CN110166979B - 一种基于tdma的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法 - Google Patents
一种基于tdma的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110166979B CN110166979B CN201910499774.6A CN201910499774A CN110166979B CN 110166979 B CN110166979 B CN 110166979B CN 201910499774 A CN201910499774 A CN 201910499774A CN 110166979 B CN110166979 B CN 110166979B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vehicles
- node
- time slot
- potential
- conflict
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
- H04W24/04—Arrangements for maintaining operational condition
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
- H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
- H04W4/40—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P]
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W72/00—Local resource management
- H04W72/04—Wireless resource allocation
- H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
- H04W72/0446—Resources in time domain, e.g. slots or frames
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于TDMA的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法，包括：通信节点通过不同发送功率交错广播基本安全数据报文；协作节点接收邻居节点广播的所述基本安全数据报文后，检测所述邻居节点的潜在时隙使用冲突，当所述邻居节点中存在潜在时隙使用冲突时，所述协作节点向检测到的潜在时隙使用冲突节点发送冲突提醒信息；所述潜在时隙使用冲突节点改变发送功率顺序或选择新的时隙使用。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种基于TDMA的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法。
背景技术
车联网是一种特殊的无线物联网，与传统的无线网络和物联网有着很大的区别，由于传统的交通运输模式效率低下、事故频发且污染问题严重，现代交通正在向智能化发展，交通参与者之间的信息交互和协同调度是交通智能化的关键一环，因此，连接车与车、车与路和车与人的车联网成为了智能交通的关键技术之一。
由于车辆具有移动速度较快的特性，车联网的网络拓扑结构复杂多变，网络密度差异明，这些都为车联网协议，特别是媒体访问控制(MAC)协议的设计增加了难度，同时，车联网承担了大量安全类应用信息的交互传输任务，这些信息对网络的可靠性和信息传递的实时性有着很高的要求，因此，必须为车联网设计专用、高效且可靠的网络协议。
国内外的研究机构针对车联网提出了很多基于时分复用多路访问(TDMA)的MAC层协议，这些协议各有优劣；早期最简单的随机访问协议数据传输冲突率高、可靠性低；改进后的协议在发送基本安全报文的同时，将邻居节点的时隙使用信息打包在报文内，从而可以让节点依据收到的报文建立两跳范围内节点的时隙使用信息，节点可以选择两跳范围内空闲的时隙使用而不会发生时隙使用冲突，节点持续使用同一个时隙，直到感知到时隙使用冲突发生时才放弃原有时隙并选择新的空闲时隙使用。
车联网中完成基本安全报文传输时使用的传统的基于TDMA的MAC层协议工作过程如下：在报文设计上，基本安全报文包含两部分：控制信息部分和数据信息部分；其中，控制信息部分打包了上一帧时间范围内接收到的节点一跳范围内邻居节点的ID标识和使用的时隙号；数据信息部分打包了节点自身的运动状态信息；依据接收到的一跳邻居节点数据报文的时间和报文内打包的ID标识，节点可以获得一跳范围内邻居节点对应的ID标识和使用的时隙信息数据；通过车载定位设备(如GPS)可以获取车辆的运动状态信息。
节点必须获得一个可用的时隙发送基本安全报文，并一直使用获取的时隙，在每一个时间帧的对应时隙都发送数据报文，节点在新加入网络或时隙使用有冲突时，需要申请新的时隙，由于节点接收到的一跳邻居节点发送的基本安全报文都打包了邻居节点的一跳邻居节点的时隙使用信息，因此节点可以掌握两跳范围内节点的时隙使用信息，节点随机选择一个两跳范围内没有节点使用的空闲时隙访问，并检测是否有时隙使用冲突发生，若没有时隙使用冲突，则节点申请时隙成功并可以继续使用该时隙，否则，节点选择申请其他空闲时隙。
