CN103167024A

CN103167024A - 一种面向车联网的协作信息传递方法

Info

Publication number: CN103167024A
Application number: CN2013100468642A
Authority: CN
Inventors: 余荣; 谢胜利; 范迪; 夏文龙
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2013-06-19

Abstract

本发明公开一种面向车联网的协作信息传递方法，采集RSU和OBU的信息，选择可靠的协作中继进行源节点和目标节点之间的消息传递；包括：信息采集：通过RSU和OBU的信息交互，OBU发送与本身有关的信息给RSU，RSU记录并保存该信息；选择中继集合：当源节点发送消息给目标节点时，查询RSU所保存的关于所有OBU的信息，初步选定能到达目的的节点位置的OBU的集合；判断发送距离并选取最终中继：根据所需传递消息的类型判断发送消息的距离，通过确定的发送距离选择中继个数n，最后从选定的OBU集合随机的选取n个OBU作为最终传递消息的协作中继。该方法能为OBU用户合理选择中继节点，通过中继节点进行消息传递。

Description

一种面向车联网的协作信息传递方法

技术领域

本发明涉及车联网领域，更具体地，涉及一种面向车联网的协作信息传递方法。

背景技术

车联网（IOV：Internet of Vehicle）是物联网在汽车领域的一个细分应用，是移动互联网、物联网向业务实质和纵深发展的必经之路，是未来信息通信、环保、节能、安全等发展的融合性技术。

车联网（IOV：Internet of Vehicle）是指车与车、车与路、车与人、车与传感设备等交互，实现车辆与公众网络通信的动态移动通信系统。它可以通过车与车、车与人、车与路互联互通实现信息共享，收集车辆、道路和环境的信息，并在信息网络平台上对多源采集的信息进行加工、计算、共享和安全发布，根据不同的功能需求对车辆进行有效的引导与监管，以及提供专业的多媒体与移动互联网应用服务。

从网络上看，IOV系统是一个“端管云”三层体系。

第一层（端系统）：端系统是汽车的智能传感器，负责采集与获取车辆的智能信息，感知行车状态与环境；是具有车内通信、车间通信、车网通信的泛在通信终端；同时还是让汽车具备IOV寻址和网络可信标识等能力的设备。

第二层（管系统）：解决车与车（V2V）、车与路（V2R）、车与网（V2I）、车与人（V2H）等的互联互通，实现车辆自组网及多种异构网络之间的通信与漫游，在功能和性能上保障实时性、可服务性与网络泛在性，同时它是公网与专网的统一体。

第三层（云系统）：车联网是一个云架构的车辆运行信息平台，它的生态链包含了ITS、物流、客货运、危特车辆、汽修汽配、汽车租赁、企事业车辆管理、汽车制造商、4S店、车管、保险、紧急救援、移动互联网等，是多源海量信息的汇聚，因此需要虚拟化、安全认证、实时交互、海量存储等云计算功能，其应用系统也是围绕车辆的数据汇聚、计算、调度、监控、管理与应用的复合体系。

车联网的具体网络环境如图1，通过在道路和车辆上安装无线通信模块，让车辆和路边设备组成一种无线网络。车与车之间可以组成自组网以Ad-hoc的模式进行通信，同时路边设备RSU也可以直接通过Wi-Fi连接移动设备OBU进行通信。一般情况下消息都是通过RSU直接发送给OBU，但是有时会碰到OBU不在RSU的信号覆盖范围或者OBU附近没有可用的RSU，这种情况下就需要某些OBU的协作帮助RSU把消息传递给目标OBU。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种面向车联网的协作信息传递方法，该法根据车联网的特性，对车联网系统中无法直接进行消息传递的场景给出一种合理的消息传递方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种面向车联网的协作信息传递方法，采集路边设备RSU和移动设备OBU的信息，选择可靠的协作中继进行源节点和目标节点之间的消息传递；包括以下步骤：

S1.信息采集：通过路边设备RSU和移动设备OBU的信息交互，移动设备OBU发送与本身有关的信息给路边设备RSU，路边设备RSU记录并保存该信息；

S2.选择中继集合：当源节点发送消息给目标节点时，查询路边设备RSU所保存的关于所有移动设备OBU的信息，初步选定能到达目的的节点位置的移动设备OBU的集合；

S3.判断发送距离并选取最终中继：根据所需传递消息的类型判断发送消息的距离，通过确定的发送距离选择中继个数n，最后从选定的移动设备OBU集合随机的选取n个移动设备OBU作为最终传递消息的协作中继。

