CN106231641A

CN106231641A - 一种基于4g和dsrc技术的异构网络垂直切换判决方法

Info

Publication number: CN106231641A
Application number: CN201610595621.8A
Authority: CN
Inventors: 赵祥模; 王润民; 胡锦超; 刘占文; 马佳荣; 徐江; 李骁驰; 景首才
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2036-07-26
Also published as: CN106231641B

Abstract

本发明公开了一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，通过四个参数构成判决树进行异构网络切换的判决，算法的复杂度低，通过从基站的参数文件或者路侧节点的消息包中快速地解析出其中的四个参数，判决速度快，计算简单，通过充分考虑DSRC网络信号的辐射半径，对处于“乒乓效应”区的车载单元的异构网络切换进行多步决策，进而通过引入车载单元与路侧节点的相对行驶方向D和信号强度差△d两个参数，既提高决策速度又避免切换过程中的“乒乓效应”，本发明从多重因素考虑，更加有利于延长车载单元与路侧节点的DSRC端口的连接时间，即延长接入DSRC网络的时间。

Description

一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法

技术领域

本发明属于车联网中的通信领域，具体涉及一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法。

背景技术

在车联网环境下，要实现车与路之间的通信，即车载单元与路侧节点之间的通信，必须接入以LTE(Long Term Evolution)协议为标准的移动通信网—4G网络和利用DSRC(Dedicated Short Range Communications)技术构建的专用短程通信网—DSRC网络。由于路测节点部署数量有限导致专用短程通信网的覆盖范围小，因此在超出通信网的覆盖范围时，需切换到移动通信网以保持车载单元和路侧节点(RSU)之间的连接，当车辆驶入路侧节点的通信网覆盖范围内，应再次切换到专用短程通信网。因此在车辆的高速行驶中，如何在4G和DSRC这两种异构网络之间进行有效切换对构建车联网环境尤为重要。

基于接收信号强度的垂直切换算法，虽然复杂度低、实现容易，但考虑的因素很少，有效性低，己不适用于异构无线网络。基于模糊逻辑和神经网络的算法，有效性非常高，但实现复杂，需要进一步的改进和优化。比较而言，基于代价函数的算法，复杂度较低，但有效性高，因此受到用户的偏好。其它预测算法、多属性判决等常用的算法，在不同的场合有其各自的优势。因此，对于异构无线网络环境，需要根据应用的需求和网络的环境特性等因素进行适当的选择，寻求通用和有效的切换判决算法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，具体包括以下步骤：

1)、首先确定路由转发次数N_hoc，当N_hoc等于零时，表明车载单元直接从路侧节点处收到消息包，切换至DSRC网络；当N_hoc>3时，表明车载单元收到路侧节点的消息包是经过节点的多次转发，且车载单元所处的范围内节点密度大，切换至4G网络连接；当3>N_hoc>0时，则判断车载单元与路侧节点的距离L；

2)、当L<0.667R时，切换至DSRC网络；当0.667R<L<1.333R时，则切换至4G网络连接；当1.333R<L时，则判断车载单元的行驶方向；

3)、当车载单元远离路侧节点时，切换至4G网络连接，当车载单元驶近路侧节点时，则判断车载单元接收到的4G网络和DSRC网络信号强度差是否超出迟滞带；

4)、若迟滞带小于或者等于信号强度差△d，则连接至DSRC网络，若迟滞带大于信号强度差，则连接至4G网络。

进一步的，其中步骤1中，路由转发次数N_hoc具体指消息包在车与路侧设备、车与车之间进行转发次数。

进一步的，路由转发次数N_hoc具体通过重写CM消息来完成，RSU发送CM消息时会写入发送消息的设备序列号，车辆节点接收到CM消息并进行消息的转发时，会对消息进行重写和更新，车辆节点重写CM时添加转发次数统计，通过路侧节点对转发的CM进行解析时，即可根据转发次数，确定以当前CM的发送节点为父母节点时建立的网络连接跳数。

进一步的，步骤2中，R表示路侧节点的DSRC网络信号的辐射半径。

进一步的，车载单元与路侧节点之间的距离L，具体通过以下公式得到：

L_{i} = \sqrt{{(x - x_{i R S U})}^{2} + {(y - x_{i R S U})}^{2}}

式中，L_i为车载单元与第i个路侧节点之间的距离，(x，y)为车载单元的位置信息，(x_iRSU,y_iRSU)为第i个路侧节点的位置信息。

进一步的，步骤3中判断车载单元的行驶方向D具体为：

首先确定车辆在t_i和t_i+1时的位置坐标分别为和RSU位置坐标为(x_RSU,y_RSU)；

在t_i时刻车辆与RSU之间的距离为

D_{t_{i}} = \sqrt{{(x_{a_{i}} - x_{R S U})}^{2} + {(y_{a_{i}} - x_{R S U})}^{2}}

在t_i+1时刻车辆与RSU之间的距离为

D_{t_{i + 1}} = \sqrt{{(x_{a_{i + 1}} - x_{R S U})}^{2} + {(y_{a_{i + 1}} - x_{R S U})}^{2}}

