車聯網中基于資源共享的資源管理和接入方案的制作方法
【專利摘要】本發明提出了一種車聯網中基于資源共享的資源管理和接入方法，其主要內容包括：不同的車對車通信鏈路之間、車對路與車對車通信鏈路之間可以共享時間、頻率資源進行各自的通信；不同的車對路通信鏈路之間不允許共享資源；不同通信鏈路間的資源共享在路邊中心單元的控制和調度下實現，路邊中心單元根據車輛周期反饋的信道和位置信息做出資源調度決策，不同的通信鏈路依照路邊中心單元的資源調度決策進行通信；不同通信鏈路接入信道的方式為時分多址(TDMA)或者頻分多址(FDMA，包括正交頻分多址OFDMA)。同時本發明給出了兩種基于干擾圖的資源共享方案，即基于干擾預知圖的資源共享方案和基于干擾等級圖的資源共享方案，可以以較低的復雜度在不同的通信鏈路之間實現干擾受限的資源共享，有效的提升車聯網的吞吐量和頻譜效率。
【專利說明】車聯網中基于資源共享的資源管理和接入方案
【技術領域】
[0001]本發明提出一種適用于無線車輛通信領域，車對車通信與車對路通信的資源管理與接入方案，允許車聯網中不同的車對車通信鏈路與車對路通信鏈路可以在路邊中心單元的控制和調度下共享時間、頻率資源進行通信，從而有效的提升整個車聯網的通信容量和頻譜效率。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著智能交通系統的提出和發展，車聯網受到越來越廣泛的關注和研究，在車聯網中主要存在兩種通信方式，即車對車(V2V)通信和車對路(V2I)通信。車聯網是智能交通系統的基礎信息承載平臺，可為其采集實時的交通信息，及時廣播安全與導航信息，在提高行車安全、減少交通事故、改善交通及駕駛環境等方面具有深遠的意義。V2V通信可以使車輛實時監測到其附近道路上其他車輛的相關信息，為行車安全及智能駕駛等提供一種高科技的解決手段。V2I通信則可以使得車輛隨時獲悉其周邊各類設施的相關信息，提供各類服務信息及數據網絡接入。
[0003]對MAC層而言，關鍵技術主要是對MAC的資源進行管理，包括呼叫接納和切換技術、調度技術、服務質量(QoS)架構、鏈路預測及自適應技術等。目前，車聯網的MAC層接入方式主要可以分為兩種:一是基于競爭的載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)，即節點在發送數據之前先進行載波偵聽，如果信道是空閑的就發送數據，如果信道非空閑，則進行一定窗長的退避之后再進行偵聽，直到偵聽到信道空閑才能發送數據，具體參見 G.Bianchi 所著的 “Performance analysis of of the IEEE802.1ldistributedcoordinat1n funct1n，，，IEEE Journal on Selected Areas in Communicat1ns,vol.18，n0.3，Mar.2000 ;二是基于調度的資源獨享方式，其中包括FDMA、TDMA等接入方式，即通過調度分配給各個節點相應的時間或頻率資源，各車輛節點在不同的時頻資源上進行數據傳輸，具體可參見H.A.0mar等所著的“VeMAC:A TDMA-based MAC protocolfor reliable broadcast in VANETs，，，IEEE Transact1ns on Mobile Computing, 2012和 H.Zhang 等所著的 “Quality-of -service driven power and subcarrier allocat1npolicy for vehicular communicat1n networks，，，IEEE Journal on Selected Areasin Communicat1ns, vol.29, n0.1, Jan.2011。但在現有車聯網的MAC方案中，不論是基于CSMA/CA的隨機競爭方案還是基于TDMA或者FDMA的調度方案，在某一特定的通信網絡區域內，不同的通信鏈路(V2V通信鏈路或者V2I通信鏈路)之間是不允許共享資源進行通信的，因而在網絡頻譜效率的實現上是有限的。而隨著車聯網中車輛數和車輛通信需求的增多，現有車聯網MAC方案在無法有效提升網路吞吐率和頻譜效率方面的缺陷將會越來越明顯，進而影響到整個網絡的性能和車輛的QoS。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于針對車聯網設計一種MAC層全新的資源管理和接入方案，可以有效的提升車聯網的吞吐率和頻譜效率，尤其是在網絡負載較大時，仍然能保持較高的網絡性能。
[0005]為實現上述目的，本發明提出了一種車聯網中基于資源共享的資源管理和接入方法，其特征在于:
[0006]a)不同通信鏈路間的資源共享在路邊中心單元的控制和調度下實現，路邊中心單元根據車輛周期反饋的信道或位置信息做出資源調度決策，不同的通信鏈路依照路邊中心單元的資源調度決策進行通信；
[0007]b)所述通信鏈路包括車對車通信鏈路以及車對路通信鏈路；
[0008]c)不同的車對車通信鏈路之間、車對路與車對車通信鏈路之間可以共享時間、頻率資源進行各自的通信；
[0009]d)不同的車對路通信鏈路之間不允許共享資源。
[0010]基于這一資源管理和接入方法，本發明還設計了兩種基于干擾圖的資源共享方案，可以以較低的復雜度在不同的通信鏈路之間實現干擾受限的資源共享，有效的提升車聯網的吞吐率和頻譜效率。
[0011]結合附圖閱讀本發明【具體實施方式】的詳細論述后，本發明的其他特點和優勢將會更加清晰。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是車聯網場景不意圖；
[0013]圖2是針對圖1網絡場景的干擾預知圖示意圖；
[0014]圖3是不同場景下兩個通信鏈路之間的相對位置關系；
[0015]圖4是針對圖1網絡場景的干擾等級圖示意圖；
