一种基于车联网的多信道协调方法和系统

本发明提出了一种基于车联网的多信道协调方法和系统，属于多信道协调。

背景技术：

1、随着智能交通系统的快速发展，车联网通信的需求日益增长。车辆通过车与车之间以及车与道路基础设施之间的无线通信进行信息交换，以实现车辆间协作驾驶、道路拥堵预警、碰撞预警等应用。然而，在现有的车联网中，通信信道通常单一且容易受到干扰，导致通信稳定性不佳的问题发生。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于车联网的多信道协调方法和系统，用以解决现有技术中车辆行驶过程中的通信稳定性较差的问题，所采取的技术方案如下：

2、一种基于车联网的多信道协调方法，所述基于车联网的多信道协调方法包括：

3、针对车辆的多个无线通信模块进行配置，其中，每个所述无线通信模块对应不同的通信信道；

4、根据车辆行驶参数确定车辆当前使用的通信信道；

5、实时监测车辆当前使用的通信信道的干扰情况，根据当前使用的通信信道的干扰情况判断是否需要进行通信信道切换。

6、进一步地，针对车辆的多个无线通信模块进行配置，包括：

7、提取所述无线通信模块的额定能耗；

8、按照所述无线通信模块的额定能耗从低到高的顺序依次对所述无线通信模块进行初始化；

9、将完成初始化的无线通信模块与通信信道进行通信连通。

10、进一步地，根据车辆行驶参数确定车辆当前使用的通信信道，包括：

11、实时监测所述车辆的行驶参数；其中，所述行驶参数包括行驶速度和单位时间内的速度变化率；

12、根据所述车辆的行驶参数获取当前车辆的通信选择参数；其中，所述通信选择参数通过如下公式获取：

13、

14、其中，u表示当前车辆的通信选择参数；f0表示车辆的多个无线通信模块对应的信号平均发射频率；c表示光速；v表示车辆当前时刻的车速；vc表示预设的车辆速度参考值；vp表示车辆当前的单位时间内的速度变化率；v0表示达到最佳通信状态的车辆与基站之间的理论相对速度；θ表示车辆与基站的实际相对速度与车辆向基站的信号传播方向之间的夹角角度；vx表示当前车辆与基站之间的实际相对速度；δf表示车辆当前车辆与基站之间的实际相对速度没变化一个单位相对速度所对应的基站接收车辆信号的频率的变化率；δvx表示单位相对速度，并且，单位相对速度的取值范围为1m/s-1.5m/s；

15、依次对车辆的多个无线通信模块所对应的通信信道进行信道质量监测，获得所述通信信道对应的信道质量参数；其中，所述信道质量参数通过如下公式获取：

16、

17、其中，q表示当前车辆的无线通信模块对应的信道质量参数；e表示车辆的无线通信模块对应的发射天线的信号发射功率；s表示车辆的无线通信模块对应的信号源功率；r表示基站与车辆当前时刻的直线距离；c表示光速；v表示车辆当前时刻的车速；vc表示预设的车辆速度参考值；vp表示车辆当前的单位时间内的速度变化率；v0表示达到最佳通信状态的车辆与基站之间的理论相对速度；θ表示车辆与基站的实际相对速度与车辆向基站的信号传播方向之间的夹角角度；ξ表示参数调整因子；并且，参数调整因子的表达式如下：

18、

19、其中，δp表示车辆行驶速度每增加一个速度单位的无线通信模块的丢包率平均变化幅度，并且，所述速度单位取值范围为为2m/s-5m/s；δb表示车辆行驶速度每增加一个速度单位的无线通信模块的数据传输错误率的平均变化幅度；δk表示车辆行驶速度每增加一个速度单位的无线通信模块的带宽的平均变化率；k表示车辆的当前带宽数值；p表示车辆当前的无线通信模块的丢包率；b表示车辆当前的无线通信模块的数据传输错误率；λ表示带宽偏差系数，其中，所述带宽偏差系数表达式如下；

20、

21、其中，k表示车辆的当前带宽数值；k0表示实现车辆通信成功的无线通信模块所需最低带宽；δp表示车辆行驶速度每增加一个速度单位的无线通信模块的丢包率平均变化幅度；δb表示车辆行驶速度每增加一个速度单位的无线通信模块的数据传输错误率的平均变化幅度；

