CN103781198B - 一种基于802.11p与LTE/LTE‑A的车联网消息传播方法 - Google Patents
一种基于802.11p与LTE/LTE‑A的车联网消息传播方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于802.11p与LTE/LTE‑A的车联网消息传播方法，GPS信息采集模块采集本车行驶速度、运行方向和位置信息，同一路段中相同行驶方向车辆的802.11p通信模块与位于其有效通信范围内的802.11p通信模块组成了自组织网络，自组织网络中的车辆组成了车簇，簇首每隔预定的时间间隔将安全消息发送给LTE/LTE‑A基站，LTE/LTE‑A基站更新车簇道路表；在紧急情况下，同一车簇内的车辆使用802.11p通信模块进行消息广播，簇首将消息发送给LTE/LTE‑A基站，LTE/LTE‑A基站按车簇道路表广播消息给相关车簇的簇首。与现有技术相比，本发明具有可实施性强、部署成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及车联网技术领域，尤其是涉及一种基于802.11p与LTE/LTE-A的车联网消息传播方法。
背景技术
车载自组织网络(VANET)，是一种自组织、结构开放的车辆间通信网络，是一种特殊的MANET(Mobile Ad hoc Networks，移动自组网)，可以适应不断变化的网络拓扑结构，为道路车辆之间、车辆与路边固定接入点之间提供通信。VANET在ITS(IntelligentTransportation System，智能交通系统)中起着很重要的作用，其目标是作为未来ITS的基础部分，通过车与车、车与路边节点的通信构成统一的无线通信网络，用于传递辅助驾驶或避免事故的实时信息，也可提供娱乐信息、Internet接入等数据服务。
802.11p是一个从IEEE802.11a协议扩充而来的通信协议，以支持高速移动环境下中车与车、车与路边单元进行通信。为了适应高速移动环境下动态时变的快衰落信道以及信号的频率选择性衰落、多普勒频移与多径传播造成严重的干扰，802.11p通过扩大数据帧的保护间隔，使得能容纳的均方根时延(RMS)更大，完全适合于高速移动环境下的通信应用。802.11p的优势在于能够降低部署成本，提高带宽、实时收集交通信息等。但是，由于其有限的无线电范围内，没有一个普遍的路边通信基础设施，802.11p只能提高间歇性和短暂的V2I连接。正是由于上述不足推动了LTE/LTE-A作为潜在的接入技术进入车联网。
LTE(Long Term Evolution，长期演进)是由3GPP组织制定的UMTS技术标准的长期演进。LTE系统引入了OFDM和多天线MIMO等关键传输技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率，其下行频谱效率将提高3-4倍，上行2-3倍；峰值速率下行达到100Mbps，上行50Mbps。支持多种带宽分配，频谱分配更加灵活；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；支持100km半径的小区覆盖；降低系统延迟，能够为350km/h高速移动用户提供大于100kbps的接入服务。LTE无线网络架构更加扁平化，减小了系统时延，降低了建网成本和维护成本。