[0016]圖5是車聯網中不同MAC方案下性能對比仿真圖。
【具體實施方式】
[0017]下面將對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0018]本發明首先針對車聯網提出了一種全新的基于資源共享的資源管理和接入方案，其中，不同的V2V通信鏈路之間、V2V通信鏈路與V2I通信鏈路之間可以在路邊單元(RSU)的控制和調度下共享資源進行各自的通信。在本發明所提的方案中，整個傳輸帶寬被分為K個正交的資源塊(RB)，不同的通信鏈路采用FDMA或TDMA的方式接入信道，在每個傳輸幀開始時，RSU接收網絡中各個通信鏈路的通信需求和信道信息，并根據通信鏈路的信道信息和各個通信鏈路間的干擾情況作出資源分配的決策，并將資源塊的分配情況反饋給車輛，有通信需求的車輛則根據資源分配的結果在授權的資源塊上進行通信。需要注意的是，在本發明的方案中，不同的V2I通信鏈路之間不能共享資源進行通信。
[0019]同時，本發明還設計了兩種基于干擾圖的資源共享方案，即基于干擾預知圖的資源共享方案和基于干擾等級圖的資源共享方案。
[0020]圖2所示為針對圖1車聯網場景抽象構建的干擾預知圖，圖中節點ApA2R表兩條V2I通信鏈路，節點B2, B3代表三條V2V通信鏈路，圖中每條邊都有一個權重值，定義為兩條鏈路之間相互干擾的大小。在干擾預知圖中，每個節點(Vi,即通信鏈路)具有三個自身屬性，即鏈路屬性、資源屬性和集合屬性。其中，鏈路屬性標明該節點是V2I通信鏈路還是V2V通信鏈路，即K 或者eB，其中j表示V2I鏈路集合，β表示V2V鏈路集合。資源屬性包含兩個參數，其一是RB列表(^iyi))，包含一系列RB標號,在列表中按照該通信鏈路在各個RB上對應SNR的大小進行排序，其二是當前RB指針(δ (Vi))，指向當前該通信鏈路最希望獲得的RB標號。集合屬性(τ (Vi))表示當前節點所屬的RB集合，需要注意的是當該節點當前不屬于任何RB集合時，則有τ (Vi) =0。圖中邊值被定義為:
[0021]
【權利要求】
1.一種車聯網中基于資源共享的資源管理和接入方法，其特征在于: 1)不同通信鏈路間的資源共享在路邊中心單元的控制和調度下實現，路邊中心單元根據車輛周期反饋的信道或位置信息做出資源調度決策，不同的通信鏈路依照路邊中心單元的資源調度決策進行通信； 2)所述通信鏈路包括車對車通信鏈路以及車對路通信鏈路； 3)不同的車對車通信鏈路之間、車對路與車對車通信鏈路之間可以共享時間、頻率資源進行各自的通信； 4)不同的車對路通信鏈路之間不允許共享資源。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于基于資源共享的資源管理和接入方法是中心控制的，不是分布式的，資源調度決策由路邊中心單元做出，并通過控制信道傳給各個車輛，不同的通信鏈路需根據路邊中心單元的資源調度決策進行各自的通信。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于不同通信鏈路接入信道的方式為時分多址或者頻分多址。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于路邊中心單元可根據車輛反饋的通信鏈路信道信息和干擾鏈路信道信息構建干擾預知圖，實現復雜度較低的基于干擾預知圖的資源共享方案。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于干擾預知圖的構建需要已知實時反饋的干擾鏈路信道信息。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于在干擾預知圖中，節點表示通信鏈路，每個節點具有三個自身屬性，即鏈路屬性、資源屬性和集合屬性，其中，鏈路屬性標明該節點是車對路通信鏈路還是車對車通信鏈路；資源屬性包含兩個參數，其一是資源塊列表，包含一系列資源塊標號，在列表中按照該節點所代表的通信鏈路在各個資源塊上對應信噪比的大小進行排序，其二是當前資源塊指針，指向該節點當前最希望獲得的資源塊標號；集合屬性表示當前節點所屬的資源塊集合；邊的權重值表示不同通信鏈路之間互干擾的大小，互干擾的大小根據干擾鏈路信道信息計算得到。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于路邊中心單元可根據車輛反饋通信鏈路信道信息和車輛與車輛之間、車輛與路邊中心單元之間的相對位置關系構建干擾等級圖，實現復雜度和通信代價均較低的基于干擾等級圖的資源共享方案。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于干擾等級圖的構建不需要實時反饋的干擾鏈路信息，只需車輛與車輛之間以及車輛與路邊中心單元之間的相對位置關系即可。
9.根據權利要求8所述的方法，在干擾等級圖中，節點表示通信鏈路，每個節點同樣具有鏈路屬性、資源屬性和集合屬性三個自身屬性，其中，鏈路屬性標明該節點是車對路通信鏈路還是車對車通信鏈路；資源屬性包含兩個參數，其一是資源塊列表，包含一系列資源塊標號，在列表中按照該節點所代表的通信鏈路在各個資源塊上對應信噪比的大小進行排序，其二是當前資源塊指針，指向該節點當前最希望獲得的資源塊標號；集合屬性表示當前節點所屬的資源塊集合；邊的權重值表示不同通信鏈路之間互干擾的等級，互干擾的等級根據兩條通信鏈路的相對位置關系判定，每個互干擾的等級設為一個特定的數值，這個數值可根據實際的網絡參數進行調整。
【文檔編號】H04W72/12GK104080176SQ201310103837
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月28日 優先權日:2013年3月28日
【發明者】程翔, 張榮慶, 焦秉立 申請人:北京大學