车联网中基于时分多址的资源调度方案的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种车联网中基于时分多址接入技术的资源调度方法，其主要内容包括：车对路和车对车通信链路的资源调度在路边中心单元的控制和决策下实现；路边中心单元根据车辆周期反馈的信道状态、位置和移动速度等信息计算各个通信链路的调度权重因子，并优先将时隙资源调度给调度权重因子较高的通信链路(组)进行数据传输；多个车对车通信链路，如果作为数据发射端的中心车辆两两间距大于预先设定的干扰间隔，则可将这些车对车通信链路合并为一个通信链路组，通信链路组的调度权重因子为其组内所有通信链路的调度权重因子之和；同一个通信链路组内的各个通信链路可以共享同一时隙资源进行数据传输；但不同的车对路通信链路之间以及车对路通信链路与车对车通信链路之间不允许共享时隙资源进行数据传输。本发明所设计的资源调度方法可以有效的提升车联网的网络吞吐率和频谱效率，尤其是在网络高负载的情况下，仍然能保持很好的网络吞吐率性能。
【专利说明】车联网中基于时分多址的资源调度方案
【技术领域】
[0001]本发明提出一种适用于无线车辆通信领域，基于时分多址的车对路通信与车对车通信的资源调度方案，在方案中，车对路通信链路与车对车通信链路的时隙资源调度由路边中心单元根据各个通信链路的权重因子统一调度，同时允许中心车辆间距大于一定干扰间隔的多个车对车通信链路共用同一段时隙资源来提升网络频谱效率。
【背景技术】
[0002]近年来，随着智能交通系统的提出和发展，车联网受到越来越广泛的关注和研究，在车联网中主要存在两种通信方式，即车对车(V2V)通信和车对路(V2I)通信。车联网是智能交通系统的基础信息承载平台，可为其采集实时的交通信息，及时广播安全与导航信息，在提高行车安全、减少交通事故、改善交通及驾驶环境等方面具有深远的意义。V2V通信可以使车辆实时监测到其附近道路上其他车辆的相关信息，为行车安全及智能驾驶等提供一种高科技的解决手段。V2I通信则可以使得车辆随时获悉其周边各类设施的相关信息，提供各类服务信息及数据网络接入。
[0003]对MAC Layer而言，关键技术主要是对MAC的资源进行管理，包括呼叫接纳和切换技术、调度技术、服务质量(QoS)架构、链路预测及自适应技术等。目前，车联网的MAC接入方式主要可以分为两种:一是基于载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA / CA)的随机竞争机制，即节点在发送数据之前先进行载波侦听，如果信道是空闲的就发送数据，如果信道非空闲，则进行一定窗长的退避之后再进行侦听，直到侦听到信道空闲才能发送数据，具体参见 G.Bianchi 所著的 “Performance analysis of of the IEEE 802.11 distributedcoordination function，，，IEEE Journal on Selected Areas in Communications,vol.18，n0.3，Mar.2000 ;二是基于信道特征的时分多址(TDMA)等接入机制，即根据当前信道的状态调度各车辆节点在不同的时频资源上进行数据传输，具体可参见H.A.0mar等所著的“VeMAC:A TDMA-based MAC protocol for reliable broadcast in VANETs，，，IEEE Transactions on Mobile Computing, 2Ol2 和 F.Borgonovo 等所著的 “ADH0C MAC:New MAC architecture for ad hoc networks providing efficient and reliablepoint-to-point and broadcast services”， Wireless Networks, vol.10, pp.359-366,Jul.2004。但在现有车联网的MAC方案中，不论是基于CSMA / CA的随机竞争方案还是基于TDMA的接入方案，多为分布式处理，而且在基于TDMA的接入方案中考虑信道状态时，通常只是定义信道的使用状态或者链路需求等信息，很少引入各个通信链路的具体信道质量信息(Channel State Information, CSI)进行有效的资源调度，同时不同的通信链路之间是不允许共享资源进行通信的，因而在网络频谱效率的实现上是有限的。而随着车联网中车辆数和车辆通信需求的增多，现有车联网MAC方案在无法有效提升网路吞吐率和频谱效率方面的缺陷将会越来越明显，进而影响到整个网络的性能和车辆的QoS。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对车联网设计一种全新的基于时分多址的资源调度方案，可以有效的提升车联网的吞吐率和频谱效率，尤其是在网络负载较大时，仍然能保持较好的网络性能。
[0005]为实现上述目的，本发明提出了一种车联网中基于时分多址接入技术的资源调度方法，其特征在于:
[0006]I)网络中通信链路的资源调度在路边中心单元的控制和决策下实现，不同的通信链路在路边中心单元所分配的时隙资源上进行通信；
[0007]2)路边中心单元根据车辆周期反馈的信道状态、位置和移动速度等信息计算各个通信链路的调度权重因子，并优先将时隙资源调度给调度权重因子较高的通信链路(组)进行数据传输；
[0008]3)所述网络中的通信链路包括车对路通信链路和车对车通信链路；
[0009]4)多个车对车通信链路，如果作为数据发射端的中心车辆两两间距大于预先设定的干扰间隔，则可将这些车对车通信链路合并为一个通信链路组；
[0010]5)同一个通信链路组内的各个通信链路可以共享同一时隙资源进行数据传输；
[0011]6)通信链路组的调度权重因子为其组内所有通信链路的调度权重因子之和；
[0012]7)不同的车对路通信链路之间以及车对路通信链路与车对车通信链路之间不允许共享时隙资源进行数据传输。
[0013]结合附图阅读本发明【具体实施方式】的详细论述后，本发明的其他特点和优势将会更加清晰。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是车联网中基于时分多址的时隙资源调度示意图；
