專利名稱：一種提高車聯(lián)網(wǎng)安全信息廣播覆蓋范圍的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高車聯(lián)網(wǎng)安全信息廣播覆蓋范圍的方法。
背景技術(shù)：
車聯(lián)網(wǎng)是未來智能交通系統(tǒng)(IntelligentTransportation System,簡(jiǎn)稱 ITS)的核心部分，通過車輛節(jié)點(diǎn)之間(V2V)或車輛節(jié)點(diǎn)與路邊節(jié)點(diǎn)(V2R)之間的自組織無線多跳通信，為駕駛?cè)恕⒊丝偷忍峁┹o助駕駛、安全告警、多媒體應(yīng)用服務(wù)等，以此來降低交通事故率、實(shí)施緊急救援、減輕交通擁堵、提高交通效率等。根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)承載信息的不同可將其應(yīng)用分為兩類，即:安全相關(guān)的信息和非安全相關(guān)的信息。其中與安全相關(guān)的信息主要使用廣播的通信方式。廣播通信方式按傳輸范圍劃分又可以進(jìn)一步分為單跳廣播和多跳廣播。單跳廣播方式主要為一跳以內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)提供安全相關(guān)的廣播信息，鄰居節(jié)點(diǎn)只接收不轉(zhuǎn)發(fā)，該方式網(wǎng)絡(luò)資源利用率高，網(wǎng)絡(luò)中的冗余的廣播信息少，但信息覆蓋率低；多跳廣播方式可以將安全信息通過中繼節(jié)點(diǎn)在一定的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)從而提高信息的有效覆蓋范圍。車聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議IEEE802.1lp和IEEE1609協(xié)議族定義了兩種通信信道類型:控制信道(CCH)和服務(wù)信道(SCH)。其中控制信道(CCH)用于傳輸安全、控制相關(guān)的信息，服務(wù)信道(SCH)用于傳輸非安全相關(guān)信息(如增值服務(wù)、多媒體信息等)。協(xié)議中規(guī)定各車輛節(jié)點(diǎn)通過一個(gè)協(xié)同的全網(wǎng)時(shí)鐘在控制信道(CCH)時(shí)隙和服務(wù)信道(SCH)時(shí)隙之間交替，每一個(gè)交替周期為100ms，即:同步后當(dāng)在控制信道時(shí)隙時(shí)，所有的車輛節(jié)點(diǎn)均調(diào)整到控制信道，持續(xù)時(shí)間為50ms，用于安全和控制相關(guān)信息交互；當(dāng)在服務(wù)信道時(shí)隙時(shí)所有的車輛節(jié)點(diǎn)均調(diào)整到服務(wù)信道，持續(xù)時(shí)間為50ms，用于非安全相關(guān)信息的傳輸。對(duì)于安全信息來說為使更多的節(jié)點(diǎn)在較短的時(shí)間內(nèi)能夠接收到安全信息，其廣播過程多使用多跳廣播方式，但現(xiàn)有的協(xié)議存在以下弊端:(1)車聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議IEEE802.1lpMAC層使用EDCA (Enhanced Distributed Channel Access增強(qiáng)的分布式信道接入)機(jī)制，該機(jī)制雖然通過區(qū)分隊(duì)列的方式為不同的信息類型設(shè)定了不同的優(yōu)先級(jí)，但是在相同優(yōu)先級(jí)信息的轉(zhuǎn)發(fā)過程中(如安全信息)信道的競(jìng)爭(zhēng)是公平的、無序的，這種無序性，一方面必然會(huì)導(dǎo)致相鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息的頻繁碰撞，從而使安全信息得不到有效轉(zhuǎn)發(fā)；另一方面，從提高安全信息轉(zhuǎn)發(fā)覆蓋范圍的角度來講，信息源節(jié)點(diǎn)一跳覆蓋范圍邊緣的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)擁有比與其鄰近的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)更優(yōu)的轉(zhuǎn)發(fā)覆蓋范圍，但是在這種無序競(jìng)爭(zhēng)方式下，兩者獲得信道使用權(quán)，進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)的概率是相同的，因此不利于提高安全信息的有效覆蓋范圍。(2)智能交通的應(yīng)用場(chǎng)景中，與安全相關(guān)的信息有一個(gè)有效時(shí)間容限，大部分安全相關(guān)信息的最大有效時(shí)間容限為IOOms，也就是說接收車輛節(jié)點(diǎn)收到安全信息的時(shí)間與源節(jié)點(diǎn)發(fā)送該信息的時(shí)間間隔要小于等于100ms，如果超過這個(gè)時(shí)間容限，該數(shù)據(jù)對(duì)接收到該信息的車輛節(jié)點(diǎn)來說就沒有價(jià)值了，與此同時(shí)車聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議IEEE1609協(xié)議族規(guī)定的用于安全信息發(fā)送的控制信道(CCH)時(shí)隙在每個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間為50ms，因此可用于安全信息轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間非常有限。