CN104735765B - 基于连接概率的车联网基站功率控制方法及车联网基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于连接概率预测的车联网基站功率控制方法及车联网基站。该方法包括如下步骤：车联网基站实时测量道路车流量，并采集车载单元参数；根据概率分布方法计算车载单元与车联网基站之间的连接概率；将所述连接概率与最小连接概率进行比较，若所述连接概率小则提高车联网基站功率，若所述连接概率大则降低车联网基站功率。同时，本发明还公开了一种采用该功率控制方法的车联网基站。本发明以车联网的连接概率为基础，对车联网基站的功率进行控制，从而保证了车辆之间的通信质量。由于每次进行功率调整时，都重新设定了最小连接概率，这样可以避免对网络产生较大干扰。

Description

基于连接概率的车联网基站功率控制方法及车联网基站

技术领域

本发明涉及一种车联网基站功率控制方法，尤其涉及一种基于连接概率的车联网基站功率控制方法，同时还涉及一种采用该功率控制方法的车联网基站。

背景技术

通常情况下，车联网在路边部署车联网基站(Roadside Unit)，在车辆安装相应的车载单元(On board Unit，简写为OBU)，车载单元可直接或通过多跳通信形式与车联网基站进行通信。

在现有技术中，车联网基站可提供网络服务，安装有车载单元的车辆可以通过多跳形式与车联网基站进行通信，以获取相应的网络资源，例如：安全或娱乐信息，以下称信息下载；或者将车辆的信息上报车联网基站，例如：路况、车辆状况等，以下称信息上传。

通常情况下，车联网中会将多跳的数量限定在一定的范围内，即限定数据包最多传输的跳数，超过K跳的数据包将被丢弃。如图1所示，车辆A与车联网基站可建立1跳通信，也称为直接通信，车辆B通过车辆A与车联网基站建立2跳通信，车辆C通过车辆A、车辆B建立3跳通信，同理，车辆D可与车联网基站建立4跳通信。如果在车联网中，将最大跳数限定为3，则车辆A、B、C可以与车联网基站建立通信，而车辆D则不能与之通信。

因此，需要提供一种能根据车辆的密度，对车联网基站功率进行控制，并且使车辆能随时保持较好通信连接的方法。

公布号为CN10378114A的中国发明专利申请公开了一种车载自组织网络的单播路由转发方法、芯片及通信系统。该方法包括：查询MRT步骤：第一车载节点产生或接收到DstIP是第二车载节点的第一VSM单播报文后，以DstIP为索引项，查询存储的MRT，从MRT表项中获取对应的NextHopMAC；发送VSM步骤：根据获取的NextHopMAC，向对应的下一跳车载节点发送第一VSM单播报文。单播报文转发基于下一跳技术，只需要从MRT的表项中获取NextHopMAC，而不需要获取完整的路由信息，转发过程简单且不需考虑收敛的问题，高效且灵活，系统开销小。

公布号为CN103209447A的中国发明专利申请公开了一种支持多跳WLAN的用户接入终端选择装置及方法。该方法收集周围可用AP及RS的状态信息，信息分析处理模块，对业务需求以及各类信息进行分析处理，对新用户的业务特性、候选AP及RS的状态信息进行综合评估，实现接入模式以及最佳AP/RS的选择，对已接入网络用户当前的各候选AP的综合性能进行评估，实现切换控制。

然而，由于路边车联网基站部署不足，或者道路上安装有车载单元的车辆不足，当车辆在车联网基站覆盖不到的区域，将无法找到可为其数据提供中继的车辆，即无法建立多跳连接通道，也就无法与车联网基站进行通信。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种基于连接概率预测的车联网基站功率控制方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种采用上述功率控制方法的车联网基站。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于连接概率预测的车联网基站功率控制方法，包括如下步骤：