在V2V(车对车，Vehicle-to-Vehicle)通信中，通过车辆间互相传递事故信息支持车辆防碰撞和道路安全是其最为重要的服务应用之一。根据车辆跟驰模型可知在相对车辆密度较低的道路上存在着较大的网络割裂可能，虽然目前VANET中有众多路由机制支持短时间内迅速组网并及时准确地在车簇中传递事故信息的能力，但对于道路上出现事故后如何及时将事故信息传播到因网络割裂而存在于其他子网中的车辆的情况依旧无能为力。在智能交通迅速发展的今天，这是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于802.11p与LTE/LTE-A的车联网消息传播方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于802.11p与LTE/LTE-A的车联网消息传播方法，其特征在于，车载终端的GPS信息采集模块采集本车行驶速度、运行方向和位置信息，同一路段中相同行驶方向车辆的802.11p通信模块与位于其有效通信范围内的802.11p通信模块组成了自组织网络，各个不同自组织网络之间存在网络割裂，自组织网络中的车辆组成了车簇，每个车簇选出一个簇首，同一车簇内的车辆使用802.11p通信模块进行消息广播，簇首每隔预定的时间间隔将安全消息发送给LTE/LTE-A基站，LTE/LTE-A基站对其有效覆盖范围内的所有道路建立初始道路表，当LTE/LTE-A基站收到的车簇发送的安全消息后，通过安全消息中所包含的位置信息将车簇与道路进行相关联，得到车簇道路表，并实时动态更新；
在紧急情况下，对于同一车簇内的车辆使用802.11p通信模块进行消息广播，并由簇首将消息发送给所在范围的LTE/LTE-A基站；对于网络割裂环境下的其他自组织网络，LTE/LTE-A基站查询动态车簇道路表采取不同转发策略将安全消息发送给相关车簇的簇首，再由簇首通过802.11p通信模块通知其车簇内的车辆。
当第一车簇中的某一车辆超出该车簇中任意一车辆802.11p通信模块的有效通信范围时，该车辆脱离第一车簇，并独自成为第二车簇；当该车辆又进入第三车簇中任意一车辆802.11p通信模块的有效通信范围时，则第二车簇与第三车簇合并为一个车簇。
当两个车簇相遇时，通过选举算法合并为一个车簇。
一个车簇有一个或者多个簇首候选车辆，每个车簇每隔一定时间通过将簇首候选车辆的LTE信号接收强度、802.11p无线范围以及簇中相对位置作为参选因素，选出新的簇首；当簇首离开车簇时，则立即选举新的簇首。
针对不同道路车辆密度情况采取不同转发策略具体为，对于车辆密集地区，LTE/LTE-A基站只发送给其有效覆盖范围小区内的相关车簇；对于车辆稀疏地区或者两个LTE/LTE-A基站覆盖范围重合地区，LTE/LTE-A基站不仅将安全消息转发给本小区相关车辆，并将信息向周边LTE/LTE-A基站转发，再由周边LTE/LTE-A基站通知该周边LTE/LTE-A基站有效覆盖范围小区内的相关车簇，所述的车辆密集地区是指平均每两百米路段上至少有一辆正在行驶的汽车，所述的车辆稀疏地区是指平均每两百米路段上不足一辆正在行驶的汽车。
所述的初始道路表包括道路的起始位置、起始位置的相关路段、结束位置及结束位置的相关路段，所述的车簇道路表在初始道路表的基础上增加了每条道路上的车簇，每个车簇包含有车簇的唯一识别码、车簇物理地址以及网络地址。
所述的车载终端上设置有GPS信息采集模块、802.11p通信模块以及LTE/LTE-A通信模块，一条行车道路上布置了一个或多个LTE/LTE-A基站。
所述的有效通信范围为50～300米。
所述的预定的时间间隔为3次/每秒。
与现有技术相比，本发明在紧急情况发生时，不仅可主动广播信息，防止车辆追尾事故，而且针对不同道路车辆密度情况采取不同转发策略，根据动态车簇道路表选取相关车簇簇首经过LTE/LTE-A基站广播信息，可有效避免事故后附近车辆突发性地大量占用LTE/LTE-A系统资源的情况发生，具有可实施性强、部署成本低等优点。
附图说明
图1为实施例一中车辆进入/离开车簇的示意图；
图2为图1情况下LTE/LTE-A基站建立的动态车簇道路表；
图3为实施例二中道路事故发生后消息传播示意图；
图4为实施例三中十字路口事故发生后消息传播示意图。
图中，M代表簇首，N代表簇首候选车辆，P代表802.11p有效通信范围。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的使用范围。实施例中采用的条件或限制可以根据具体实际情况作进一步调整，未注明的条件通常为常规的情况。