22、将所述当前车辆的通信选择参数与所述信道质量参数进行比较，提取符合约束条件的通信选择参数对应的通信信道作为候选信道；其中，所述约束条件如下：

23、

24、其中，q表示当前车辆的无线通信模块对应的信道质量参数；u表示当前车辆的通信选择参数；e表示车辆的无线通信模块对应的发射天线的信号发射功率；s表示车辆的无线通信模块对应的信号源功率；p表示车辆当前的无线通信模块的丢包率；b表示车辆当前的无线通信模块的数据传输错误率；δk表示车辆行驶速度每增加一个速度单位的无线通信模块的带宽的平均变化率；

25、筛选候选信道对应的无线通信模块中额定能耗最低的无线通信模块作为车辆当前使用的通信信道。

26、进一步地，实时监测车辆当前使用的通信信道的干扰情况，根据当前使用的通信信道的干扰情况判断是否需要进行通信信道切换，包括：

27、实时监测车辆当前使用的通信信道的干扰情况；

28、根据所述车辆当前使用的通信信道的干扰情况获取干扰评价参数；

29、当所述干扰评价参数超过预设的评价参数阈值时，则对所述车辆的除了当前使用的通信到之外的其他通信信道进行干扰评估，获得每个所述其他通信信道对应的干扰评价参数；

30、将干扰评价参数最低的通信信道作为信道切换的目标信道，并执行通信信道切换。

31、进一步地，根据所述车辆当前使用的通信信道的干扰情况获取干扰评价参数，包括：

32、提取车辆当前使用的通信信道的干扰情况；

33、根据所述车辆当前使用的通信信道的干扰情况获取干扰评价因子，其中，所述干扰评价因子通过如下公式：

34、

35、其中，g表示干扰评价因子；θp表示车辆与基站的实际相对速度与车辆向基站的信号传播方向之间的夹角角度的变化率；pz表示通信信道对应的无线通信模块的噪声功率；pf表示通信信道对应的无线通信模块的非同频干扰功率；pg表示通信信道对应的无线通信模块的多径干扰功率；k表示车辆的当前带宽数值；k0表示实现车辆通信成功的无线通信模块所需最低带宽；

36、提取当前车辆的行驶参数；

37、利用所述干扰评价因子结合当前车辆的行驶参数，获取当前使用的通信信道对应的干扰评价参数，其中，所述干扰评价参数通过如下公式获取：

38、g＝(1+g)·g0

39、其中，g表示干扰评价参数；g0表示预设的参数基准值。

40、一种基于车联网的多信道协调系统，所述基于车联网的多信道协调系统包括：

41、配置模块，用于针对车辆的多个无线通信模块进行配置，其中，每个所述无线通信模块对应不同的通信信道；

42、信道确定模块，用于根据车辆行驶参数确定车辆当前使用的通信信道；

43、信道切换模块，用于实时监测车辆当前使用的通信信道的干扰情况，根据当前使用的通信信道的干扰情况判断是否需要进行通信信道切换。

44、进一步地，所述配置模块包括：

45、能耗提取模块，用于提取所述无线通信模块的额定能耗；

46、初始化模块，用于按照所述无线通信模块的额定能耗从低到高的顺序依次对所述无线通信模块进行初始化；

47、通信连接模块，用于将完成初始化的无线通信模块与通信信道进行通信连通。

48、进一步地，所述信道确定模块包括：

49、行驶参数监测模块，用于实时监测所述车辆的行驶参数；其中，所述行驶参数包括行驶速度和单位时间内的速度变化率；

50、通信选择参数获取模块，用于根据所述车辆的行驶参数获取当前车辆的通信选择参数；其中，所述通信选择参数通过如下公式获取：

51、

52、其中，u表示当前车辆的通信选择参数；f0表示车辆的多个无线通信模块对应的信号平均发射频率；c表示光速；v表示车辆当前时刻的车速；vc表示预设的车辆速度参考值；vp表示车辆当前的单位时间内的速度变化率；v0表示达到最佳通信状态的车辆与基站之间的理论相对速度；θ表示车辆与基站的实际相对速度与车辆向基站的信号传播方向之间的夹角角度；vx表示当前车辆与基站之间的实际相对速度；δf表示车辆当前车辆与基站之间的实际相对速度没变化一个单位相对速度所对应的基站接收车辆信号的频率的变化率；δvx表示单位相对速度，并且，单位相对速度的取值范围为1m/s-1.5m/s；

53、信道质量参数获取模块，用于依次对车辆的多个无线通信模块所对应的通信信道进行信道质量监测，获得所述通信信道对应的信道质量参数；其中，所述信道质量参数通过如下公式获取：