车联网基站实时测量道路车流量，并采集车载单元参数；

根据概率分布方法计算车载单元与车联网基站之间的连接概率；

将所述连接概率与最小连接概率进行比较，若所述连接概率小则提高车联网基站功率，若所述连接概率大则降低车联网基站功率。

其中较优地，所述概率分布方法为泊松分布。

其中较优地，所述连接概率Φ_k(x)的计算式为：

Γ＝[x-r,x]，

其中，Φ_k(x)为车载单元与车联网基站之间的连接概率；K为车联网跳数；ρ为车流量密度；R为车联网基站的覆盖半径；r为车载单元的覆盖半径；相邻两个车联网基站相距L；x为两个车联网基站之间的距离；s为开始计算连接概率的车载单元与车联网基站之间的距离。

其中较优地，还包括车联网基站的覆盖半径计算方法，包括如下步骤：

根据连接概率的比较结果，计算车联网基站的发射功率；

根据车联网基站的功率与其覆盖半径的关系推导出车联网基站的覆盖半径值。

其中较优地，所述连接概率不小于最小连接概率。

其中较优地，当所述连接概率不小于最小连接概率时，降低车联网基站的功率；当小于最小连接概率时，增加车联网基站的功率。

所述最小连接概率在车联网基站调整功率时重新设定，用于避免产生较大干扰。

一种车联网基站，用于实现上述功率控制方法，包括：

参数采集单元，用于采集车载单元与车联网基站的参数，以及车流量信息；

连接概率预测单元，用于根据上述参数，计算车载单元与车联网基站之间的连接概率；

处理单元，用于根据连接概率以及最小连接概率判断如何调整车联网基站功率，并输出控制信号；

功率调整单元，用于根据处理单元的控制信号调整车联网基站的功率。

其中较优地，所述连接概率预测单元采用泊松分布方法计算车载单元与车联网基站的连接概率。

其中较优地，所述连接概率预测单元的计算式为：

Γ＝[x-r,x]，

其中，Φ_k(x)为车载单元与车联网基站之间的连接概率；K为车联网跳数；ρ为车流量密度；R为车联网基站的覆盖半径；r为车载单元的覆盖半径；相邻两个车联网基站相距L；x为两个车联网基站之间的距离；s为开始计算连接概率的车载单元与车联网基站之间的距离。

与现有技术相比较，本发明以车联网的连接概率作为基础，对车联网基站的功率进行控制，从而保证了车辆之间的通信质量。由于每次进行功率调整时，都重新设定了最小连接概率，这样可以避免对网络产生较大干扰。

附图说明

图1是现有技术中，车联网中多跳通信的应用示意图；

图2是本发明中，多跳车联网积分示意图；

图3是本发明中，车联网基站功率控制流程图；

图4是本发明中，一种车联网基站框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

本发明首先提供了一种基于连接概率预测的车联网基站功率控制方法，包括如下步骤：

车联网基站实时测量道路车流量，并采集车载单元参数；

根据概率分布方法计算车载单元与车联网基站之间的连接概率；

将所述连接概率与最小连接概率进行比较，若所述连接概率小则提高车联网基站功率，若所述连接概率大则降低车联网基站功率。

下面对上述车联网基站功率控制方法的各步骤进行详细说明。

首先介绍车联网基站实时测量道路车流量，并采集车载单元参数的步骤。

车载单元是采用DSRC(Dedicated Short Range Communication)技术，与车联网基站进行通讯的微波装置，相互之间通过微波进行通讯。车辆高速通过车联网基站的时候，识别真假，获得车型、计算费率，扣除通行费。在通常情况下，需要得知车载单元的这些参数，包括：车载单元的覆盖半径r，车载单元与车联网基站之间的距离，车载单元与车联网基站之间开始计算距离等。

此外，本发明需要在网络配置时，输入有关参数，例如车联网基站间距L、最大跳数K；通过其他途径获取车流量信息，如交通部门发布或通过联合微波雷达、地感线圈等；在部署车联网基站时通过测量获得功率与覆盖半径之间的关系，以及车联网所允许的最小连接概率。由于中间位置的连接概率是最小的，只要边缘车辆的连接概率高于最小连接概率，其他位置就会优于最小值。因此，需要不断计算距车联网基站为L/2处的车辆连接概率，通过其与最小连接概率的比较来判定是否调整功率。