则在此相邻两时刻(t_i,t_i+1)内，车辆节点与路侧节点距离的变化值为ΔD_i：

{ΔD}_{i} = D_{t_{i + 1}} - D_{t_{i}}

若ΔD_i>0，说明车辆A在(t_i,t_i+1)时段内正驶离RSU，行驶方向D设为0；当ΔD_i<0时，说明车辆A在(t_i,t_i+1)时段内正驶近RSU，行驶方向D设为1。

进一步的，步骤4中信号强度差△d指的是车载单元处在乒乓效应区时接收到的路侧节点和移动基站的信号强度差。

进一步的，分别获取4G基站和路侧节点的参数文件：再呼叫型区间切换处理电平和再呼叫型区间切换区域的选择电平，计算两参数之差，即可得到信号强度差△d。

进一步的，其中再呼叫型区间切换处理电平参考值取值范围为6dB～23dB，再呼叫型区间切换区域的选择电平的参考值取值范围为大于32dB。

进一步的，具体的再呼叫型区间切换处理电平取参考值为23dB，再呼叫型区间切换区域的选择电平取参考值为33dB。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，通过四个参数构成判决树进行异构网络切换的判决，算法的复杂度低，通过从基站的参数文件或者路侧节点的消息包中快速地解析出其中的四个参数，判决速度快，计算简单，通过充分考虑DSRC网络信号的辐射半径，对处于“乒乓效应”区的车载单元的异构网络切换进行多步决策，进而通过引入车载单元与路侧节点的相对行驶方向D和信号强度差△d两个参数，充分考虑了车辆行驶过程中影响车载网络的因素，既提高决策速度又避免切换过程中的“乒乓效应”，本发明从多重因素考虑，更加有利于延长车载单元与路侧节点的DSRC端口的连接时间，即延长接入DSRC网络的时间。

附图说明

图1为本发明结构流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

1、首先确定路由转发次数N_hoc，当N_hoc等于零时，切换至DSRC网络；当N_hoc>3时，切换至4G网络连接；当3>N_hoc>0时，则判断车载单元与路侧节点的距离L；

2、当L<0.667R时，切换至DSRC网络；当0.667R<L<1.333R时，则切换至4G网络连接；当1.333R<L时，则判断车载单元的行驶方向；

3、当车载单元远离路侧节点时，切换至4G网络连接，当车载单元驶近路侧节点时，则判断车载单元接收到的4G网络和DSRC网络信号强度差是否超出迟滞带；

4、若迟滞带小于或者等于信号强度差，则连接至DSRC网络，若迟滞带大于信号强度差，则连接至4G网络。

其中步骤1中，确定路由转发次数N_hoc具体通过重写CM消息(控制消息)来完成，具体指P2C路由协议，消息包在车与路侧设备、车与车之间进行转发，消息包被转发一次则记录一次；RSU发送CM消息时会写入发送消息的设备序列号，车辆节点接收到CM消息并进行消息的转发时，会对消息进行重写和更新，为了完成对消息传输过程中转发次数的统计，车辆节点重写CM时添加转发次数统计(每次转发该值加1)，当其他车辆节点对转发的CM进行解析时，即可根据转发次数，确定以当前CM的发送节点为父母节点时建立的网络连接跳数。

步骤2中，车载单元与路侧节点之间的距离L，具体通过以下公式得到：

L_{i} = \sqrt{{(x - x_{i R S U})}^{2} + {(y - x_{i R S U})}^{2}}

式中，L_i为车载单元与第i个路侧节点之间的距离，(x，y)为车载单元的位置信息，(x_iRSU,y_iRSU)为第i个路侧节点的位置信息；L分为近区、远区、乒乓效应区；近区的范围为车载单元与路侧节点之间的距离小于0.667R，其中R表示路侧节点的DSRC网络信号的辐射半径；远区的范围为车载单元与路侧节点之间的距离大于1.333R；乒乓效应区的范围为车载单元与路侧节点之间的距离在0.667R和1.333R之间。车辆在行驶中，车辆与路侧节点最后一次消息传递，此时该路侧节点完成与车辆距离计算。

