CN105391756A - 一种用于车联网的通信资源分配方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于车联网的通信资源分配方法，其中，车联网中的车辆与基站进行通信，所述方法包括：步骤1，获得处于所述基站通信范围内的车辆的第一类信息；步骤2，根据所述车辆的第一类信息与理想车辆的相应信息之间的差异性确定所述车辆的行驶行为倾向信息；步骤3，基于所述车辆的行驶行为倾向信息分配用于车联网内车辆之间的通信的通信资源。本发明还相应地提供了一种用于车联网的通信资源分配系统。本发明的技术方案能够根据车辆的行驶行为倾向，有针对性地调整车联网内对车车通信的通信资源的分配，优先保证对具有不良行驶行为倾向的车辆的信息的发送，进而更有效地利用有限的通信资源，降低道路交通的事故发生率。

Description

一种用于车联网的通信资源分配方法和系统

技术领域

本发明涉及车联网通信技术领域，具体地说，本发明涉及一种用于车联网的通信资源分配系统和方法。

背景技术

车联网是智能交通系统的重要组成部分，通过车辆之间的通信(以下简称车车通信)，能够使驾驶员及时准确地了解视野以外的其他车辆的运行速度、运行状态等信息，从而为安全驾驶提供保障。

目前车联网使用的是802.11p协议。在该协议中，车辆通过载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA，CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)机制来竞争性的争用信道。车辆通过监听信道闲或者忙的状况来竞争利用信道。当车辆监测到信道闲时，车辆取得信道使用权，它会将自己当前的位置信息以广播的形式发送给周围的车辆，从而使得周围车辆能够及时获取其位置、速度、状态等信息；当车辆监测到信道忙时，其采用选择某个随机退避时间窗，直到时间窗退避到0才进行信息发送。目前行车安全标准中，车辆每秒钟需要向周围车辆广播信息10次，即每100ms发送一次信息给周围车辆。

随着LTE技术的发展，利用LTE来辅助车联网进行信道接入的方案也受到了关注。在该方案中，所有车辆接入LTE网络中，形成一种集中式的网络架构。LTE网络负责为车辆分配车车通信所使用的时隙或者频率资源并通知车辆，车辆在相应的时隙内或者频率资源上进行信息发送，将自己的位置，速度，状态等信息广播给周围车辆。

在上述技术方案的车联网协议中，车联网中的各车辆处在完全平等的地位，即每个车辆具有相同的车车通信时接入信道的机会。这就使得车联网无法根据现实情况有针对性地调整处于不同情况的车辆接入信道的机会。尤其是在通信资源不足的情况下，无法优先保证对最有价值的车辆信息的发送。因此，现有的对车联网的车车通信的通信资源的分配方案不能针对车辆信息的重要程度有效利用有限的通信资源，对降低道路交通的事故发生率的帮助十分有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够克服上述技术问题的解决方案。

本发明提供了一种用于车联网的通信资源分配方法，其中，车联网中的车辆与基站进行通信，所述方法包括：步骤1，获得处于所述基站通信范围内的车辆的第一类信息，其中，所述第一类信息包括关于车辆的位置、速度、加速度以及变道次数中的一种或多种行驶行为参数的历史信息；步骤2，根据所述车辆的第一类信息与理想车辆的相应信息之间的差异性确定所述车辆的行驶行为倾向信息；步骤3，基于所述车辆的行驶行为倾向信息分配用于车联网内车辆之间的通信的通信资源。