为了检测是否有时隙使用冲突发生，节点在每次收到数据报文时都需要检测自身的ID信息是否被包含在报文的控制信息部分；若自身的ID信息没有被包含在控制信息部分，且发送该报文的节点不是新的一跳邻居节点，则说明本节点发送的上一帧数据报文没有被该邻居节点正确接收到；此时，检测为时隙使用冲突，本节点将放弃正在使用的时隙并申请新的空闲时隙使用；通过上述方式，节点可以在较长时间内无冲突的使用一个固定时隙，通过将控制信息打包在基本安全报文内，节点之间可以完成时隙使用的协同调度，协议的效率相比随机访问的方式大大提升。
然而，现有协议对车联网实际的应用需求的考虑尚不全面，包括如下的问题：首先，使用相同时隙的节点随着车辆距离不断拉近会导致时隙使用冲突，协议没有有效的冲突缓解机制；其次，车辆对周边节点的运动态势信息精度要求实际是有差别的：距离较近的节点精度要求越高，数据更新频率应该越快，距离较远的节点精度要求较低，掌握概略态势就可以满足需求，所有节点使用相同的功率发送报文覆盖较大的范围，造成了网络密度较大时信道负担过重，降低了在高密度场景下协议的性能。
发明内容
基于上述问题，本发明设计开发了一种基于TDMA的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法，本发明的发明目的之一是通过差异化功率交替传输，使距离较近的车辆的基本安全报文数据可以更频繁的被接收到，使距离较远的节点只有在其使用较大功率发送数据时才能接收到其数据报文，在保证数据的实时性的基础上，减少网络负载的同时保证了较大范围的态势感知能力。
本发明的发明目的之二是通过节点之间的交互协作，可以检测即将发生的时隙使用冲突并在冲突发生前完成发送功率的调整或时隙的更换，有效减少时隙冲突的数量。
本发明提供的技术方案为：
一种基于TDMA的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法，包括：
通信节点通过不同发送功率交错广播基本安全数据报文；
协作节点接收邻居节点广播的所述基本安全数据报文后，检测所述邻居节点的潜在时隙使用冲突，当所述邻居节点中存在潜在时隙使用冲突时，所述协作节点向检测到的潜在时隙使用冲突节点发送冲突提醒信息；以及
所述潜在时隙使用冲突节点改变发送功率顺序或选择新的时隙使用。
优选的是，所述发送功率包括第一发送功率和第二发送功率；
其中，所述第二发送功率大于所述第一发送功率。
优选的是，所述时隙使用冲突包括可调和冲突和不可调和冲突；
其中，所述可调和冲突为所述潜在时隙使用冲突节点之间的距离d满足条件：R0+R1≤d＜2R1；以及
所述不可调和冲突为所述潜在时隙使用冲突节点之间的距离满足条件：d＜R0+R1；
式中，R0为所述第一发送功率的电磁波覆盖半径，R1为所述第二发送功率的电磁波覆盖半径。
优选的是，所述潜在时隙使用冲突包括潜在的不可调和冲突和潜在的可调和冲突；
其中，所述潜在的不可调和冲突为在所述协作节点通信范围内的两个使用相同时隙的一跳邻居节点间的距离大于所述第一发送功率的电磁波覆盖半径和所述第二发送功率的电磁波覆盖半径之和，并且依据两个邻居节点的运动态势在一个阈值时间内距离不大于所述第一发送功率的电磁波覆盖半径和所述第二发送功率的电磁波覆盖半径之和；以及
所述潜在的可调和冲突为在所述协作节点的一个一跳邻居节点和一个两跳邻居节点，使用相同的时隙和相同的发送功率顺序。
优选的是，当所述潜在时隙使用冲突为潜在的可调和冲突时，所述潜在时隙使用冲突节点改变发送功率顺序；以及
当所述潜在时隙使用冲突为潜在的不可调和冲突时，所述潜在时隙使用冲突节点选择新的时隙使用。
优选的是，对于两个潜在的时隙使用冲突节点，标识ID一个是奇数且另一个是偶数时，通知ID号小的潜在时隙使用冲突节点改变发送功率顺序或选择新的时隙使用；以及
对于两个潜在的时隙使用冲突节点，标识ID都是奇数或都是偶数时，通知ID号大的潜在时隙使用冲突节点改变功率使用顺序或申请新的时隙。
优选的是，所述基本安全数据报文包括车辆位置、速度、加速度和航向；以及
所述运动态势包括：
两车航向交于一点且两车驶向交点；
两车航向交于一点且一车驶向交点而另一车驶离交点；
两车航向交于一点且两车均驶离交点；
两车航向相同；以及
两车航向相反。
优选的是，当所述运动态势为两车航向交于一点且两车驶向交点、所述两车航向交于一点且一车驶向交点而另一车驶离交点或者两车航向交于一点且两车均驶离交点时，一个阈值时间内距离dth计算过程为
其中，
式中，dAB为两车距离，VA、VB分别为两车的速度，σA、σB分别为两车的加速度，Tth为阈值时间，θA、θB分别为航向线与两车连线组成的三角形在两车处的内角；
当车辆驶离航向交点时，HA、HB取值为-1，当车辆驶向航向交点时，HA、HB取值为1。
优选的是，当所述运动态势为两车航向相同时，一个阈值时间内距离dth计算过程为
其中，
式中，dAB为两车距离，VA、VB分别为两车的速度，σA、σB分别为两车的加速度，Tth为阈值时间，θA、θB分别为航向线与两车连线组成的三角形在两车处的内角。