綜上所述，在智能交通的安全應(yīng)用的場(chǎng)景下，如何在更短的時(shí)間內(nèi)提高安全信息的有效覆蓋范圍，是我們迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提出一種提高車聯(lián)網(wǎng)安全信息廣播覆蓋范圍的方法，可以實(shí)現(xiàn)在車聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議IEEE802.1lp和IEEE1609協(xié)議族定義的用于安全信息廣播的控制信道(CCH)時(shí)隙下，該方法通過設(shè)計(jì)一個(gè)非均勻的退避窗口約束函數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整與源節(jié)點(diǎn)不同距離轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的退避窗口初值選擇概率，利用提高相對(duì)距離較遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)獲得信道使用權(quán)概率的方式，從而提高相對(duì)距離較遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)獲得信道使用權(quán)限并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的概率，在CCH信道時(shí)隙內(nèi)提高轉(zhuǎn)發(fā)有效覆蓋范圍，以達(dá)到在短時(shí)間內(nèi)提高安全信息的有效覆蓋范圍的目的。本發(fā)明的目的通過以下方案實(shí)現(xiàn):在智能交通應(yīng)用場(chǎng)景中，一種提高車聯(lián)網(wǎng)安全信息廣播覆蓋范圍的方法是:當(dāng)源節(jié)點(diǎn)發(fā)出安全告警信息，其一跳以內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)收到該信息后，參與到信道競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)，在介質(zhì)訪問控制層(MAC)利用分布式協(xié)調(diào)控制方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)共享介質(zhì)的訪問控制，優(yōu)先獲得信道使用權(quán)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，將首先將該信息轉(zhuǎn)發(fā)出去。從前面的分析可知，從提高安全信息轉(zhuǎn)發(fā)覆蓋范圍的角度來講，離信息源節(jié)點(diǎn)更遠(yuǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)擁有比與其臨近的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)更優(yōu)的轉(zhuǎn)發(fā)覆蓋范圍，因此為實(shí)現(xiàn)上述功能，本發(fā)明設(shè)計(jì)一個(gè)非均勻的退避窗口約束函數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整與源節(jié)點(diǎn)不同距離轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的退避窗口初值選擇概率，從而提高相對(duì)距離較遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)獲得信道使用權(quán)限的概率，達(dá)到在短時(shí)間內(nèi)提高安全信息的有效覆蓋范圍的目的；在每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部其具體步驟如下:(I)判斷當(dāng)前時(shí)隙是否為CCH時(shí)隙，若是則將安全信息推入MAC隊(duì)列，參與信道競(jìng)爭(zhēng)準(zhǔn)備進(jìn)行多跳轉(zhuǎn)發(fā)，然后進(jìn)入(2);否則不再進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)；(2)計(jì)算距離約束因 子: Yr ;(3)監(jiān)聽 CCH 信道；若信道空閑時(shí)間大于等于該幀最小等待時(shí)間，進(jìn)入(4);否則，繼續(xù)監(jiān)聽CCH信道；(4)更新競(jìng)爭(zhēng)窗口值Wi ;其取值范圍在系統(tǒng)定義的最小競(jìng)爭(zhēng)窗口值和最大競(jìng)爭(zhēng)窗口值之間；(5)計(jì)算非均勻退避窗口初值選擇概率約束序列:Xr= [Xr (O)，Xr ⑴…Xr (k)…Xr (ff-2)，Xr (W1-1)]，其中\(zhòng)為概率分布約束序列，約束條件為:概率之和為1，且每個(gè)元素的取值在O到I之間；表達(dá)式為:
權(quán)利要求
1.一種提高車聯(lián)網(wǎng)安全信息廣播覆蓋范圍的方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、源節(jié)點(diǎn)發(fā)出安全告警信息； 52、鄰居節(jié)點(diǎn)收到所述的安全警告信息后，參與到信道競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中進(jìn)行信息競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)發(fā)；所述信息競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)發(fā)的過程為:通過設(shè)計(jì)一個(gè)非均勻的退避窗口約束函數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整與源節(jié)點(diǎn)不同距離轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的退避窗口初值選擇概率，提高源節(jié)點(diǎn)一跳范圍內(nèi)相對(duì)距離較遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)在單位時(shí)隙內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的概率。