54、

55、其中，q表示当前车辆的无线通信模块对应的信道质量参数；e表示车辆的无线通信模块对应的发射天线的信号发射功率；s表示车辆的无线通信模块对应的信号源功率；r表示基站与车辆当前时刻的直线距离；c表示光速；v表示车辆当前时刻的车速；vc表示预设的车辆速度参考值；vp表示车辆当前的单位时间内的速度变化率；v0表示达到最佳通信状态的车辆与基站之间的理论相对速度；θ表示车辆与基站的实际相对速度与车辆向基站的信号传播方向之间的夹角角度；ξ表示参数调整因子；并且，参数调整因子的表达式如下：

56、

57、其中，δp表示车辆行驶速度每增加一个速度单位的无线通信模块的丢包率平均变化幅度，并且，所述速度单位取值范围为为2m/s-5m/s；δb表示车辆行驶速度每增加一个速度单位的无线通信模块的数据传输错误率的平均变化幅度；δk表示车辆行驶速度每增加一个速度单位的无线通信模块的带宽的平均变化率；k表示车辆的当前带宽数值；p表示车辆当前的无线通信模块的丢包率；b表示车辆当前的无线通信模块的数据传输错误率；λ表示带宽偏差系数，其中，所述带宽偏差系数表达式如下；

58、

59、其中，k表示车辆的当前带宽数值；k0表示实现车辆通信成功的无线通信模块所需最低带宽；δp表示车辆行驶速度每增加一个速度单位的无线通信模块的丢包率平均变化幅度；δb表示车辆行驶速度每增加一个速度单位的无线通信模块的数据传输错误率的平均变化幅度；

60、候选信道确定模块，用于将所述当前车辆的通信选择参数与所述信道质量参数进行比较，提取符合约束条件的通信选择参数对应的通信信道作为候选信道；其中，所述约束条件如下：

61、

62、其中，q表示当前车辆的无线通信模块对应的信道质量参数；u表示当前车辆的通信选择参数；e表示车辆的无线通信模块对应的发射天线的信号发射功率；s表示车辆的无线通信模块对应的信号源功率；p表示车辆当前的无线通信模块的丢包率；b表示车辆当前的无线通信模块的数据传输错误率；δk表示车辆行驶速度每增加一个速度单位的无线通信模块的带宽的平均变化率；

63、信道筛选模块，用于筛选候选信道对应的无线通信模块中额定能耗最低的无线通信模块作为车辆当前使用的通信信道。

64、进一步地，所述信道切换模块包括：

65、干扰信息获取模块，用于实时监测车辆当前使用的通信信道的干扰情况；

66、干扰评价参数获取模块，用于根据所述车辆当前使用的通信信道的干扰情况获取干扰评价参数；

67、评估判断模块，用于当所述干扰评价参数超过预设的评价参数阈值时，则对所述车辆的除了当前使用的通信到之外的其他通信信道进行干扰评估，获得每个所述其他通信信道对应的干扰评价参数；

68、切换执行模块，用于将干扰评价参数最低的通信信道作为信道切换的目标信道，并执行通信信道切换。

69、进一步地，所述干扰评价参数获取模块包括：

70、干扰信息提取模块，用于提取车辆当前使用的通信信道的干扰情况；

71、干扰评价因子获取模块，用于根据所述车辆当前使用的通信信道的干扰情况获取干扰评价因子，其中，所述干扰评价因子通过如下公式：

72、

73、其中，g表示干扰评价因子；θp表示车辆与基站的实际相对速度与车辆向基站的信号传播方向之间的夹角角度的变化率；pz表示通信信道对应的无线通信模块的噪声功率；pf表示通信信道对应的无线通信模块的非同频干扰功率；pg表示通信信道对应的无线通信模块的多径干扰功率；k表示车辆的当前带宽数值；k0表示实现车辆通信成功的无线通信模块所需最低带宽；

74、行驶参数提取模块，用于提取当前车辆的行驶参数；

75、参数计算模块，用于利用所述干扰评价因子结合当前车辆的行驶参数，获取当前使用的通信信道对应的干扰评价参数，其中，所述干扰评价参数通过如下公式获取：

76、g＝(1+g)·g0

77、其中，g表示干扰评价参数；g0表示预设的参数基准值。

78、本发明有益效果：

79、本发明提出的一种基于车联网的多信道协调方法和系统通过使用多个通信信道和实时监测干扰情况，可以确保车辆在复杂的通信环境中保持稳定的通信连接，从而提高通信的可靠性。多个通信信道的使用可以增加车辆的通信带宽，从而提高通信的效率。实时监测和根据干扰情况切换通信信道可以增强车辆的鲁棒性，使其在面对各种通信环境变化时能够保持稳定的性能。通过根据行驶参数选择合适的通信信道和实时监测干扰情况，可以减少由于误报导致的通信中断或错误，从而降低误报率。