步骤3中判断车载单元的行驶方向D具体为：

在t_i时刻车辆与RSU之间的距离为

D_{t_{i}} = \sqrt{{(x_{a_{i}} - x_{R S U})}^{2} + {(y_{a_{i}} - x_{R S U})}^{2}}

在t_i+1时刻车辆与RSU之间的距离为

D_{t_{i + 1}} = \sqrt{{(x_{a_{i + 1}} - x_{R S U})}^{2} + {(y_{a_{i + 1}} - x_{R S U})}^{2}}

{ΔD}_{i} = D_{t_{i + 1}} - D_{t_{i}}

步骤4中若迟滞带K小于或者等于信号强度差△d，则连接至DSRC网络，若迟滞带大于信号强度差，则连接至4G网络；信号强度差△d指的是车载单元处在乒乓效应区时接收到的路侧节点和移动基站的信号强度差。通过分析车载单元接收到4G基站和路侧节点的信号强度差是通过分析4G基站和路侧节点的参数文件来完成；从参数文件中获取“再呼叫型区间切换处理电平”和“再呼叫型区间切换区域的选择电平”；不同的路侧节点和不同的基站会有不同的“再呼叫型区间切换处理电平”和“再呼叫型区间切换区域的选择电平”；其中“再呼叫型区间切换处理电平”参考值取值范围为6dB～23dB，“再呼叫型区间切换区域的选择电平”的参考值取值范围为大于32dB；具体的再呼叫型区间切换处理电平取参考值为23dB，再呼叫型区间切换区域的选择电平取参考值为33dB，计算两参数之差，即可得到信号强度差△d。其中迟滞带大小的取值根据基站具体的参数而定；本发明拟选定迟滞带大小为10dB。

Claims

1.一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1)、首先确定路由转发次数N_hoc，当N_hoc等于零时，切换至DSRC网络；当N_hoc＞3时，切换至4G网络连接；当3＞N_hoc＞0时，则判断车载单元与路侧节点的距离L；

2)、当L＜0.667R时，切换至DSRC网络；当0.667R＜L＜1.333R时，则切换至4G网络连接；当1.333R＜L时，则判断车载单元的行驶方向；

2.根据权利要求1所述的一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，其特征在于，其中步骤1中，路由转发次数N_hoc具体指消息包在车与路侧设备、车与车之间进行转发次数。

3.根据权利要求2所述的一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，其特征在于，路由转发次数N_hoc具体通过重写CM消息来完成，RSU发送CM消息时会写入发送消息的设备序列号，车辆节点接收到CM消息并进行消息的转发时，会对消息进行重写和更新，车辆节点重写CM时添加转发次数统计，通过路侧节点对转发的CM进行解析时，即可根据转发次数，确定以当前CM的发送节点为父母节点时建立的网络连接跳数。

4.根据权利要求1所述的一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，其特征在于，步骤2中，R表示路侧节点的DSRC网络信号的辐射半径。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，其特征在于，车载单元与路侧节点之间的距离L，具体通过以下公式得到：

L_{i} = \sqrt{{(x - x_{i R S U})}^{2} + {(y - x_{i R S U})}^{2}}

6.根据权利要求1所述的一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，其特征在于，步骤3中判断车载单元的行驶方向D具体为：

在t_i时刻车辆与RSU之间的距离为

D_{t_{i}} = \sqrt{{(x_{a_{i}} - x_{R S U})}^{2} + {(y_{a_{i}} - x_{R S U})}^{2}}

在t_i+1时刻车辆与RSU之间的距离为

D_{t_{i + 1}} = \sqrt{{(x_{a_{i + 1}} - x_{R S U})}^{2} + {(y_{a_{i + 1}} - x_{R S U})}^{2}}

{ΔD}_{i} = D_{t_{i + 1}} - D_{t_{i}}

若ΔD_i＞0，说明车辆A在(t_i,t_i+1)时段内正驶离RSU，行驶方向D设为0；当ΔD_i＜0时，说明车辆A在(t_i,t_i+1)时段内正驶近RSU，行驶方向D设为1。

7.根据权利要求1所述的一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，其特征在于，步骤4中信号强度差△d指的是车载单元处在乒乓效应区时接收到的路侧节点和移动基站的信号强度差。

8.根据权利要求7所述的一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，其特征在于，分别获取4G基站和路侧节点的参数文件：再呼叫型区间切换处理电平和再呼叫型区间切换区域的选择电平，计算两参数之差，即可得到信号强度差△d。

9.根据权利要求8所述的一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，其特征在于，其中再呼叫型区间切换处理电平参考值取值范围为6dB～23dB，再呼叫型区间切换区域的选择电平的参考值取值范围为大于32dB。

10.根据权利要求9所述的一种基于4G和DSRC技术的异构网络垂直切换判决方法，其特征在于，具体的再呼叫型区间切换处理电平取参考值为23dB，再呼叫型区间切换区域的选择电平取参考值为33dB。