn)制值向右位移22位的結(jié)果與val相異或，賦值給val；

S3：將val的二進(jìn)制值向左位移4位的結(jié)果與val相加，賦值給val；

S4：將val的二進(jìn)制值向右位移9位的結(jié)果與val相異或，賦值給val；

S5：將val的二進(jìn)制值向左位移10位的結(jié)果與val相加，賦值給val；

S6：將val的二進(jìn)制值向右位移2位的結(jié)果與val相異或，賦值給val；

S7：將val的二進(jìn)制值向左位移7位的結(jié)果與val相加，賦值給val；

S8：將val的二進(jìn)制值向右位移12位的結(jié)果與val相異或，賦值給smear；其中，val和smear分別為隨機(jī)選擇函數(shù)模型的輸入變量和輸出變量。

進(jìn)一步的，所述步驟(3)中通過隨機(jī)選擇函數(shù)的輸出結(jié)果判斷車輛節(jié)點(diǎn)k是否能獲得資源塊p的方法為：

(3-1)令依次執(zhí)行步驟S1至S8；將隨機(jī)選擇函數(shù)模型輸出變量的值記為smear_k1；令val＝k+p，依次執(zhí)行步驟S1至S8；將隨機(jī)選擇函數(shù)模型輸出變量的值記為smear_k2；

(3-2)初始化i＝1；

(3-3)令依次執(zhí)行步驟S1至S8；將隨機(jī)選擇函數(shù)模型輸出變量的值記為smear_i1；令val＝i+p，依次執(zhí)行步驟S1至S8；將隨機(jī)選擇函數(shù)模型輸出變量的值記為smear_i2；

(3-4)判斷是否滿足smear_i1＞smear_k1，若滿足，則判定車輛節(jié)點(diǎn)k競爭資源塊p失??；若不滿足，則執(zhí)行步驟(3-5)；

(3-5)判斷是否滿足smear_i1＜smear_k1，若滿足，則執(zhí)行步驟(3-9)；若不滿足，則執(zhí)行步驟(3-6)；

(3-6)判斷是否滿足smear_i2＞smear_k2，若滿足，則判定車輛節(jié)點(diǎn)k競爭資源塊p失??；若不滿足，則執(zhí)行步驟(3-7)；

(3-7)判斷是否滿足smear_i2＜smear_k2，若滿足，則執(zhí)行步驟(3-9)；若不滿足，則執(zhí)行步驟(3-8)；

(3-8)定義t_p表示判斷p是否為偶數(shù)的判斷結(jié)果，若p為偶數(shù)，則令t_p＝1，若p為奇數(shù)，則令t_p＝0；定義t_q表示判斷i是否大于k的判斷結(jié)果，若i＞k，則令t_q＝1，若i＜k，則令t_q＝0；定義布爾值為flag，flag＝t_p∩t_q；若flag＝1，則判定車輛節(jié)點(diǎn)k競爭資源塊p失??；若flag＝0，執(zhí)行步驟(3-9)；

(3-9)判斷是否滿足i＝I，若i＝I，則判定車輛節(jié)點(diǎn)k競爭資源塊p成功，若i≠I，則令i＝i+1，返回步(3-3)。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中找出車輛節(jié)點(diǎn)k競爭資源塊p的沖突集的方法為：

車輛節(jié)點(diǎn)k逐個判斷自己的兩跳內(nèi)鄰居集合中的車輛是否滿足以下條件：

p＞m，m∈D_p

其中，D_p為車輛節(jié)點(diǎn)k的兩跳內(nèi)鄰居集合；

若判斷結(jié)果為滿足，則將車輛節(jié)點(diǎn)m歸入車輛節(jié)點(diǎn)k競爭資源塊p的沖突集。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：

本發(fā)明提供的調(diào)度方法是車輛設(shè)備在通信過程中，靠與鄰居車輛節(jié)點(diǎn)的信息交互來獲取鄰居車輛節(jié)點(diǎn)信息，通過這些信息來判斷自己獲取哪些通信資源。整個過程都是通過每個車輛節(jié)點(diǎn)自己獨(dú)立完成，并沒有基站進(jìn)行統(tǒng)一的資源調(diào)度。使得資源的利用率有所提高，同時避免了通信過程中沖突的產(chǎn)生。

附圖說明

圖1為資源調(diào)度的分類示意圖；

圖2為數(shù)據(jù)區(qū)資源塊的一種編號結(jié)果示意圖；

圖3為車載網(wǎng)絡(luò)中車輛節(jié)點(diǎn)位置示意圖；

圖4為車輛信息的內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖；

圖5為資源調(diào)度的流程圖；

圖6為各車輛節(jié)點(diǎn)的平均歸一化吞吐率示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的目的在于提供一種車載通信系統(tǒng)中車輛設(shè)備間進(jìn)行分布式的無線通信的資源調(diào)度方法，使得資源的利用率有所提高，同時避免了通信過程中沖突的產(chǎn)生。下面結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明所提出的技術(shù)方案的相關(guān)步驟。