实施例一：如图1所示，当车辆A3正常行驶在道路上时，车载终端上GPS信息采集模块实时地收集车辆运行过程中的方向以及位置信息，同时向周边位于802.11p通信模块有效通信范围内的车辆发送有自身相关信息的报文，包括位置、速度、LTE信号强度等。A1、A2在接收到该报文之后，发现与自身信息类似，则予以回复，而车辆C在接收到该报文后发现双方行驶方向相反，不予理睬。收到A1、A2报文回复后，若A1、A2已经形成车簇，则A3加入该车簇；若A1、A2双方不在同一车簇，则A1、A2、A3形成同一车簇并建立临时车辆自组织网络。
当网络建立之后，A1、A2、A3同时成为簇首候选车辆，通过相关VANET路由算法传递彼此的地理位置、LTE/LTE-A上下链路强度等信息，作为参选信息，通过一定选举算法选择出簇首，图1中A2为该车簇簇首。此后，位于同一车簇的车辆定期进行周期性的交流选出新的簇首。B1由于无法和其他车辆或者车簇通过802.11p通信模块形成自组织网络，其本身担任簇首。作为簇首的A2与B1则担负起了整个车簇与LTE/LTE-A基站eNodeB通信的责任。簇首与LTE/LTE-A网络连接通信的方式与正常情况下移动终端与LTE/LTE-A网络通信的方式相同。簇首以3次/每秒的时间间隔将安全消息发送给eNodeB，告知eNodeB该车簇具体位置信息。
如图2所示，LTE/LTE-A基站在系统初始化时对其覆盖范围内即图1中的所有道路进行建表，表中的信息包括道路的起始位置及起始位置的相关路段，结束位置及结束位置的相关路段。值得注意的是，同一条道路由于行驶方向相反应该将其看成两条道路，如图1中的X和Y。所谓起始位置的相关路段是指涌入该道路起始路口处连接的道路，而结束位置的相关路段是指离开该道路路口处连接的道路。当eNodeB收到图1中A、B、C三个车簇的安全信息后，将其添加至车簇道路表中，其中要注意的是A、B入表时应根据相关位置进行排序，这样可保证eNodeB将安全信息进行后向传播，其中车簇信息应该包含车簇的是唯一识别码、车簇物理地址和网络地址。
实施例二：如图3所示，当车辆B2与B3在行驶过程中，由于某些原因产生追尾之后，相撞车辆立即采取紧急消息传播，步骤如下：
①事故车辆B2与B3在移动自组织网络中通过802.11p通信模块及相关路由机制立刻向周边车辆传递紧急信息，收到该紧急安全信息的车辆再向其他车辆转发，以事故车辆编号为依据，可避免自组织网络洪泛问题的出现。收到安全信息的车辆在比较与事故车辆位置信息和行驶方向后采取不同的措施，如在图3中车辆B4采取紧急制动，而车辆B1由于位于事故前方故只向驾驶员发出告警，并不采取任何强制行为。
②作为发生事故车簇的簇首B6在采取相应措施之后，通过LTE/LTE-A通信模块向所在范围内的eNodeB发送紧急安全信息；若处在两个eNodeB信号覆盖范围之间则向信号较强的基站发送信息。
③eNodeB收到紧急安全信息之后，立刻查询车簇道路表，按照一定策略将其转发给事故发生道路上所有相关车簇的簇首，簇首在接收到上述信息之后，判断事故发生地点的位置，若事故位置在本车簇的后方或在反向车道，则不予考虑。
④若事故位置在本车簇车道的前方，则簇首(图3中的A2)通过802.11p通信模块发送给车簇内的其他车辆，A1、A3收到前方安全紧急信息之后，立刻通知驾驶员。
实施例三：如图4所示，当事故发生位置在十字路口附近时，eNodeB2的转发策略应该是将事故发生消息传递给四条道路上所有通向该路口的车簇A和Z。若eNodeB2无法将信息传递给十字路口所有车道的车簇，则将该信息传递给eNodeB1，由eNodeB1完成剩余事项。该处理方法同样适用于当事故发生在由两个或者多个eNodeB覆盖的长道路时。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，并不能以此限制此发明的保护范围。