CN105744590A - 蜂窝-vanet异构网络的上行通信分簇方法 - Google Patents

蜂窝-vanet异构网络的上行通信分簇方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蜂窝?VANET异构网络的上行通信分簇方法，包括如下步骤：簇的形成和对车辆节点的接入控制；以及簇的选择。本发明基于蜂窝网络的信令负荷，自适应的调整分簇数量；与传统方法相比，本发明在信令负荷不超出蜂窝网络可承受能力的前提下，最大可能地减少簇形成与维护的信令负荷和运算复杂度。

Description

蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及VANET(车辆自组织网络)异构网络的下行通信技术，具体为一种蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法。
背景技术
蜂窝网络的优势在于能够提供较大的数据速率、广泛的覆盖和QoS保障，但是仍然有可能存在局部区域覆盖不良、蜂窝小区边缘用户的频谱效率较低、在拥塞场景下时延较高等问题。车辆自组织网络具有廉价、组网灵活等优势，并且由于其无中心的网络结构，相邻节点之间直接进行数据传输，时延非常小，但是其无线信道质量不稳定，网络拓扑结构变化较快，并且容量有限。在这种背景下，能够结合蜂窝网络和车辆自组织网络优势的蜂窝-车辆自组织异构无线网络，自然而然的就引起了研究者的极大关注。在上行信息传输方面，大量的车辆节点在一段时间内连续向基站发送小数据包会造成蜂窝网络极大的信令负荷，因为每处理一次车辆节点的接入请求，基站就需要与车辆节点交互一次信令。Benslimane等人在文献《Dynamic clustering-based adaptivemobile gateway management in integrated VANET—3G Heterogeneous WirelessNetworks》(Benslimane A,Taleb T,Sivaraj R.Dynamic clustering-basedadaptive mobile gateway management in integrated VANET—3G HeterogeneousWireless Networks,Selected Areas in Communications,IEEE Journal on,2011,29(3):559-570.)中针对上行信令负荷问题，提出一个分簇算法。簇内的车辆使用车辆自组织网络与簇头车辆通信，发送信息给簇头，簇头与基站之间通过蜂窝网络通信，把簇内各节点的信息传给基站。这样，基站只需要与簇头交互信令即可，大大减少了信令负荷。但是该算法在设计过程中，不考虑基站的实际负荷状况，单纯的最小化簇的数量，使得簇的形成和维护复杂度高，在车辆自组织网络中需要交互的信令量极大。Remy等人在文献《LTE4V2X—Collection,dissemination and multi-hop forwarding》(Remy G,Senouci S M,Jan F,et al.LTE4V2X—Collection,dissemination and multi-hop forwarding,Communications(ICC),2012 IEEE International Conference on.IEEE,2012:120-125.)也采用相似的分簇结构，不同之处在于，簇的形成和管理由基站负责，这种方式在一定程度上简化簇的形成和维护，但是由于簇的形成和维护需要周期性的进行，所以额外增加基站的大量处理负荷，并且，文献中也没有利用蜂窝网络的信息进行优化设计。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，结合蜂窝网络的信令负荷控制，设计一个针对小数据包的上行分簇传输方案，降低簇形成与维护的复杂度，降低信令负荷。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，包括如下步骤：
簇的形成和对车辆节点的接入控制；以及
簇的选择。
更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，还包括簇头更新。
更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，还包括簇的维护。
更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，所述簇的形成和对车辆节点的接入控制包括：车辆节点向基站发送接入请求，
(1)如果蜂窝网络信令负荷低于门限值vth1，则基站允许该车辆节点直接接入蜂窝网络，并向车辆节点回复信令；vth1为预设定的可调参数。