然后介绍根据概率分布方法计算车载单元与车联网基站之间的连接概率的步骤。

在对连接概率进行预测时，本发明还需要对计算公式进行推导，其推导过程如下：

如图2所示，设置车联网基站的位置为参考位置，并且指向车辆的方向为正方向。目标车辆与车联网基站相距x米，从离车联网基站距离s米远的位置开始分析。

定义g(s)为事件“在s∩Γ内没有车联网基站的(k-1)跳邻居”发生的概率，那么g(s+ds)为事件“在(s+ds)∩Γ内没有车联网基站的(k-1)跳邻居”发生的概率，该事件等效为“在s∩Γ内没有车联网基站的(k-1)跳邻居”同时“在ds∩Γ内没有车联网基站的(k-1)-跳邻居”。令f(ds)为事件“在ds内至少有一辆车”发生的概率，则有：

g(s+ds)＝g(s)·(1-f(ds)·Φ_k-1(s)·ψ₁(x-s)) (1)，

其中，Φ_k-1(s)，指距离车联网基站s米远的车辆是车联网基站(k-1)跳邻居；

ψ₁(x-s)，指两国辆车相距(x-s)能直接通信的概率；

(1-f(ds)·Φ_k-1(s)·ψ₁(x-s))，指在目标车辆的覆盖范围内至少有一辆车且该车辆是车联网基站k-1跳的概率。

假设在泊松分布下，当ds无限小时，有f(ds)＝ρds，代入式(1)可得：

g(s+ds)＝g(s)·(1-ρ·ds·Φ_k-1(s)·ψ₁(x-s))

进一步变换得到

求解式(2)中方程，式(2)为车联网连接概率的微分方程，对其求积分即可得到连接概率分布，即可知事件g(s)不发生的概率有

在(3)中，由于概率的值应该在[0，1]范围内，因此积分常数M的值为1。

因此，G(x)发生的概率为Pr(G(x))＝1-exp(-∫_ΓΦ_k-1(s)ψ₁(x-s)ρds)

类似地，车联网基站或车辆为目标车辆的(k-1)跳邻居发生的概率为

指距离车联网基站x米远的车辆不是车联网基站的1跳、2跳到(k-1)跳邻居的概率；

指距离车联网基站x米远的车辆不是车联网基站的1跳、2跳到(k-1)跳邻居的概率。

根据式(4)，首先计算距离车联网基站为x米远的车载单元能够与之进行通信的概率，其中，Φ_k(x)为车载单元与车联网基站连接概率；K为车联网跳数；ρ为车流量密度，单位：辆/米；车联网基站的覆盖半径用R表示；车载单元的覆盖半径用r表示；相邻两个车联网基站相距L米远；

Γ＝[x-r,x]。

如果已知车联网跳数K，以及最小连接概率Prob_min，在保证连接概率不小于车辆最小连接概率Prob_min即可。

最后是调节车联网基站发射功率的步骤。

根据式(4)对车联网基站功率P进行控制，控制流程如图3所示，在对车联网基站每次功率控制开始，获取所需的参数，包括最大跳数、车流量密度、车联网基站间距L、车联网基站覆盖半径R、车载单元覆盖半径r，然后通过式(1)计算距离车联网基站为(L/2)米远的车载单元能够与之进行通信的连接概率Φ_K(L/2)，并与最小连接概率Prob_min进行比较，根据判断结果进行调整车联网基站的功率值δ，从而调整车联网基站功率的覆盖半径R，使调整后的连接概率Φ_K(L/2)等于或略大于最小连接概率Prob_min。具体车联网基站功率δ的值可以根据公式(4)以及车联网基站发射功率与覆盖半径的关系式确定。

需要说明的是：1)在初始部署每个车联网基站时，可以测量得到车联网基站下行发射功率与其覆盖半径之间的关系式ERSU(P，R)，并在每次功率控制时，根据发射功率反推覆盖半径；2)最小连接概率Prob_min的确定，可以结合不同的应用作为网络的系统参数提前确定。最优的Prob_min可以在实际应用本发明的方法时，结合实际情况进行测试。