步骤S2中的源节点可以为移动设备OBU也可以为路边设备RSU。

更进一步的，步骤S1的信息采集包括以下步骤：

S11.移动设备OBU进入到路边设备RSU的信号覆盖范围，移动设备OBU向路边设备RSU发出宣告表示能与路边设备RSU进行通信；

S12.移动设备OBU通过装载的网卡与路边设备RSU建立连接，并进行通信，移动设备OBU发送本身的信息给路边设备RSU。

更进一步的，步骤S11中路边设备RSU的信号覆盖范围通过以下方式获得：功放输入端的信号水平(dB)＝设备输出功率(dB)-电缆衰减(dB)-连接头衰减(dB)。

更进一步的，步骤S11中路边设备RSU的信号覆盖范围为200-300M。

更进一步的，步骤S2中的移动设备OBU的信息至少包括：位置信息、行驶方向、中断概率、发射功率。

更进一步的，位置信息、行驶方向、中断概率、发射功率通过以下方式获得：

位置信息：通过在移动设备OBU上安装GPS模块或通过节点间测距算法获得位置信息G(x,y)；

行驶方向：通过移动设备OBU在当前位置信息G(x,y)与前一个时间点的位置信息G'(x',y')的差得到的向量V₁(x₁,y₁)来表示；

中断概率p：

其中r为瞬时信噪比，p(r)为信噪比概率分布密度，R为发送速率；

发射功率P：通过移动设备OBU的网卡驱动提供的API接口获得。

更进一步的，步骤S2的选择中继集合是根据以下原则选取：中断概率p小于给定的中断概率p'，发射功率P大于给定的发射功率P'，通过移动设备OBU的位置信息和行驶方向判断移动设备OBU是否能到达目标节点的位置，选取那些能到达的目标节点的移动设备OBU作为候选移动设备OBU。

更进一步的，步骤S2的具体步骤为：

S21.对所得到的中断概率p进行从小到大的排序，对于给定的中断概率p'，选择小于给定的中断概率p'的中断概率p作为候选移动设备OBU；

S22.对发射功率P进行从大到小排序，对于给定的发射功率P'，选择大于P'的发射功率P作为候选移动设备OBU；

S23.对于目标移动设备OBU可以通过GPS模块获得其位置信息G₀(x₀,y₀)，求得每个候选移动设备OBU到目标移动设备OBU的方向向量V₂(x₂,y₂)，比较候选移动设备OBU行驶方向向量V₁(x₁,y₁)和V₂(x₂,y₂)；若V₁与V₂为平行向量，即

则选取满足条件的移动设备OBU为候选OBU；若不平行，则放弃该移动设备OBU为候选移动设备OBU。

更进一步的，步骤S3所述的判断发送距离的原则为：如果所需发送的消息很紧急，即有很高的实时性要求，当中继一到达目标节点的信号覆盖范围就直接发送；如果需要保证发送信息的完整性，即有很高的可靠性，当中继距离目标节点较近时再发送。

更进一步的，步骤S3所述的最终中继的选取原则为：从候选移动设备OBU集合中随机地选取n个移动设备OBU作为协作中继，其中n的值通过下式获得：

本发明的有益效果：当移动设备OBU不在路边设备RSU的信号覆盖范围或者移动设备OBU附近没有可用的路边设备RSU，采用本法能合理的选择移动设备OBU来作为传递信息的中继，保证在路边设备RSU的信号覆盖不到区域也能够实现从源节点将信息传递到目标移动设备OBU。

附图说明

图1为车联网的具体网络环境图。

图2为车联网中源节点无法直接将信息传递给目标节点的示意图。

图3为本发明的流程图。

图4、5为移动设备OBU进入信号覆盖范围内的示意图。

图6为选取候选移动设备OBU的示意图。

图7、8为中继靠近目标节点的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述，但本发明的实施方式并不限于此。实施例一

如图2所示，当车联网中源节点无法直接将信息传递给目标节点，即图2中源节点区域中的某个源节点（RSU1或OBU1）无法直接将信息传递给目标OBU，

如图3所示，一种面向车联网的协作信息传递方法，采集路边设备RSU和移动设备OBU的信息，选择可靠的协作中继进行源节点和目标节点之间的消息传递；包括以下步骤：

S1.采集道路上所有路边设备RSU可达的移动设备OBU的信息：通过路边设备RSU和移动设备OBU的信息交互，移动设备OBU发送与本身有关的信息给路边设备RSU，路边设备RSU记录并保存该信息；

S2.根据采集的OBU的信息参数选取可用的OBU集合：当源节点发送消息给目标节点时，查询路边设备RSU所保存的关于所有移动设备OBU的信息，初步选定能到达目的的节点位置的移动设备OBU的集合；