[0015]图2是本发明所设计方案中不同车对车通信链路复用时隙资源示意图；
[0016]图3是本发明所设计基于时分多址的资源调度方案流程示意图；
[0017]图4是本发明所设计资源调度方案与IEEE802.1lp的EDCA机制的网络吞吐率仿真对比；
[0018]图5是本发明所设计资源调度方案与IEEE802.1lp的EDCA机制在高、低网络负载情况下的网络吞吐率⑶F曲线对比。
【具体实施方式】
[0019]下面将对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。
[0020]如图1所示，本发明针对车联网提出了一种全新的基于时分多址的资源调度方案，其中，V2I通信链路和V2V通信链路进行数据传输的时隙资源由路边中心单元(RSU)根据各个通信链路的权重因子统一调度，同时允许中心车辆间距两两大于一定干扰间隔的多个V2V通信链路共享同一时隙资源进行数据传输(如图2所示，图中我们将干扰间隔设为车辆通信半径的2倍，即2rv)，这时，可共享时隙资源的多个V2V通信链路就构成一个通信链路组，RSU对各个通信链路(组)的权重因子进行排序，并将时隙资源优先调度给权重因子较高的通信链路(组)，其中，通信链路组的权重因子为其内部所有通信链路的权重因子之和。[0021]在本发明所设计的方案中，有通信需求的通信链路需要周期性的向RSU反馈通信链路的信道状态信息、通信链路中车辆的位置和速度信息以及通信的业务种类(AccessCategory, AC)，具体而言，在V2I通信链路中，由移动端车辆向RSU反馈当前V2I链路的信道状态信息、车辆的移动速度和需要传输的业务种类；在V2V通信链路中，由中心车辆(C-Vehicle,即当前作为发射端的车辆)向RSU反馈当前V2V链路的信道状态信息、两辆车移动的相对速度、中心车辆的位置信息和需要传输的业务种类。RSU在每一个传输帧的帧头通过控制信道收集其通信范围内各个通信链路的反馈信息，并基于这些反馈信息计算出各个通信链路(组)的权重因子，从而进行有效的时隙资源调度。
[0022]在本发明中，我们设计了一种全新的调度权重因子，由信道质量因子、速度因子和业务种类因子三部分组成，其中，信道质量因子可以反映不同通信链路的当前信道质量从而通过调度来优化网络吞吐率并在较长的调度周期内保证通信链路传输的公平性；速度因子用于实现各个通信车辆潜在服务时间的公平性；业务种类因子用来区分不同业务种类在调度过程中的优先级。下面我们将具体介绍这三部分权重因子的设计。
[0023]A.信道质量因子(Channel-Quality-Based Factor, CQF)
[0024]为了优化整个网络的吞吐率，我们引入不同通信链路的信道质量作为资源调度的考量，并将时隙资源优先调度给信道质量较高的链路，但同时仍需要保征在一段时间内长期经历较差信道质量的通信链路的用户服务质量(QoS)，因而在本发明中我们通过比例公平(PF)的方法来设计CQF，通信链路k的信道质量因子为
[0025]
【权利要求】
1.一种车联网中基于时分多址接入技术的资源调度方法，其特征在于: 1)网络中通信链路的资源调度在路边中心单元的控制和决策下实现，不同的通信链路在路边中心单元所分配的时隙资源上进行通信； 2)路边中心单元根据车辆周期反馈的信道状态、位置和移动速度信息计算各个通信链路的调度权重因子，并优先将时隙资源调度给调度权重因子较高的通信链路或通信链路组进行数据传输； 其中，所述网络中的通信链路包括车对路通信链路和车对车通信链路；多个车对车通信链路，如果作为数据发射端的中心车辆两两间距大于预先设定的干扰间隔，则可将这些车对车通信链路合并为一个通信链路组；同一个通信链路组内的各个通信链路可以共享同一时隙资源进行数据传输；通信链路组的调度权重因子为其组内所有通信链路的调度权重因子之和；不同的车对路通信链路之间以及车对路通信链路与车对车通信链路之间不允许共享时隙资源进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在实际系统中，可将干扰间隔设置为车辆有效通信半径的两倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于基于时分多址接入技术的资源调度方法是中心控制的，不是分布式的，资源调度决策由路边中心单元做出，并通过控制信道传给各个车辆，不同的通信链路根据路边中心单元的资源调度决策进行各自的通信。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于不同通信链路接入信道的方式为时分多址。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于路边中心单元的资源调度决策是根据各个通信链路或通信链路组调度权重因子的高低做出的，网络中通信链路的调度权重因子为信道质量因子、速度因子和接入业务种类因子的幂加权乘积。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于信道质量因子主要由当前的信道状态信息和累积平均的已获得传输速率计算得到，在保证用户服务质量长期公平性的前提下，尽量将时隙资源优先调度给信道质量较高的通信链路，从而获得更高的网络吞吐率。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于速度因子主要由通信链路中发射端和接收端的相对速度决定，从而保证具有不同速度的车辆在路边中心单元或中心车辆的有效通信范围内的潜在服务时间的公平性。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于接入业务种类因子主要用于区分不同接入业务的优先级。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于可以根据实际系统的需求改变信道质量因子、速度因于和接入业务种类因子的幂权重值来调整这三种因子在调度权重因子中影响比重。
【文档编号】H04W72/12GK103501543SQ201310489501
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】程翔, 张荣庆, 焦秉立 申请人:北京大学