优选地，所述步骤2包括：根据所述车辆的第一类信息中的两种或两种以上的参数各自与理想车辆的相应参数之间的差异性的组合，确定所述车辆的行驶行为倾向信息。

优选地，所述步骤2进一步包括：基于所述第一类信息中的参数对理想车辆的相应参数的相对熵确定所述车辆的第一类信息与理想车辆的相应信息之间的差异性。

优选地，所述步骤3包括：根据所述基站通信范围内的所有车辆的行驶行为倾向信息的相对大小关系为所述车辆分配相应比例的与其他车辆通信的次数。

优选地，所述步骤3还包括：根据预先确定的车辆的行驶行为倾向信息的阈值，确定所述基站通信范围内的所有车辆的行驶行为倾向信息的相对大小关系。

本发明还相应地提供了一种用于车联网的通信资源分配系统，包括：车载装置、基站以及计算装置，其中，所述车载装置，用于获得关于车辆的第一类信息，并将所述第一类信息发送给所述基站，其中，所述第一类信息包括关于车辆的位置、速度、加速度以及变道次数中的一种或多种行驶行为参数的历史信息；所述计算装置，用于根据所述车辆的第一类信息与理想车辆的相应信息之间的差异性确定所述车辆的行驶行为倾向信息，并将所述车辆的行驶行为倾向信息发送给所述基站；所述基站，用于将来自所述车载装置的所述第一类信息发送给所述计算装置，并基于来自所述计算装置的所述车辆的行驶行为倾向信息分配用于车联网内车辆之间的通信的通信资源。

优选地，所述计算装置，用于根据所述车辆的第一类信息中的两种或两种以上的参数各自与理想车辆的相应参数之间的差异性的组合，确定所述车辆的行驶行为倾向信息。

优选地，所述计算装置，还用于根据所述第一类信息中的参数对理想车辆的相应参数的相对熵确定所述车辆的第一类信息与理想车辆的相应信息之间的差异性。

优选地，所述基站，用于根据所述基站通信范围内的所有车辆的行驶行为倾向信息的相对大小关系为所述车辆分配相应比例的与其他车辆通信的次数。

优选地，所述基站，还用于根据预先确定的车辆的行驶行为倾向信息的阈值，确定所述基站通信范围内的所有车辆的行驶行为倾向信息的相对大小关系。

与现有技术相比，本发明提出的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案可以根据车辆的行驶行为倾向，有针对性地调整车联网内对车车通信的通信资源的分配，优先保证对具有不良行驶行为倾向的车辆的信息的发送，进而更有效地利用有限的通信资源，降低道路交通的事故发生率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图并不构成对于本发明的技术方案的限制。

图1是根据本发明的实施例的用于车联网的通信资源分配系统的架构示意图；

图2是根据本发明的实施例的用于车联网的通信资源分配方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步地描述。

在现实的道路交通场景中，车辆驾驶员的驾驶习惯有着很大的差别，这在道路交通中表现为各个车辆不同的行驶行为倾向，而整个道路交通状况的恶化往往是由于少数具有不良驾驶习惯的驾驶员的不当操作引起的。经研究，本发明人认为需要在车联网协议中将反映驾驶员的驾驶习惯等因素的车辆行驶行为及其倾向考虑进来，根据相应的统计信息，将车辆根据其驾驶员的驾驶习惯区分对待。由于其驾驶员的驾驶习惯差的车辆的行驶行为的变化存在更突然、更频繁，以及更难预测的倾向，因此有必要对这类车辆分配相对较多的信息发送机会，以使处于其周围乃至整个网络中的其他车辆能够及时的了解其行驶状态，进而保障整个道路交通中的行车安全。

图1示出了根据本发明的实施例的用于车联网的通信资源分配系统的架构示意图。根据本发明的一个实施例，用于车联网的通信资源分配系统包括车载装置102、基站104以及计算装置106。

车载装置102置于车联网内的车辆i之中，用于车辆之间以及车辆与基站104之间的通信。车载装置102经车路链路108与基站104通信：一方面，车载装置102将其收集到的用于表征其所在车辆i的行驶行为的历史信息(以下称为第一类信息)上传至基站104，优选地，这种上传是周期性的，即按照一定的时间间隔(例如1s或2s)进行上传；另一方面，车载装置102接收来自基站104的通信资源分配结果。车载装置102还根据其接收到的通信资源分配结果经车车链路110进行车车通信，将其所在车辆i的当前行驶信息(以下称为第二类信息)向周围的车辆进行广播。其中，前述第一类信息可以包括但不限于，关于车辆的位置、速度、加速度、变道次数等信息的历史数据信息；前述第二类信息可以包括但不限于，车辆当前的位置、速度、加速度、行驶方向等信息。根据本发明的实施例，前述通信资源，依不同的网络制式可以是时隙、频率，等通信资源。