凡是根据本发明想法所做的等效变换或是修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于802.11p与LTE/LTE-A的车联网消息传播方法，其特征在于，车载终端的GPS信息采集模块采集本车行驶速度、运行方向和位置信息，同一路段中相同行驶方向车辆的802.11p通信模块与位于其有效通信范围内的802.11p通信模块组成了自组织网络，各个不同自组织网络之间存在网络割裂，自组织网络中的车辆组成了车簇，每个车簇选出一个簇首，同一车簇内的车辆使用802.11p通信模块进行消息广播，簇首每隔预定的时间间隔将安全消息发送给LTE/LTE-A基站，LTE/LTE-A基站对其有效覆盖范围内的所有道路建立初始道路表，当LTE/LTE-A基站收到的车簇发送的安全消息后，通过安全消息中所包含的位置信息将车簇与道路进行相关联，得到车簇道路表，并实时动态更新；
在紧急情况下，对于同一车簇内的车辆使用802.11p通信模块进行消息广播，并由簇首将消息发送给所在范围的LTE/LTE-A基站；对于网络割裂环境下的其他自组织网络，LTE/LTE-A基站查询动态车簇道路表采取不同转发策略将安全消息发送给相关车簇的簇首，再由簇首通过802.11p通信模块通知其车簇内的车辆；
针对不同道路车辆密度情况采取不同转发策略具体为，对于车辆密集地区，LTE/LTE-A基站只发送给其有效覆盖范围小区内的相关车簇；对于车辆稀疏地区或者两个LTE/LTE-A基站覆盖范围重合地区，LTE/LTE-A基站不仅将安全消息转发给本小区相关车辆，并将信息向周边LTE/LTE-A基站转发，再由周边LTE/LTE-A基站通知该周边LTE/LTE-A基站有效覆盖范围小区内的相关车簇，所述的车辆密集地区是指平均每两百米路段上至少有一辆正在行驶的汽车，所述的车辆稀疏地区是指平均每两百米路段上不足一辆正在行驶的汽车。
2.根据权利要求1所述的一种基于802.11p与LTE/LTE-A的车联网消息传播方法，其特征在于，当第一车簇中的某一车辆超出该车簇中任意一车辆802.11p通信模块的有效通信范围时，该车辆脱离第一车簇，并独自成为第二车簇；当该车辆又进入第三车簇中任意一车辆802.11p通信模块的有效通信范围时，则第二车簇与第三车簇合并为一个车簇。
3.根据权利要求2所述的一种基于802.11p与LTE/LTE-A的车联网消息传播方法，其特征在于，当两个车簇相遇时，通过选举算法合并为一个车簇。
4.根据权利要求1所述的一种基于802.11p与LTE/LTE-A的车联网消息传播方法，其特征在于，一个车簇有一个或者多个簇首候选车辆，每个车簇每隔一定时间通过将簇首候选车辆的LTE信号接收强度、802.11p无线范围以及簇中相对位置作为参选因素，选出新的簇首；当簇首离开车簇时，则立即选举新的簇首。
5.根据权利要求1所述的一种基于802.11p与LTE/LTE-A的车联网消息传播方法，所述的初始道路表包括道路的起始位置、起始位置的相关路段、结束位置及结束位置的相关路段，所述的车簇道路表在初始道路表的基础上增加了每条道路上的车簇，每个车簇包含有车簇的唯一识别码、车簇物理地址以及网络地址。
6.根据权利要求1所述的一种基于802.11p与LTE/LTE-A的车联网消息传播方法，其特征在于，所述的车载终端上设置有GPS信息采集模块、802.11p通信模块以及LTE/LTE-A通信模块，一条行车道路上布置了一个或多个LTE/LTE-A基站。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于802.11p与LTE/LTE-A的车联网消息传播方法，其特征在于，所述的有效通信范围为50～300米。
8.根据权利要求1所述的一种基于802.11p与LTE/LTE-A的车联网消息传播方法，其特征在于，所述的预定的时间间隔为3次/每秒。
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2013
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