更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，所述簇的形成和对车辆节点的接入控制还包括：
(2)如果蜂窝网络的信令负荷高于门限值vth1，但是小于门限值vth2，则给该车辆节点回复信令，令其查找一跳邻居节点中是否有簇头；如果有簇头，则选择一个簇头接入蜂窝网络，如果没有簇头，则该车辆节点向基站重新发起接入请求，基站将接收其接入请求；vth2为预设定的可调参数，vth2>vth1。
更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，所述簇的形成和对车辆节点的接入控制还包括：
(3)如果蜂窝网络信令负荷高于门限值vth2，则该车辆节点查找一跳邻居车辆节点中是否有簇头，如果有簇头，则选择一个簇头接入蜂窝网络；如果没有簇头，则延迟给定的时间值T后，重新发起向基站发送数据请求，T>0，T值可调。
更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，所述簇头选择包括：成功接入蜂窝网络的车辆节点作为其他车辆节点的候选簇头；且当所述一跳邻居车辆节点中有多个簇头供选择时，选择链路持续时间长和\或接收信号强度高和\或簇内接入节点少的簇头请求接入。
更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，基站回复车辆节点的信令包含至少两个比特位有效信息；其中至少一比特位的赋值信息表示基站是否允许车辆节点接入蜂窝网络；并且其中至少还有一比特位赋值信息表示车辆节点在一跳邻居车辆节点查找不到簇头时，重新向基站发起接入请求或者延迟给定的时间值T之后再发起接入请求，T>0，T值可调。
更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，车辆节点在其周期性广播的信标信息中增加至少一个比特位表示其是否接入网络和/或是否是簇头。
更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，所述簇头更新包括：当一跳邻居车辆节点中有多个簇头可供选择时，选择链路持续时间长、接收信号强度高、簇内接入节点少的簇头。
更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，所述簇的维护包括：作为簇头的车辆节点在自身的数据传输结束，并且此后持续的一段时间T1内，如果没有接收到其他车辆节点的接入请求，则释放蜂窝网络资源，簇自动解散；T1>0，T1可调。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明基于蜂窝网络的信令负荷，自适应的调整分簇数量；与传统方法相比，本发明在信令负荷不超出蜂窝网络可承受能力的前提下，最大可能地减少簇形成与维护的信令负荷和运算复杂度。
附图说明
图1是本发明蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法的运行结构示意图；
图2是本发明蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法的流程图。
图中：
1、基站；2、簇头；3、普通车辆节点；4、SAE网关；5、Internet服务器
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
如图1-2所示，一种蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，包括如下步骤：
簇的形成和对车辆节点的接入控制：
簇头选择；
簇头更新；
簇的维护。
具体的，所述簇的形成和对车辆节点的接入控制包括：
车辆节点3有数据包需要发送，则像基站1发出接入请求；
基站1会实时统计当前蜂窝网络的信令量(即信令负荷)，其中：
如果蜂窝网络信令负荷低于门限值vth1(预设定的可调参数)，则基站1允许该车辆节点3直接接入蜂窝网络，并向车辆节点3回复一条信令；
成功接入蜂窝网络的车辆节点3需要承担簇头的义务，作为其他车辆节点的候选簇头2；
同时，车辆节点在其周期性广播的信标信息中增加至少一个比特位表示其是否接入网络和/或是否是簇头，如果该比特位赋值为1，则表示车辆节点成功接入蜂窝网络，可以作为簇头；如果该比特位赋值为0，表示该车辆节点不是簇头；令基站和蜂窝网络中的其他车辆节点接收到该信标信息能够判断该车辆节点是否是接入网络，是否是簇头。
如果蜂窝网络的信令负荷高于门限值vth1，但是小于门限值vth2(预设定的可调参数，vth2>vth1)，则给车辆节点回复一条信令，令车辆节点查找一跳邻居节点中是否有簇头；
如果有簇头2，则选择一个簇头2接入蜂窝网络，如果没有簇头2，则车辆节点3向基站重新发起接入请求，基站1将接收其接入请求；
成功接入蜂窝网络的车辆节点需要承担簇头的义务，作为其他车辆节点的候选簇头；