基站104用于分别与车载装置102和计算装置106通信。基站104经车路链路108与车载装置102通信：一方面，基站104接收来自车载装置102的第一类信息；另一方面，基站104将决策后的通信资源分配结果发送给车载装置102。基站104还与计算装置106通信：一方面，基站104将其接收到的第一类信息传送给计算装置106；另一方面，基站104接收来自计算装置106的车辆行驶行为倾向信息D_i，其中，D_i用于描述关于车辆i的第一类信息中的参数与具有理想行驶行为倾向的车辆(以下简称为理想车辆，ideal)的该参数之间的差异性；根据本发明的一个实施例，关于D_i的值越大，则表明差异性越大，与其相对应的车辆的行驶行为倾向越不理想。基站104还用于根据其接收到的车辆行驶行为倾向信息D_i对处于其调度范围(即通信范围)内的车车通信的通信资源的分配进行决策得到相应的通信资源分配信息N_i，并根据该通信资源分配信息N_i对通信资源进行分配，得到相应的通信资源分配结果。优选地，基站104按照一定的调度周期(例如2s)对通信资源分配进行决策。进一步优选地，基站104的调度周期与前述车载装置102的上传周期一致。

计算装置106用于与基站104通信，接收来自基站104的第一类信息，并将基于接收到的第一类信息得到的车辆行驶行为倾向信息D_i发送给基站104。计算装置106还用于处理其接收到的第一类信息，以得到相应的车辆行驶行为倾向信息D_i。根据本发明的实施例，计算装置106可以是车联网中的数据中心，也可以是独立存在的装置，也可以被包含于基站104内。

图2是根据本发明的实施例的用于车联网的通信资源分配方法的流程示意图。下面结合图1和图2，详细描述根据本发明的实施例的用于车联网的通信资源分配方法的流程。

步骤202，车载装置102获得关于其所在车辆i的第一类信息，并经车路链路108将其上传至基站104，其中，该第一类信息可以包括但不限于，关于车辆i的位置、速度、加速度、变道次数等信息的历史数据信息。优选地，这种上传是周期性的，即按照一定的时间间隔(例如1s或2s)进行上传。

步骤204，基站104将其接收到的第一类信息传送给计算装置106，继而计算装置106基于接收到的第一类信息得到车辆i的行驶行为倾向信息D_i。根据本发明的一个实施例，其具体过程如下。

首先，根据第一类信息中关于某个车辆i的某个参数在离散时间上的采样点数据获取相关的统计信息。根据本发明的实施例，该统计信息，包括但不限于，通过统计得到的在某个区间上的该参数的概率，以及进而得到的该参数的分布密度曲线，等。其中，参数的分布密度曲线，包括但不限于，车辆i的加速度分布密度曲线a_X(x)、速度分布密度曲线v_X(x)、变道次数分布曲线N_X(x)，等；其中，分布密度曲线f_X(x)用于描述随机变量X取值为某个x的概率密度函数。

然后，度量关于车辆i的前述第一类信息中的参数的车辆行驶行为倾向D_i，其中，D_i用于描述关于车辆i的前述第一类信息中的参数的统计信息与理想车辆(ideal)的该参数之间的差异性，其中，理想车辆的相应参数可以通过实验获得。

根据本发明的一个优选实施例，D_i为关于车辆i的前述第一类信息中的某参数的分布密度曲线对理想车辆的该参数的分布密度曲线的相对熵，以度量关于车辆i的该参数的分布密度曲线与理想车辆的该参数的分布密度曲线之间的“距离”，以加速度分布密度曲线a_X(x)为例，可将关于车辆i的加速度的车辆行驶行为倾向具体描述如下：

$D_i^a=\underset{x\∈X}{\Σ}{a}_i\left(x\right)log\frac{a_i\left(x\right)}{a_{ideal}\left(x\right)}$