如圖2所示數(shù)據(jù)區(qū)資源塊的一種編號結(jié)果示意圖，無線資源被分為兩個區(qū)域，控制區(qū)域和數(shù)據(jù)傳輸區(qū)域，本發(fā)明中的資源塊指的是數(shù)據(jù)傳輸區(qū)域中的資源。我們將數(shù)據(jù)傳輸區(qū)的無線資源按照頻域優(yōu)先于時域的方式由小到大依次編號，如圖2所示。本發(fā)明假設(shè)所有車輛不分主次同步工作，且都可以利用數(shù)據(jù)傳輸區(qū)的所有無線資源。在執(zhí)行本實(shí)施例所提供的技術(shù)方案前，首先為V2X網(wǎng)絡(luò)中的所有車輛節(jié)點(diǎn)和無線資源塊分配編號，定義任意一個車輛節(jié)點(diǎn)編號為k，k∈[1，2，…，K]，任意一個無線資源塊編號為p，p∈[1，2，…，P]，K和P分別為車輛節(jié)點(diǎn)和無線資源塊的總數(shù)。文中的車輛節(jié)點(diǎn)k和無線資源塊p分別指編號為k車輛節(jié)點(diǎn)和編號為p的無線資源塊。

圖3所示為車載網(wǎng)絡(luò)中車輛節(jié)點(diǎn)位置示意圖，對于任意一個車輛節(jié)點(diǎn)k，在其有效通信半徑內(nèi)的車輛為其一跳鄰居，如圖3中所示圓形區(qū)域內(nèi)的車輛，車輛節(jié)點(diǎn)k的兩跳鄰居是指其一跳鄰居的一跳鄰居，如圖3中相鄰兩個圓形區(qū)域內(nèi)的車輛。車輛節(jié)點(diǎn)k通過與其一跳鄰居的信息交互，可以獲得自己兩跳鄰居范圍內(nèi)車輛的相關(guān)信息，也就是說，兩跳內(nèi)鄰居的車輛節(jié)點(diǎn)都有可能成為車輛節(jié)點(diǎn)k潛在的競爭車輛，若車輛節(jié)點(diǎn)k與其兩跳內(nèi)鄰居的任一車輛使用相同的資源塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，都會導(dǎo)致沖突的產(chǎn)生。

圖4為車輛信息的內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖，車輛節(jié)點(diǎn)k在被分配到的資源塊中發(fā)送的車輛信息的格式如圖4中所示。車輛信息內(nèi)容除了一些需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息之外，還包含了分布式資源調(diào)度所需要的一些額外信息。第一部分為關(guān)于車輛節(jié)點(diǎn)k的信息，主要指車輛節(jié)點(diǎn)k發(fā)送當(dāng)前數(shù)據(jù)所使用的資源塊的信息。第二部分為車輛節(jié)點(diǎn)k的一跳鄰居車輛設(shè)備的相關(guān)信息。第三部分為待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

圖5為本發(fā)明所述的資源調(diào)度方案的實(shí)施流程示意圖。對于車輛節(jié)點(diǎn)k，先求其在競爭無線資源塊p時刻的兩跳內(nèi)鄰居集合，從而求得車輛節(jié)點(diǎn)k的沖突集。之后通過構(gòu)建隨機(jī)選擇函數(shù)來決定車輛節(jié)點(diǎn)k是否獲得無線資源塊p，若獲得，則記錄此資源塊編號并且繼續(xù)判斷下一個車輛所使用的資源塊。若未獲得資源塊p，則繼續(xù)判斷車輛節(jié)點(diǎn)k是否可以獲得下一個資源塊，直至車輛節(jié)點(diǎn)k成功獲得了一個資源塊為止。

隨機(jī)選擇函數(shù)的作用是使車輛節(jié)點(diǎn)k在當(dāng)前時刻確定下一次發(fā)送信息所用資源塊。其運(yùn)行機(jī)制如下：

輸入為資源塊編號p，沖突集以及車輛節(jié)點(diǎn)編號k，輸出為成功或失敗，成功表示車輛k獲得資源塊p，失敗表示車輛k未獲得資源塊p。

首先，隨機(jī)選擇函數(shù)中有一個小模塊，稱之為子函數(shù)。其作用是對輸入進(jìn)行位移，相加以及抑或等操作，輸出為經(jīng)過一系列操作之后的結(jié)果。具體操作如下：假設(shè)輸入為val，則：

S1：將val的二進(jìn)制值向左位移12位的結(jié)果與val相加，賦值給val；

S2：將val的二進(jìn)制值向右位移22位的結(jié)果與val相異或，賦值給val；

S3：將val的二進(jìn)制值向左位移4位的結(jié)果與val相加，賦值給val；

S4：將val的二進(jìn)制值向右位移9位的結(jié)果與val相異或，賦值給val；

S5：將val的二進(jìn)制值向左位移10位的結(jié)果與val相加，賦值給val；

S6：將val的二進(jìn)制值向右位移2位的結(jié)果與val相異或，賦值給val；

S7：將val的二進(jìn)制值向左位移7位的結(jié)果與val相加，賦值給val；

S8：將val的二進(jìn)制值向右位移12位的結(jié)果與val相異或，賦值給smear；

這個smear的值便是最終結(jié)果。上述隨機(jī)選擇函數(shù)中的左移右移指的是當(dāng)前val數(shù)值的二進(jìn)制表示中，每一位的移動情況，舉例來說：假設(shè)當(dāng)前val數(shù)值的二進(jìn)制表示為：1001，左移一位的結(jié)果為0011，右移一位結(jié)果是1100。