优选的是，当所述运动态势为两车航向相反时，一个阈值时间内距离dth计算过程为
其中，
式中，dAB为两车距离，VA、VB分别为两车的速度，σA、σB分别为两车的加速度，Tth为阈值时间，θA、θB分别为航向线与两车连线组成的三角形在两车处的内角。
本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：本文提出了一种通过区分感知区域来提高车辆基本安全信息传递效率的新方法，本发明在保证较大感知范围的同时，近距离车辆具有更高的感知质量，这更符合实际应用的要求；通过牺牲远程车辆的感知质量，与传统的MAC协议相比，节点可以在较近的距离上使用相同的时隙，因此，本发明甚至在高密度网络中也表现良好，同时，通过节点间的协作，可以预先检测并消除潜在的时隙使用冲突，仿真结果表明，我们的策略显著提高了网络的性能。
附图说明
图1为本发明所述的基本安全报文广播方法流程示意图。
图2为本发明所述的潜在冲突消除的示意图。
图3为本发明所述的两车航向交于一点且两车驶向交点的行车态势示意图。
图3a～3d为本发明所述的两车航向交于一点且两车驶向交点的4种行车态势示意图。
图4为本发明所述的两车航向交于一点且一车驶向交点而另一车驶离交点的行车态势示意图。
图4a～4b为本发明所述的两车航向交于一点且一车驶向交点而另一车驶离交点的2种行车态势示意图。
图5为本发明所述的两车航向交于一点且两车均驶离交点的行车态势示意图。
图6为本发明所述的两车航向相同的行车态势示意图。
图6a～6d为本发明所述的两车航向相同的4种行车态势示意图。
图7为本发明所述的两车航向相反的行车态势示意图。
图7a～7b为本发明所述的两车航向相反的2种行车态势示意图。
图8为本发明所述的在高速路场景下不同交通密度下的平均每帧发送报文冲突数的数据仿真效果图。
图9为本发明所述的在高速路场景下不同交通密度下的平均每帧接收报文冲突数的数据仿真效果图。
图10为本发明所述的在高速路场景下不同交通密度下的报文成功传递率的数据仿真效果图。
图11为本发明所述的不同的每帧时隙数下的平均每帧发送报文冲突数的数据仿真效果图。
图12为本发明所述的不同的每帧时隙数下的平均每帧接收报文冲突数的数据仿真效果图。
图13为本发明所述的不同的每帧时隙数下的报文成功传递率的数据仿真效果图。
图14为本发明所述的在城市道路场景下不同交通密度下的平均每帧发送报文冲突数的数据仿真效果图。
图15为本发明所述的在城市道路场景下不同交通密度下的平均每帧接收报文冲突数的数据仿真效果图。
图16为本发明所述的在城市道路场景下不同交通密度下的报文成功传递率的数据仿真效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1、2所示，本发明提供了一种基于TDMA的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法，通过交替使用不同的功率传输数据，实现了保持对近距离车辆运动态势具有较高感知精度，在降低网络负载的同时具备较大的感知范围。同时，通过节点间的协作，可以减少时隙使用冲突，提高网络的可靠性，具体包括如下步骤：
S110、通信节点使用高、低功率交错广播基本安全数据报文；
具体包括：节点需要获取一个可用时隙，并在每个时间帧使用获取的时隙发送基本安全报文。当接收到协作节点发送的时隙更换通知或检测到时隙使用冲突时，节点放弃原来使用的时隙并申请新的空闲时隙使用；
S120、接收邻居节点数据报文，掌握邻居节点运动状态和时隙使用信息；
具体包括：通过接收一跳邻居节点发送的数据报文，结合报文接收时对应的时隙，节点可以掌握一跳范围内邻居节点使用的时隙信息。解析报文内容后，节点可以掌握一跳范围内邻居节点的运动状态信息。同时，掌握两跳邻居节点的时隙使用状态信息；
S130、协作节点C和D检测到节点A与B潜在的可调和时隙使用冲突；具体包括：由于A是C的一跳邻居节点、D的两跳邻居节点，B是C的两跳邻居节点、D的一跳邻居节点因此，节点C和D能够检测到节点A和B使用相同时隙和相同的发送功率顺序；
节点D检测到节点A与B潜在的不可调和时隙使用冲突；具体包括：随着车辆运动，节点A和B都行驶到节点D的一跳范围内后，节点D能够接收到节点A和B发送的数据报文，掌握两者的运动状态信息，通过两者的运动状态，可以检测潜在的不可调和冲突；
S140、当协作节点C和D检测到节点A与B存在潜在的可调和时隙使用冲突时，节点D向节点B发送功率使用顺序调整通知，同时为了防止节点D向B发送功率调整通知的同时C向A发送功率调整通知，协作节点需要遵循统一的判定规则：当A和B的ID标识一个是奇数且另外一个是偶数时，通知ID号小的节点改变功率使用顺序或申请新的时隙；标识ID都是奇数或都是偶数时，通知ID号大的节点改变功率使用顺序或申请新的时隙；
当节点D检测到节点A与B为潜在的不可调和时隙使用冲突时，节点D向节点B发送时隙调整通知，同时为了防止节点A和B的多个共同协作节点在检测到潜在不可调和时隙冲突后，一部分节点通知A改变时隙而另一部分通知B改变时隙的情况，协作节点在发送时隙调整通知时需要遵循统一的判定规则：当A和B的ID标识一个是奇数且另外一个是偶数时，通知ID号小的节点改变功率使用顺序或申请新的时隙；标识ID都是奇数或都是偶数时，通知ID号大的节点改变功率使用顺序或申请新的时隙；