其中，a_ideal(x)表示理想车辆(ideal)的加速度的分布密度曲线。

同理，还可以计算关于车辆i的其他参数的车辆行驶行为倾向D_i，包括但不限于，关于车辆i的速度的车辆行驶行为倾向关于变道次数的车辆行驶行为倾向等。

通过度量关于车辆i的前述第一类信息中的某参数的分布密度曲线对理想车辆的该参数的分布密度曲线的相对熵，可以准确的度量出车辆i的前述第一信息中的某参数的概率分布相对于理想车辆的该参数的概率分布的偏离程度，进而准确描述并判断出车辆i的相应的行驶行为倾向与理想车辆之间的差异性程度，进而判断出其驾驶员的驾驶习惯是否以及在多大程度上偏离理想水平。

根据本发明的实施例，上述实施例中关于参数的分布密度曲线也可以替换为关于参数的离散的抽样值。

此外，也可以采用描述关于车辆i的前述第一类信息中的参数的统计信息与理想车辆的该参数之间的差异性的其他方式来度量关于车辆i的前述第一类信息中的参数的车辆行驶行为倾向D_i。例如，根据本发明的另一个实施例，D_i也可以为关于车辆i的前述第一类信息中的某参数与理想车辆的该参数的均值的方差。

根据本发明的一个实施例，D_i用于描述关于车辆i的第一类信息中的参数的统计信息与理想车辆的该参数之间的差异性，其可以是关于一种参数(例如，加速度)的差异性的描述，也可以是两种或两种以上的不同参数各自的差异性的描述按照一定权重的组合，以进一步优化并获得对于车辆i与理想车辆的差异性的更准确的描述。

通过将表征车辆i的行驶行为的信息与具有理想的行驶行为倾向的车辆的相应信息进行比较，量化描述二者之间的差异性大小，能够有效地将道路交通中的车辆按照其驾驶员的驾驶习惯进行区分，从而为优先保障其驾驶员的驾驶习惯差(即车辆的行驶行为的信息与具有理想的行驶行为倾向的车辆的相应信息差异性相对较大)的车辆的第二类信息在车联网内的发送提供支持。

步骤206，得到车辆i的行驶行为倾向信息D_i之后，计算装置106将该结果传送给基站104，继而基站104基于该信息对处于其调度范围内的车车通信的通信资源(该通信资源依不同的网络制式可以是时隙、频率，等通信资源)的分配进行决策。基站104按照一定的调度周期(例如2s)对通信资源分配进行决策。优选地，基站104的调度周期与前述车载装置102的上传周期一致。例如，以时分系统为例，若调度周期为2s，则车辆i的车载装置102每2s向基站104发送第一类信息，经前述步骤204后，基站104根据收到的信息进行决策，为其调度范围内的每个车辆i分配2s内车车通信占用的时隙资源，并将通信资源分配结果通知给每个车辆i，进而车辆i使用分配的时隙资源进行车车通信，即在相应的时隙上向周围车辆广播第二类消息。

根据本发明的实施例，前述基站104对通信资源的决策过程如下。

为便于描述，现假设在一个调度周期内，基站104的调度范围内的车车通信中所有可以使用的资源的个数为N_re，分得最多的车车通信次数(即，车辆向其他车辆广播第二类信息的次数)的车辆被分配的车车通信次数为M次。

根据本发明的一个实施例，车辆i的通信资源分配信息N_i，即在单个调度周期内车辆i被分配的车车通信的次数为：

其中，表示上取整操作，即表示不小于x的最小整数；D_max为D_i中的最大值。

进而，根据条件∑N_i＝N_re以及上式(1)，即可解得M，并获得车辆i的通信资源分配信息N_i。

根据本发明的另一个实施例，车辆i通信资源分配信息N_i为：

其中，表示上取整操作，即表示不小于x的最小整数；D_th为给定的D_i的阈值。

也就是说，对D_i超过给定阈值D_th的车辆i均分配相同且为基站104的调度范围内的最多的车车通信次数M，而其他车辆i在单个调度周期内被调度次数为进而，根据条件∑N_i＝N_re以及上式(2)，即可获得车辆i通信资源分配信息N_i。