如果蜂窝网络信令负荷高于门限值vth2，则车辆节点3优先查找一跳邻居节点中是否有簇头3，如果有簇头2，则选择一个簇头2接入蜂窝网络；如果没有簇头，则推迟一段时间后，重新发起向基站发送数据流程。
根据(1)(2)(3)可知，本发明中，在车辆节点自身与基站建立无线通信连接的时间内，如果有其他车辆节点申请通过该车辆节点接入蜂窝网络，则簇自然形成。该车辆节点与所述其他车辆节点都有需要承担簇头的义务，作为其他车辆节点的候选簇头，同时车辆节点均在周期性向基站发生的信标信息中增加至少一比特位用以表示是否可以作为簇头。
如果一车辆节点选择了某已经接入蜂窝网络的车辆节点作为簇头，则向其发起数据传输请求，簇头车辆节点接收到该请求后，允许其传输数据，车辆节点之间的数据传输使用802.11协议；簇头车辆通过已经与蜂窝网络基站建立的无线链路把收到的数据发送给基站，车辆节点与基站之间的数据传输使用蜂窝网络协议。
进一步，基站回复车辆节点的信令包含至少两个比特位有效信息；其中至少一比特位表示基站是否允许车辆节点接入蜂窝网络，例如至少一比特位赋值为1表示基站允许车辆节点接入蜂窝网络，反之其赋值为0表示基站拒绝车辆节点接入；并且其中至少还有一比特位信息表示令车辆节点在一跳邻居节点查找不到簇头时的接入命令，例如该比特位赋值为1表示车辆节点如果在一跳邻居节点中找不到簇头，则应重新向基站发起接入申请，如果该比特位赋值为0表示车辆节点如果在一跳邻居节点中找不到簇头，则应该延迟给定的时间值T(T>0，T值可调)之后再发起接入请求。
上述每个比特位的赋值表示方法也可以反过来定义。
簇头选择；
当一跳邻居车辆节点中有多个簇头可供选择时，选择链路持续时间长、接收信号强度高、簇内接入节点少的簇头。
车辆节点与一跳邻居节点之间的链路持续时间计算如下：
在某时刻t，车辆节点i和邻居节点j之间直接通信，节点间的传输范围为r0，节点i位置(x1,y1)，速度v1，方向θ1；节点j位置(x2,y2)，速度v2，方向θ2；假设从时刻t起两节点的速度和方向不变，则可根据二者在时刻t的位置、速度和方向信息计算从该时刻二者之间的链路持续时间LET：
L E T = ( a 2 + c 2 ) r 2 - ( a d - b c ) 2 - ( a b + c d ) a 2 + c 2 ;
其中
a＝v1cosθ1-v2cosθ2；b＝x1-x2；c＝v1sinθ1-v2sinθ2；d＝y1-y2。本发明中链路持续时间的计算方法也可以是其他本领域中常用的链路持续时间计算方法，此处不做多余赘述。
簇头更新：
簇内的车辆节点超出一跳范围，则按照步骤1再次形成簇并接入蜂窝网络，选择簇头或者直接接入蜂窝网络。
簇的维护：
簇头不主动管理簇内车辆，作为簇头的车辆节点在自身的数据传输结束，并且此后持续的一段时间T1(T1>0，T1可调)内(通过该车辆节点的定时器计时)，如果没有接收到其他车辆节点的接入请求，则释放蜂窝网络资源，簇自动解散。簇头车辆从数据传输结束开始通过定时器计时，如果在截止时间到达之前有车辆节点申请接入，则定时器清零，并且在信息传输完成之后重新开始计时。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，其特征在于：包括如下步骤：
簇的形成和对车辆节点的接入控制；以及
簇的选择。
2.根据权利要求1所述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，其特征在于：还包括簇头更新。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，其特征在于：还包括簇的维护。
4.根据权利要求1所述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，其特征在于：所述簇的形成和对车辆节点的接入控制包括：车辆节点向基站发送接入请求，
(1)如果蜂窝网络信令负荷低于门限值vth1，则基站允许该车辆节点直接接入蜂窝网络，并向车辆节点回复信令；vth1为预设定的可调参数。
5.根据权利要求4所述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，其特征在于：所述簇的形成和对车辆节点的接入控制还包括：
(2)如果蜂窝网络的信令负荷高于门限值vth1，但是小于门限值vth2，则给该车辆节点回复信令，令其查找一跳邻居节点中是否有簇头；如果有簇头，则选择一个簇头接入蜂窝网络，如果没有簇头，则该车辆节点向基站重新发起接入请求，基站将接收其接入请求；vth2为预设定的可调参数，vth2>vth1；
所述簇的形成和对车辆节点的接入控制还包括：
(3)如果蜂窝网络信令负荷高于门限值vth2，则该车辆节点查找一跳邻居车辆节点中是否有簇头，如果有簇头，则选择一个簇头接入蜂窝网络；如果没有簇头，则延迟给定的时间值T后，重新发起向基站发送数据请求，T>0，T值可调。