S150、潜在时隙使用冲突节点B接收到功率使用顺序调整通知后改变发送功率使用顺序；
潜在时隙使用冲突节点B接收到时隙调整通知后，放弃原来占用的时隙，申请新的时隙使用。
在另一种实施例中，如图2所示，通过邻居节点协作消除时隙冲突的示例图，首先，从图2-Ⅲ可以看到，节点A与节点B使用相同的时隙传输数据，两者距离大于R0+R1且小于两倍的R1，在使用传统的固定功率传输的模式下，若使用固定功率为较大的功率P1，则由于A和B同时发送报文，电磁波叠加导致节点D无法正确解析报文数据；若使用固定较小的功率P0，则节点感知范围较小，节点D不会收到节点A和B发送的报文；
使用本发明提出的交替功率传输后，节点D在奇数帧接收到节点A或B一方的数据，在偶数帧接收到另一个节点发送的数据；同时，无论奇数帧还是偶数帧，节点D都能接收到距离不大于R0的节点发送的数据报文，从而实现了近距离态势精确感知的同时具有较大的感知范围。
同时，通过节点之间的协作，可以检测并处理可能发生的时隙使用冲突；如图2-Ⅰ所示，节点A和B使用相同的时隙且功率使用顺序相同；在两者距离较大时不会发生数据传输冲突，随着车辆的运动，当两者距离拉近到两倍的R1范围内时，就会有电磁波的叠加覆盖区域，区域内的节点将无法正确解析数据报文，通过邻居节点的协助，可以在这种可调和冲突发生前将其消除，由于节点D是B的一跳邻居节点，同时，是A的两跳邻居节点，从而，节点D通过解析接收到的报文了解A与B使用相同时隙且功率使用顺序相同；因此，节点D可以将功率顺序调整通知打包在基本安全报文中发送给节点B，节点B在接收到通知后改变功率使用顺序。
如图2-Ⅱ所示，即使节点A和B的距离拉近到两倍的R1之内，也不会发生报文传输冲突，当节点A和节点B的距离继续拉近且距离小于R0+R1时，无论功率使用顺序是否相同，两者继续使用相同的时隙都会有电磁信号的重叠区域，通过节点A和B共同的邻居节点D的协助，可以消除可能的数据传输冲突，节点D能够接收到节点A和B发送的数据报文，掌握两者的运动状态信息，从而可以估算经过阈值时间Tth之后A和B之间的距离，若经过Tth之后两者距离小于R0+R1，节点D可以打包时隙更换通知发送给A或者B，从而使冲突发生之前节点就完成时隙的更换。
在另一种实施例中，当一个协作节点检测到另外两个节点存在潜在的不可调和时隙使用冲突时，协作节点需要在发出时隙更换通知前预测不可调和时隙使用冲突是否会发生；如图3～7所示，根据可能发生时隙使用冲突的节点的位置和运动方向，本发明将可能发生的不可调和时隙使用冲突分为五种态势情况：两车航向交于一点且两车驶向交点、两车航向交于一点且一车驶向交点而另一车驶离交点、两车航向交于一点且两车均驶离交点、两车航向相同、两车航向相反。
针对不同的态势情况，本发明下面分析经过阈值时间Tth后两车的距离，具体包括如下：
假设潜在时隙使用冲突车辆当前位于A和B点，并在阈值时间Tth后行驶到A′和B′点。
当前距离为：
其中，这里(xA,yA)和(xB,yB)代表A和B的当前位置坐标；
距离dAA′和dBB′可以根据两车当前的速度和加速度预估：
式中，VA，VB和σA，σB是车辆A和B的速度和加速度，Tth是一个短阈值时间，用于预测两车的距离是否会小于R0+R1，dOA和dOB可以使用正弦定理计算：
在前三种态势情况下，在本实施例中，作为一种优选，如果车辆x驶离航向交点，则令Hx＝-1；如果车辆x驶向航向交点，则Hx＝1；
式中，θx是航向线与两车连线组成的三角形在x处的内角。
如图3a～3d所示，对于第一种态势情况，即两车航向交于一点且两车驶向交点包括4种情况，两车驶向航向交点，则HA和HB都等于1，dOA′和dOB′可以通过下述公式计算：
如果车辆A经过阈值时间没有通过交点，则dOA′＞0且dOA＞dAA′；如果通过交点，则dOA′＜0且dOA＜dAA′；若经过阈值时间正好行驶至交点，则dOA′＝0，dOA＝dAA′；对于车辆B而言亦是如此；这里，令αA＝|dOA′|，αB＝|dOB′|。
如果一辆车驶过交点，而另外一辆没有通过交点，则dOA′×dOB′＜0，dOA′×dOB′＝-αA×αB并且∠A′OB′等于θA+θB；使用余弦定理计算dth：
如果两车都没有驶过交点，则dOA′×dOB′＞0,dOA′×dOB′＝-αA×αB且∠A′OB′等于π-(θA+θB)。使用余弦定理计算dth：
如果有一车在阈值时间Tth正好行驶到交点，则dOA′×dOB′＝0，dth可以通过下述公式计算：
对于第一种态势下的4种不同情况，dth都可以通过如下公式计算：
如图4a～4b所示，对于第二种态势情况，即两车航向交于一点且一车驶向交点而另一车驶离交点包括2种情况，假设车辆B驶离交点而车辆A驶向交点，则HA＝1且HB＝-1；
dOA′和dOB′可以用如下公式计算：
根据车辆A在经过阈值时间后的位置，这里可以分三种情况讨：经过交点，未经过交点和正好行驶到交点处。
如果车辆A经过了交点，则dOA＜dAA′，dOA′＜0且∠A′OB′等于θA+θB，令αA＝|dOA′|则αA＝-dOA′；使用余弦定理计算dth：
如果车辆A没有经过交点，则dOA＞dAA′，dOA′＞0且＜A′OA′等于π-(θA+θB)，令αA＝|dOA′|，则αA＝dOA′；使用余弦定理计算dth：
如果A正好行驶到交点处，则dOA＝dAA′,dOA′＝0.