其次，將k與p的異或值的結(jié)果作為輸入，計(jì)算出其子函數(shù)的輸出結(jié)果，記作smear_k1；再求出輸入為k與p之和的子函數(shù)輸出結(jié)果，記作smear_k2。

同樣地，求出車輛節(jié)點(diǎn)k沖突集中車輛節(jié)點(diǎn)編號分別與資源塊編號p異或值的子函數(shù)輸出結(jié)果，記作smear_i1，以及車輛節(jié)點(diǎn)k沖突集中的車輛節(jié)點(diǎn)編號分別與p之和的子函數(shù)輸出結(jié)果，記作smear_i2。

最后，根據(jù)以上子函數(shù)的輸出結(jié)果來判斷車輛節(jié)點(diǎn)k是否可以獲得資源塊p：

若smear_i1比smear_k1大，則判斷車輛k占用資源塊p失敗，進(jìn)而重復(fù)以上步驟，判斷車輛節(jié)點(diǎn)k是否可以獲得下一個資源塊。若smear_i1比smear_k1小，則說明車輛節(jié)點(diǎn)k與沖突集中車輛節(jié)點(diǎn)i的比較過程中車輛節(jié)點(diǎn)k取得成功，然后車輛節(jié)點(diǎn)k開始與沖突集中下一個車輛設(shè)備進(jìn)行比較。

若smear_i1與smear_k1相等，則繼續(xù)比較smear_i2與smear_k2的大小關(guān)系。若smear_i2比smear_k2大，則表示車輛節(jié)點(diǎn)k競爭資源塊p失敗，進(jìn)入競爭下一個資源塊的過程。若smear_i2比smear_k2小，則說明車輛節(jié)點(diǎn)k與沖突集中車輛節(jié)點(diǎn)i的比較過程中車輛節(jié)點(diǎn)k取得成功，進(jìn)而與沖突集中下一個車輛進(jìn)行比較。

若smear_i1與smear_k1相等且smear_i2與smear_k2也相等，則繼續(xù)判斷資源塊編號p的奇偶性以及沖突集中車輛節(jié)點(diǎn)編號i與k的大小，以確定出k與i的比較過程中，k是否可以成功。

定義t_p表示判斷p是否為偶數(shù)的判斷結(jié)果，若p為偶數(shù)，則令t_p＝1，若p為奇數(shù)，則令t_p＝0；定義t_q表示判斷i是否大于k的判斷結(jié)果，若i＞k，則令t_q＝1，若i＜k，則令t_q＝0；記布爾值flag，flag＝t_p∩t_q；若flag＝1，則判定車輛節(jié)點(diǎn)k競爭資源塊p失敗；若flag＝0，則再進(jìn)行下一輪判斷。

通過以上步驟，只有車輛節(jié)點(diǎn)k在與自己的沖突集中所有車輛節(jié)點(diǎn)的比較中都成功，才可以判定車輛節(jié)點(diǎn)k獲得了資源塊p，否則，只要車輛節(jié)點(diǎn)k在與沖突集中一個車輛節(jié)點(diǎn)的比較中失敗，就判斷車輛節(jié)點(diǎn)k失敗，隨后進(jìn)入下一資源塊的比較中，直至車輛節(jié)點(diǎn)k成功，隨機(jī)選擇過程才完成。

圖6所示為各車輛節(jié)點(diǎn)的平均歸一化吞吐率示意圖，表示了每個車輛節(jié)點(diǎn)的廣播半徑分別為15米和30米時，總用戶數(shù)分別為20，50，80，110，140和170時候每個車輛節(jié)點(diǎn)的平均歸一化吞吐率。從圖中可以看出，廣播半徑越大，平均歸一化吞吐率的值越小，原因在于廣播半徑越大，沖突集中的車輛節(jié)點(diǎn)會越多，這樣某個車輛節(jié)點(diǎn)在競爭資源塊的時候，競爭成功的可能性會降低，從而導(dǎo)致了每個車輛節(jié)點(diǎn)平均歸一化吞吐率的降低。橫向比較可發(fā)現(xiàn)，其它變量不變，僅改變總車輛節(jié)點(diǎn)數(shù)時，車輛節(jié)點(diǎn)越多，平均歸一化吞吐率的值越小。原因是車輛節(jié)點(diǎn)的增多導(dǎo)致道路上車輛密度增加，這同樣會使每個車輛節(jié)點(diǎn)的沖突集中車輛節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加，從而降低了每個車輛節(jié)點(diǎn)競爭資源塊成功的概率。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。