2.根據(jù)權(quán)利I的提高車聯(lián)網(wǎng)安全信息廣播覆蓋范圍的方法，其特征在于，所述步驟S2中，每個(gè)所述轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部執(zhí)行以下步驟: 步驟1、判斷當(dāng)前時(shí)隙是否為CCH時(shí)隙，若是則將安全信息推入MAC隊(duì)列，參與信道競(jìng)爭(zhēng)準(zhǔn)備進(jìn)行多跳轉(zhuǎn)發(fā)，然后進(jìn)入步驟2 ;否則，不再進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)； 步驟2、計(jì)算距離約束因子: 步驟3、監(jiān)聽CCH信道，若信道空閑時(shí)間大于等于該幀最小等待時(shí)間，進(jìn)入步驟4;否則，繼續(xù)監(jiān)聽CCH信道； 步驟4、更新競(jìng)爭(zhēng)窗口值Wi ； 步驟5、計(jì)算非均勻退避窗口選擇概率初值約束序列\(zhòng) ； 步驟6、在非均勻分布的序列\(zhòng)的約束下，各轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)可以獲得各自的退避窗口初始值，然后初始化退避窗口計(jì)數(shù)器初值； 步驟7、每經(jīng)過一個(gè)信道空閑時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)將自身退避窗口計(jì)數(shù)器減I ; 步驟8、判斷退避計(jì)數(shù)器是否為O ;若是，進(jìn)入下一步驟；否則返回到步驟7 ； 步驟9、判斷是否有兩個(gè)或是兩個(gè)以上轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的退避窗口計(jì)數(shù)器同時(shí)遞減到O ;若有，則轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)將同時(shí)執(zhí)行發(fā)送，在CCH信道上產(chǎn)生碰撞，產(chǎn)生碰撞的節(jié)點(diǎn)返回到步驟4重新開始執(zhí)行；若無，則跳轉(zhuǎn)到步驟10 ； 步驟10、判斷當(dāng)前時(shí)隙是否仍為CCH信道時(shí)隙，若是，完成信息轉(zhuǎn)發(fā)；若否，丟棄該安全信息，切換到SCH信道時(shí)隙。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的提高車聯(lián)網(wǎng)安全信息廣播覆蓋范圍的方法，其特征在于，計(jì)算距離約束因子Y^的表達(dá)式為:
4.根據(jù)權(quán)利2所述的提高車聯(lián)網(wǎng)安全信息廣播覆蓋范圍的方法，其特征在于，所述序列\(zhòng)的表達(dá)式為: Xr= [Xr (O)，Xr (I)...Xr (k)...Xr (ff1-2)，Xr (W1-1)]。
5.根據(jù)權(quán)利2所述的提高車聯(lián)網(wǎng)安全信息廣播覆蓋范圍的方法，其特征在于，所述序列\(zhòng)為概率分布約束序列，需要滿足概率之和為1，且每個(gè)元素的取值在O到I之間，以及其條件表達(dá)式為:
6.根據(jù)權(quán)利2所述的提高車聯(lián)網(wǎng)安全信息廣播覆蓋范圍的方法，其特征在于，所述序列\(zhòng)為概率分布約束序列，其條件為:相對(duì)距離較遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)選擇較小退避窗口初值的概率大于相對(duì)距離較近節(jié)點(diǎn)，且相對(duì)距離較遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)選擇較大退避窗口初值的概率小于相對(duì)距離較近節(jié)點(diǎn)；所述概率分布約束序列的表達(dá)式為:
7.根據(jù)權(quán)利2所述的提高車聯(lián)網(wǎng)安全信息廣播覆蓋范圍的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的碰撞概率P1^與成功傳輸概率τ r的關(guān)系式為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高車聯(lián)網(wǎng)安全信息廣播覆蓋范圍的方法，包括設(shè)計(jì)一個(gè)非均勻的退避窗口約束序列Xr動(dòng)態(tài)調(diào)整與源節(jié)點(diǎn)不同距離轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的退避窗口初值選擇概率的方法和約束序列Xr在實(shí)際的安全信息轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用場(chǎng)景中需滿足的條件；根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)相對(duì)距離dr，計(jì)算距離約束因子γr，并通過γr構(gòu)造約束序列Xr；在約束序列Xr的約束下各轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)生成各自的退避窗口初始值，然后初始化退避窗口計(jì)數(shù)器初值進(jìn)入退避過程實(shí)現(xiàn)對(duì)共享介質(zhì)的訪問控制。本發(fā)明具有通過提高源節(jié)點(diǎn)一跳范圍內(nèi)相對(duì)距離較遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)在單位時(shí)隙內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的概率，達(dá)到在CCH信道時(shí)隙內(nèi)提高安全信息多跳廣播有效覆蓋范圍的目的等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04W74/00GK103118336SQ20131003306
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者李曉歡, 胡斌杰 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)