对于第二种态势，2种不同情况下均可用如下公式计算dth：
如图5所示，对于第三种态势，即两车航向交于一点且两车均驶离交点，HA和HB都等于-1；计算dOA′和dOB′：
∠A′OB′等于π-(θA+θB)，dOA′＞0且dOB′＞0；使用余弦定理计算dth：
前三种态势下，均可使用如下公式计算经过阈值时间后两车的距离：
如图6a～6d所示，在第四种态势下，即两车航向相同包括4种情况，车辆A和B有相同的航向，那么
式中，d⊥为A′和B′在垂直于航向上的距离，d//为平行于航向上的距离；d⊥可以如下计算：d⊥＝dAB×sinθA＝dAB×sinθB；
根据两车经过阈值事件后在平行于航向线方向的位置关系，可以分三种情况讨论：A′在B′之前，B′在A′之前和A′、B′在相同的位置，如果A′在B′之前，本发明可以得到：
d//+dBB′＝dAA′+dAB×cosθB；
令
则
d//＝-(dBB′-dAA′-dAB×cosθB)＝-(d∈-dAB×cosθB；
dth可以用如下公式计算：
如果B′在A′之前，本发明可以得到：
dBB′-d//＝dAA′+dAB×cosθB；则
d//＝dBB′-dAA′-dAB×cosθB＝d∈-dAB×cosθB；
dth可以通过如下公式计算：
如果A′和B′在航向方向相同位置，则dBB′＝dAA′+dAB×cosθB，d//＝0，dth＝d⊥；下面公式仍成立：
综上所述，第四种态势下dth计算公式为：
如图7a～7b所示，对于第五种态势情况，即两车航向相反包括2种情况，车辆A和B行驶方向相反；
令
dth可以用余弦定理计算：
因此，对于第五种态势，dth可以用如下公式计算：
在经过阈值时间后，如果协作节点预测dth≤(R0+R1)，则预测潜在的不和调和冲突将会发生，并且触发一个时隙更换通知，协作节点依据统一的原则在两个潜在时隙使用冲突节点中选取一个节点，将选取的节点标识ID和时隙更换通知信息打包到基本安全报文中，并在对应于自己申请的时隙发送出去；需要调整时隙的潜在时隙使用冲突节点在收到通知信息后放弃正在使用的时隙并从空闲时隙中申请新的时隙使用；通过这种方式，在时隙使用冲突真正发生前，潜在时隙使用冲突节点提前更换时隙，减少了报文冲突率。
在经过阈值时间后，如果dth>(R0+R1)，则协作节点不发送时隙更换通知，潜在时隙使用冲突节点仍可继续使用相同的时隙。
实施例
本发明将本发明的策略与传统的基于TDMA的MAC协议(VeMac)(统一使用较大功率P1进行数据广播)进行了对比，试验场景设定为高速路和城市道路两种情况，阈值时间Tth设定为0.5秒，在本实施例中，采用MATLAB2014a进行仿真测试，主要测仿真参数列表1如下：
表1仿真测试参数
| 参数 | 高速路 | 城市道路 |
| 道路长度(m) | 5000 | 1030 |
| 道路数 | 1 | 3+3 |
| 车道数(每个方向) | 4 | 1 |
| 路宽(m) | 5 | 5 |
| 阈值时间T<sub>th</sub>(s) | 0.5 | 0.5 |
| 速度(km/h) | 60～120 | 20～80 |
| 通信范围(m) | 300 | 300 |
| 每帧长度(s) | 0.1 | 0.1 |
| 模拟时间(min) | 3 | 3 |
本发明从报文传递率、平均每帧发送报文冲突数(如果至少有一个邻居节点因传输冲突导致无法正确接收本次发送的报文，则此次发送被视为冲突)、平均每帧接收报文冲突数三方面进行效果对比。
首先，本发明分析了高速路场景中在不同交通密度下协议的表现(每个行驶方向250，300，350和400辆车)，车辆速度随机在60到120公里每小时范围内选取；车辆到达道路尽头后，从道路的另一头重新进入场景，从而使场景内车辆数保持不变，一帧时间帧包含100个时隙；数据如表2～4所示，仿真结果如图8～10所示；
表2在高速路场景下不同交通密度下的平均每帧发送报文冲突数
| 车辆密度 | R<sub>0</sub>＝0.25R<sub>1</sub> | R<sub>0</sub>＝0.50R<sub>1</sub> | R<sub>0</sub>＝0.75R<sub>1</sub> | VeMac |
| 250 | 1.77367 | 2.38733 | 1.743 | 4.38667 |
| 275 | 9.405 | 10.83667 | 13.34167 | 16.39733 |
| 300 | 22.118 | 29.63067 | 33.49233 | 42.69733 |
| 325 | 46.14 | 50.65767 | 60.55767 | 76.52667 |
| 350 | 84.59667 | 94.54133 | 108.331 | 128.7013 |
| 375 | 125.204 | 139.8073 | 154.1547 | 187.2523 |
| 400 | 170.736 | 187.482 | 208.9163 | 246.7637 |
表3在高速路场景下不同交通密度下的平均每帧接收报文冲突数
| 车辆密度 | R<sub>0</sub>＝0.25R<sub>1</sub> | R<sub>0</sub>＝0.50R<sub>1</sub> | R<sub>0</sub>＝0.75R<sub>1</sub> | VeMac |
| 250 | 18.25233 | 29.87533 | 24.64633 | 88.45833 |
| 275 | 150.3793 | 231.5587 | 358.0597 | 497.8617 |
| 300 | 373.553 | 649.4223 | 935.3097 | 1400.263 |
| 325 | 729.2953 | 1151.124 | 1752.974 | 2628.764 |
| 350 | 1690.744 | 2534.114 | 3559.79 | 4865.731 |
| 375 | 2798.195 | 4111.647 | 5489.609 | 7682.846 |
| 400 | 4107.205 | 5894.606 | 7891.159 | 10702.53 |
表4在高速路场景下不同交通密度下的报文成功传递率
与传统协议(VeMac)相比，使用交错功率传输后，通过设定R0等于0.25R1、0.5R1和0.75R1，在每个航向车辆数为400时，可以减少约31％，24％，15％发送冲突和62％，45％，26％接收冲突，报文成功传递概率提高了10％，7％和4％。