6.根据权利要求5述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，其特征在于：所述簇头选择包括：成功接入蜂窝网络的车辆节点作为其他车辆节点的候选簇头；且当所述一跳邻居车辆节点中有多个簇头供选择时，选择链路持续时间长和\或接收信号强度高和\或簇内接入节点少的簇头请求接入。
7.根据权利要求4-6任一项述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，其特征在于：基站回复车辆节点的信令包含至少两个比特位有效信息；其中至少一比特位的赋值信息表示基站是否允许车辆节点接入蜂窝网络；并且其中至少还有一比特位赋值信息表示车辆节点在一跳邻居车辆节点查找不到簇头时，重新向基站发起接入请求或者延迟给定的时间值T之后再发起接入请求，T>0，T值可调。
8.根据权利要求1-6任一项述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，其特征在于：车辆节点在其周期性广播的信标信息中增加至少一个比特位表示其是否接入网络和/或是否是簇头。
9.根据权利要求1-6任一项述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，其特征在于：所述簇头更新包括：当一跳邻居车辆节点中有多个簇头可供选择时，选择链路持续时间长、接收信号强度高、簇内接入节点少的簇头。
10.根据权利要求1-6任一项述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，其特征在于：所述簇的维护包括：作为簇头的车辆节点在自身的数据传输结束，并且此后持续的一段时间T1内，如果没有接收到其他车辆节点的接入请求，则释放蜂窝网络资源，簇自动解散；T1>0，T1可调。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110351686A (zh) * 2018-04-02 2019-10-18 京东方科技集团股份有限公司 车联网数据传输系统中实施的方法、车载单元、以及车联网数据传输系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101835202A (zh) * 2010-04-01 2010-09-15 武汉鸿象信息技术有限公司 一种异构无线网络中基于多跳中继的协作负载均衡方法
CN102307373A (zh) * 2011-08-23 2012-01-04 哈尔滨工业大学 考虑车辆交通特性的vanet分簇方法
CN102811461A (zh) * 2011-06-01 2012-12-05 上海无线通信研究中心 基于传感网与蜂窝网融合的负载均衡方法
CN104754648A (zh) * 2013-12-29 2015-07-01 中国移动通信集团公司 一种传输上行数据包的方法及装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101835202A (zh) * 2010-04-01 2010-09-15 武汉鸿象信息技术有限公司 一种异构无线网络中基于多跳中继的协作负载均衡方法
CN102811461A (zh) * 2011-06-01 2012-12-05 上海无线通信研究中心 基于传感网与蜂窝网融合的负载均衡方法
CN102307373A (zh) * 2011-08-23 2012-01-04 哈尔滨工业大学 考虑车辆交通特性的vanet分簇方法
CN104754648A (zh) * 2013-12-29 2015-07-01 中国移动通信集团公司 一种传输上行数据包的方法及装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110351686A (zh) * 2018-04-02 2019-10-18 京东方科技集团股份有限公司 车联网数据传输系统中实施的方法、车载单元、以及车联网数据传输系统
CN110351686B (zh) * 2018-04-02 2021-10-26 京东方科技集团股份有限公司 车联网数据传输系统中实施的方法、车载单元、以及车联网数据传输系统
US11557155B2 (en) 2018-04-02 2023-01-17 Beijing Boe Technology Development Co., Ltd. Method performed in internet of vehicles data transmission system, on-board unit and internet of vehicles data transmission system

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