实施例1：

当两车联网基站间距为1000米，最大跳数限定为2跳，通过测量获得车辆密度为0.01辆/米，Prob_min＝0.9。在部署车联网基站时通过测量得到功率与覆盖半径之间的关系式ERSU(P，R)，推出其近似覆盖半径为500米；同样车载单元的覆盖半径可以通过功率与覆盖半径关系EOBU(P，r)计算，假定为100米。此时通过公式(1)计算得Φ₂(500)＝0.63，并通过求minδ使得Φ₂(500)≥0.9，得到最小的R为730米。之后通过ERSU(P，R)计算出车联网基站功率δ，对车联网基站功率的调整。

为进一步体现本发明提供的基于连接概率预测的车联网基站功率控制方法的技术特点，本发明还提供一种车联网基站，用于实现上文的功率控制方法，如图4所示，包括：

参数采集单元，用于采集车载单元与车联网基站的参数，以及车流量信息；

连接概率预测单元，用于根据上述参数，计算车载单元与车联网基站之间的连接概率；

处理单元，用于根据连接概率以及最小连接概率判断如何调整车联网基站功率，并输出控制信号；

功率调整单元，用于根据处理单元的控制信号调整车联网基站的功率。

其中，连接概率预测单元采用泊松分布方法计算车载单元与车联网基站的连接概率，计算式为：

Γ＝[x-r,x]，

公式中，Φ_k(x)为车载单元与车联网基站之间的连接概率；K为车联网跳数；ρ为车流量密度；R为车联网基站的覆盖半径；r为车载单元的覆盖半径；相邻两个车联网基站相距L；x为两个车联网基站之间的距离；s为开始计算连接概率的车载单元与车联网基站之间的距离。

综上所述，本发明可用于多跳车联网基站的功率控制中，以车联网的连接概率作为基础，对车联网基站的功率进行控制，从而保证了车辆之间的通信质量。由于每次进行功率调整时，都重新设定了最小连接概率，这样可以避免对网络产生较大干扰。

以上对本发明所提供的基于连接概率的车联网基站功率控制方法及车联网基站进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (5)

1.一种基于连接概率预测的车联网基站功率控制方法，其特征在于包括如下步骤：

车联网基站实时测量道路车流量，并采集车载单元参数；

计算车载单元与车联网基站之间的连接概率，所述连接概率Φ_k(x)的计算式为：

Γ＝[x-r,x]，

其中，Φ_k(x)为车载单元与车联网基站之间的连接概率；K为车联网跳数；ρ为车流量密度；R为车联网基站的覆盖半径；r为车载单元的覆盖半径；相邻两个车联网基站相距L；x为两个车联网基站之间的距离；s为开始计算连接概率的车载单元与车联网基站之间的距离；

将所述连接概率与最小连接概率进行比较，若所述连接概率小则提高车联网基站功率，若所述连接概率大则降低车联网基站功率。

2.如权利要求1所述的车联网基站功率控制方法，其特征在于还包括车联网基站的覆盖半径计算方法，包括如下步骤：

根据连接概率的比较结果，计算车联网基站的发射功率；

根据车联网基站的功率与其覆盖半径的关系推导出车联网基站的覆盖半径值。

3.如权利要求1或2所述的车联网基站功率控制方法，其特征在于：

当所述连接概率不小于最小连接概率时，降低车联网基站的功率；当小于最小连接概率时，增加车联网基站的功率。

4.如权利要求3所述的车联网基站功率控制方法，其特征在于：

所述最小连接概率在车联网基站调整功率时重新设定，用于避免产生较大干扰。

5.一种车联网基站，用于实现权利要求1或2所述的车联网基站功率控制方法，其特征在于包括：

参数采集单元，用于采集车载单元与车联网基站的参数，以及车流量信息；

连接概率预测单元，用于根据上述参数，计算车载单元与车联网基站之间的连接概率；

处理单元，用于根据连接概率以及最小连接概率判断如何调整车联网基站功率，并输出控制信号；

功率调整单元，用于根据处理单元的控制信号调整车联网基站的功率。