然后，本发明在高速路场景下分析了每帧时间帧包含时隙数对方法的影响；每个航向设定车辆数250辆，每帧包含时隙被设定为60，70，80，90或100，数据如表5～7所示，仿真结果对比如下图11～13所示：
表5在不同的每帧时隙数下的的平均每帧发送报文冲突数
| 每帧时隙数 | R<sub>0</sub>＝0.25R<sub>1</sub> | R<sub>0</sub>＝0.50R<sub>1</sub> | R<sub>0</sub>＝0.75R<sub>1</sub> | VeMac |
| 60 | 123.4367 | 133.55 | 148.9873 | 169.6763 |
| 70 | 70.747 | 77.94 | 89.34767 | 105.037 |
| 80 | 34.20233 | 38.99933 | 44.19033 | 51.05833 |
| 90 | 9.585 | 12.65167 | 13.887 | 16.443 |
| 100 | 1.77367 | 2.38733 | 1.743 | 4.38667 |
表6在不同的每帧时隙数下的平均每帧接收报文冲突数
| 每帧时隙数 | R<sub>0</sub>＝0.25R<sub>1</sub> | R<sub>0</sub>＝0.50R<sub>1</sub> | R<sub>0</sub>＝0.75R<sub>1</sub> | VeMac |
| 60 | 1549.855 | 2326.777 | 3234.661 | 4315.337 |
| 70 | 892.0037 | 1405.822 | 2036.695 | 2812.164 |
| 80 | 436.3093 | 721.7993 | 1033.459 | 1407.011 |
| 90 | 111.069 | 218.5763 | 304.307 | 435.438 |
| 100 | 18.25233 | 29.87533 | 24.64633 | 88.45833 |
表7在不同的每帧时隙数下的报文成功传递率
本发明可以看到，时隙资源越少的时候，本发明的方法效果越好，在每帧包含60个时隙的时候，本发明的方法比传统的方式减少了27％，21％和12％的发送冲突，减少了64％，46％和25％的接收冲突，报文传递率提高了12％，8％和4％；随着时隙资源的增加，在每帧包含100个时隙的时候，报文冲突急剧减少，本发明的方法比传统的仍能有更少的冲突。
城市交通场景是一个三横三纵的田字格道路，车辆速度随机在20到80公里每小时之间选取；本发明考虑了不同的交通密度(场景内有300，350，400，450，500，550和600辆车)，数据如表8～10所示，仿真结果如如14～16所示：
表8在城市道路场景下不同交通密度下的平均每帧发送报文冲突数
| 车辆密度 | R<sub>0</sub>＝0.25R<sub>1</sub> | R<sub>0</sub>＝0.50R<sub>1</sub> | R<sub>0</sub>＝0.75R<sub>1</sub> | VeMac |
| 300 | 0.49525 | 0.6195 | 0.789 | 4.10675 |
| 350 | 4.02725 | 4.0425 | 5.98575 | 9.29425 |
| 400 | 16.05975 | 16.7855 | 21.11775 | 25.59825 |
| 450 | 34.53825 | 34.19125 | 37.39775 | 50.65875 |
| 500 | 54.65875 | 62.26975 | 69.0015 | 93.19575 |
| 550 | 90.8735 | 96.40325 | 117.7293 | 151.7293 |
| 600 | 135.7003 | 143.6168 | 166.912 | 216.122 |
表9在城市道路场景下不同交通密度下的平均每帧接收报文冲突数
表10在城市道路场景下不同交通密度下的报文成功传递率
| 车辆密度 | R<sub>0</sub>＝0.25R<sub>1</sub> | R<sub>0</sub>＝0.50R<sub>1</sub> | R<sub>0</sub>＝0.75R<sub>1</sub> | VeMac |
| 300 | 0.99955 | 0.99909 | 0.9993 | 0.99313 |
| 350 | 0.99096 | 0.98983 | 0.98314 | 0.98134 |
| 400 | 0.95917 | 0.95522 | 0.94276 | 0.93915 |
| 450 | 0.92935 | 0.92085 | 0.90328 | 0.89109 |
| 500 | 0.88892 | 0.87095 | 0.85614 | 0.82103 |
| 550 | 0.83794 | 0.82254 | 0.77897 | 0.73987 |
| 600 | 0.77982 | 0.76092 | 0.72092 | 0.66569 |
本发明可以看到：在场景内共500辆车辆时，本发明的方法比传统的方法减少了41％，33％和25％的发送冲突，减少了63％，49％和32％的接收冲突，报文传递率提高了10％，8％和4％。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种基于TDMA的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法，其特征在于，包括：
通信节点通过不同发送功率交错广播基本安全数据报文；
协作节点接收邻居节点广播的所述基本安全数据报文后，检测所述邻居节点的潜在时隙使用冲突，当所述邻居节点中存在潜在时隙使用冲突时，所述协作节点向检测到的潜在时隙使用冲突节点发送冲突提醒信息；以及
所述潜在时隙使用冲突节点改变发送功率顺序或选择新的时隙使用；
所述发送功率包括第一发送功率和第二发送功率；其中，所述第二发送功率大于所述第一发送功率；
所述时隙使用冲突包括可调和冲突和不可调和冲突；
其中，所述可调和冲突为所述潜在时隙使用冲突节点之间的距离d满足条件：R0+R1≤d＜2R1；以及