S3.从可选的OBU集合中随机选择2个作为最终转发消息的中继：根据所需传递消息的类型判断发送消息的距离，通过确定的发送距离选择中继个数2，最后从选定的移动设备OBU集合随机的选取2个移动设备OBU作为最终传递消息的协作中继；

S4.根据所传递消息的类型判断中继OBU发送给目标OBU的发送距离。

如图4、5所示，步骤S1的信息采集包括以下步骤：

S12.移动设备OBU与路边设备RSU建立3次握手连接，并进行通信，移动设备OBU发送本身的信息给路边设备RSU。

其中在本实施例中，路边设备RSU的信号覆盖范围为200-300M。这是由于实际上每一个路边设备RSU无一个无线中心AP，其信号覆盖范围一般都由设备生产商提供。

如图6所示，中继集合的选取步骤包括：

如果所需发送的消息很紧急，即有很高的实时性要求，当中继一到达目标节点的信号覆盖范围就直接发送，如图7所示；如果需要保证发送信息的完整性，即有很高的可靠性，当中继距离目标节点较近时再发送，如图8所示。发送距离D可以针对实际情况灵活的选取，一般选取10m为发送距离。。

实施例二

路边设备RSU的信号覆盖范围通过如下公式求得：功放输入端的信号水平(dB)＝设备输出功率(dB)-电缆衰减(dB)-连接头衰减(dB)。如图3中从候选OBU中选择n个最终中继，其中n的选取方法如下：

由香农定律可知，R=log₂(1+r₀)

其中R为发送速率，r₀为信噪比；

s为接收功率，N₀为接收机的噪声，因此

R = \log_{2} (1 + \frac{s}{N_{0}}),

由上式可得接收功率为s=(2^R-1)N₀；

自由空间的信号损耗公式为：空间损耗

L_s=20lg(F)+20lg(D)+32.45；

其中F为发送频率，D为发送端到接收端的距离。

发射端功率：

P_{tx} = s • 10^{\frac{L_{s}}{10}}

即

R为发送速率，N₀为接收机的噪声，F为发送频率，D为发送端到接收端的距离。

由上式可知在R、N₀、F一定的情况下，发射功率只与发送端到接收端的距离有关。

在给定的最大发射功率P_max和发送距离D的情况下可以得到，中继OBU的发送数量n≤P_max/P_tx，n取满足条件的最大值，即

以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种面向车联网的协作信息传递方法，其特征在于，采集路边设备RSU和移动设备OBU的信息，选择可靠的协作中继进行源节点和目标节点之间的消息传递；包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的面向车联网的协作信息传递方法，其特征在于，步骤S1的信息采集包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的面向车联网的协作信息传递方法，其特征在于，步骤S11中路边设备RSU的信号覆盖范围通过以下方式获得：功放输入端的信号水平(dB)＝设备输出功率(dB)-电缆衰减(dB)-连接头衰减(dB)。

4.根据权利要求2所述的面向车联网的协作信息传递方法，其特征在于，步骤S11中路边设备RSU的信号覆盖范围为200-300M。

5.根据权利要求1所述的面向车联网的协作信息传递方法，其特征在于，步骤S2中的移动设备OBU的信息至少包括：位置信息、行驶方向、中断概率、发射功率。

6.根据权利要求5所述的面向车联网的协作信息传递方法，其特征在于，位置信息、行驶方向、中断概率、发射功率通过以下方式获得：

中断概率p：

发射功率P：通过移动设备OBU的网卡驱动提供的API接口获得。

7.根据权利要求6所述的面向车联网的协作信息传递方法，其特征在于，步骤S2的选择中继集合是根据以下原则选取：中断概率p小于给定的中断概率p'，发射功率P大于给定的发射功率P'，通过移动设备OBU的位置信息和行驶方向判断移动设备OBU是否能到达目标节点的位置，选取那些能到达的目标节点的移动设备OBU作为候选移动设备OBU。

8.根据权利要求7所述的面向车联网的协作信息传递方法，其特征在于，步骤S2的具体步骤为：

9.根据权利要求1所述的面向车联网的协作信息传递方法，其特征在于，步骤S3所述的判断发送距离的原则为：如果所需发送的消息很紧急，即有很高的实时性要求，当中继一到达目标节点的信号覆盖范围就直接发送；如果需要保证发送信息的完整性，即有很高的可靠性，当中继距离目标节点较近时再发送。

10.根据权利要求1所述的面向车联网的协作信息传递方法，其特征在于，步骤S3所述的最终中继的选取原则为：从候选移动设备OBU集合中随机地选取n个移动设备OBU作为协作中继，其中n的值通过下式获得：