步骤208，基站104将根据决策后的通信资源分配信息N_i对通信资源进行分配的结果发送给车载装置102，继而车载装置102根据接收到的通信资源分配结果经车车链路110进行车车通信，将其所在车辆i的第二类信息向周围的车辆进行广播，其中，第二类信息可以包括但不限于，车辆当前的位置、速度、加速度、行驶方向等信息。

通过在对车联网的车车通信资源的分配中引入反映车辆驾驶员的驾驶习惯的车辆的行驶行为倾向信息，这就保证了在车联网的车车通信资源分配中，其驾驶员的驾驶习惯差的车辆能够获得更多的车车通信机会，使得其周围的车辆能够更及时地了解到这些可能带来交通事故隐患的车辆的行驶信息，从而有效降低道路交通中的事故率。

应用上述实施例所述的系统和/或方法，可以根据车辆的行驶行为倾向，有针对性地调整车联网内对车车通信的通信资源的分配，优先保证对具有不良行驶行为倾向的车辆的信息的发送，进而更有效地利用有限的通信资源，降低道路交通的事故发生率。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明要求的保护范围。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同界定。

Claims (10)

1.一种用于车联网的通信资源分配方法，其中，车联网中的车辆与基站进行通信，所述方法包括：

步骤1，获得处于所述基站通信范围内的车辆的第一类信息，其中，所述第一类信息包括关于车辆的位置、速度、加速度以及变道次数中的一种或多种行驶行为参数的历史信息，；

步骤2，根据所述车辆的第一类信息与理想车辆的相应信息之间的差异性确定所述车辆的行驶行为倾向信息；

步骤3，基于所述车辆的行驶行为倾向信息分配用于车联网内车辆之间的通信的通信资源。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：

根据所述车辆的第一类信息中的两种或两种以上的参数各自与理想车辆的相应参数之间的差异性的组合，确定所述车辆的行驶行为倾向信息。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括：

基于所述第一类信息中的参数对理想车辆的相应参数的相对熵确定所述车辆的第一类信息与理想车辆的相应信息之间的差异性。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：

根据所述基站通信范围内的所有车辆的行驶行为倾向信息的相对大小关系为所述车辆分配相应比例的与其他车辆通信的次数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3还包括：

根据预先确定的车辆的行驶行为倾向信息的阈值，确定所述基站通信范围内的所有车辆的行驶行为倾向信息的相对大小关系。

6.一种用于车联网的通信资源分配系统，其特征在于，所述系统包括：车载装置、基站以及计算装置，其中，

所述车载装置，用于获得关于车辆的第一类信息，并将所述第一类信息发送给所述基站，其中，所述第一类信息包括关于车辆的位置、速度、加速度以及变道次数中的一种或多种行驶行为参数的历史信息；

所述计算装置，用于根据所述车辆的第一类信息与理想车辆的相应信息之间的差异性确定所述车辆的行驶行为倾向信息，并将所述车辆的行驶行为倾向信息发送给所述基站；

所述基站，用于将来自所述车载装置的所述第一类信息发送给所述计算装置，并基于来自所述计算装置的所述车辆的行驶行为倾向信息分配用于车联网内车辆之间的通信的通信资源。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述计算装置，用于根据所述车辆的第一类信息中的两种或两种以上的参数各自与理想车辆的相应参数之间的差异性的组合，确定所述车辆的行驶行为倾向信息。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，

所述计算装置，还用于根据所述第一类信息中的参数对理想车辆的相应参数的相对熵确定所述车辆的第一类信息与理想车辆的相应信息之间的差异性。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述基站，用于根据所述基站通信范围内的所有车辆的行驶行为倾向信息的相对大小关系为所述车辆分配相应比例的与其他车辆通信的次数。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，

所述基站，还用于根据预先确定的车辆的行驶行为倾向信息的阈值，确定所述基站通信范围内的所有车辆的行驶行为倾向信息的相对大小关系。