所述不可调和冲突为所述潜在时隙使用冲突节点之间的距离满足条件：d＜R0+R1；
式中，R0为所述第一发送功率的电磁波覆盖半径，R1为所述第二发送功率的电磁波覆盖半径；
所述潜在时隙使用冲突包括潜在的不可调和冲突和潜在的可调和冲突；
其中，所述潜在的不可调和冲突为在所述协作节点通信范围内的两个使用相同时隙的一跳邻居节点间的距离大于所述第一发送功率的电磁波覆盖半径和所述第二发送功率的电磁波覆盖半径之和，并且依据两个邻居节点的运动态势在一个阈值时间内距离不大于所述第一发送功率的电磁波覆盖半径和所述第二发送功率的电磁波覆盖半径之和；以及
所述潜在的可调和冲突为在所述协作节点的一个一跳邻居节点和一个两跳邻居节点，使用相同的时隙和相同的发送功率顺序；
当所述潜在时隙使用冲突为潜在的可调和冲突时，所述潜在时隙使用冲突节点改变发送功率顺序；以及
当所述潜在时隙使用冲突为潜在的不可调和冲突时，所述潜在时隙使用冲突节点选择新的时隙使用。
2.如权利要求1所述的基于TDMA的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法，其特征在于，对于两个潜在的时隙使用冲突节点，标识ID一个是奇数且另一个是偶数时，通知ID号小的潜在时隙使用冲突节点改变发送功率顺序或选择新的时隙使用；以及
对于两个潜在的时隙使用冲突节点，标识ID都是奇数或都是偶数时，通知ID号大的潜在时隙使用冲突节点改变功率使用顺序或申请新的时隙。
3.如权利要求2所述的基于TDMA的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法，其特征在于，所述基本安全数据报文包括一跳邻居节点的时隙使用信息、车辆位置、速度、加速度和航向；以及
所述运动态势包括：
两车航向交于一点且两车驶向交点；
两车航向交于一点且一车驶向交点而另一车驶离交点；
两车航向交于一点且两车均驶离交点；
两车航向相同；以及
两车航向相反。
4.如权利要求3所述的基于TDMA的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法，其特征在于，当所述运动态势为两车航向交于一点且两车驶向交点、所述两车航向交于一点且一车驶向交点而另一车驶离交点或者两车航向交于一点且两车均驶离交点时，一个阈值时间内距离dth计算过程为
其中，
式中，dAB为两车距离，VA、VB分别为两车的速度，σA、σB分别为两车的加速度，Tth为阈值时间，θA、θB分别为航向线与两车连线组成的三角形在两车处的内角；
当车辆驶离航向交点时，HA、HB取值为-1，当车辆驶向航向交点时，HA、HB取值为1。
5.如权利要求4所述的基于TDMA的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法，其特征在于，当所述运动态势为两车航向相同时，一个阈值时间内距离dth计算过程为
其中，
式中，dAB为两车距离，VA、VB分别为两车的速度，σA、σB分别为两车的加速度，Tth为阈值时间，θA、θB分别为航向线与两车连线组成的三角形在两车处的内角。
6.如权利要求5所述的基于TDMA的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法，其特征在于，当所述运动态势为两车航向相反时，一个阈值时间内距离dth计算过程为
其中，
式中，dAB为两车距离，VA、VB分别为两车的速度，σA、σB分别为两车的加速度，Tth为阈值时间，θ＝θA＝θB，θA、θB分别为航向线与两车连线组成的三角形在两车处的内角。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910499774.6A CN110166979B (zh) | 2019-06-11 | 2019-06-11 | 一种基于tdma的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910499774.6A CN110166979B (zh) | 2019-06-11 | 2019-06-11 | 一种基于tdma的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110166979A CN110166979A (zh) | 2019-08-23 |
| CN110166979B true CN110166979B (zh) | 2020-05-15 |
Family
ID=67628455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910499774.6A Expired - Fee Related CN110166979B (zh) | 2019-06-11 | 2019-06-11 | 一种基于tdma的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110166979B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110690937B (zh) * | 2019-09-05 | 2023-04-11 | 电子科技大学 | 一种变功率的安全通信方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103826316A (zh) * | 2014-02-24 | 2014-05-28 | 江苏林洋电子股份有限公司 | 一种微功率无线自组织网络广播通信方法 |
| CN104053217A (zh) * | 2013-03-14 | 2014-09-17 | 福特全球技术公司 | 用于利用睡眠和假期策略的电池节能装置的方法和设备 |
| CN105848295A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-10 | 中国科学院计算技术研究所 | 一种异构车联网时隙分配方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102752720A (zh) * | 2012-01-05 | 2012-10-24 | 李磊 | 一种短距离无线接入冲突的避让方法 |
| US9253753B2 (en) * | 2012-04-24 | 2016-02-02 | Zetta Research And Development Llc-Forc Series | Vehicle-to-vehicle safety transceiver using time slots |
| US20130278441A1 (en) * | 2012-04-24 | 2013-10-24 | Zetta Research and Development, LLC - ForC Series | Vehicle proxying |
| CN103096327B (zh) * | 2013-01-08 | 2015-09-23 | 河南工业大学 | 一种基于tdma的车载自组网络自适应时隙分配方法 |
| CN104580407B (zh) * | 2014-12-24 | 2018-03-13 | 南京邮电大学 | 一种基于博弈论的车辆自组织网络时隙预约方法 |
| CN104618483A (zh) * | 2015-02-03 | 2015-05-13 | 合肥工业大学 | 一种在车辆自组织网络中发送数据的方法 |
| CN104735159B (zh) * | 2015-04-02 | 2018-04-24 | 东南大学 | 一种基于自适应时隙分配的车载网接入方法 |
-
2019
- 2019-06-11 CN CN201910499774.6A patent/CN110166979B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104053217A (zh) * | 2013-03-14 | 2014-09-17 | 福特全球技术公司 | 用于利用睡眠和假期策略的电池节能装置的方法和设备 |
| CN103826316A (zh) * | 2014-02-24 | 2014-05-28 | 江苏林洋电子股份有限公司 | 一种微功率无线自组织网络广播通信方法 |
| CN105848295A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-10 | 中国科学院计算技术研究所 | 一种异构车联网时隙分配方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110166979A (zh) | 2019-08-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Oliveira et al. | Reliable data dissemination protocol for VANET traffic safety applications | |
| US10459454B2 (en) | Platoon control | |
| US6985089B2 (en) | Vehicle-to-vehicle communication protocol | |
| Popescu-Zeletin et al. | Vehicular-2-X communication: state-of-the-art and research in mobile vehicular ad hoc networks | |
| Guo et al. | Vehicular ad hoc networks and dedicated short-range communication | |
| CN110062349A (zh) | 选择通信方式的方法、装置及车辆 | |
| CN107277855B (zh) | 一种保障安全类业务的车联网媒体接入方法 | |
| Dayal et al. | Adaptive semi-persistent scheduling for enhanced on-road safety in decentralized V2X networks | |
| Hobert | A study on platoon formations and reliable communication in vehicle platoons | |
| Lyu et al. | Fine-grained TDMA MAC design toward ultra-reliable broadcast for autonomous driving | |
| Chakroun et al. | LAMD: Location-based Alert Message Dissemination scheme for emerging infrastructure-based vehicular networks | |
| CN110166979B (zh) | 一种基于tdma的车联网中差异功率的基本安全报文广播方法 | |
| Deng et al. | Implementing distributed TDMA using relative distance in vehicular networks | |
| CN110691349B (zh) | 一种车联网中面向安全应用的联合功率和竞争窗口的自适应控制方法 | |
| El Joubari et al. | TA-TDMA: A traffic aware TDMA MAC protocol for safety applications in VANET | |
| CN105303836A (zh) | 基于车辆健康状态的车辆分簇信息传输方法 | |
| Ishihara et al. | Congestion control algorithms for collective perception in vehicular networks | |
| Joshi | Distributed robust geocast: A multicast protocol for inter-vehicle communication | |
| Xie et al. | Design and evaluation of v2x-based dynamic bus lanes | |
| Cao et al. | Exponent-based partitioning broadcast protocol for emergency message dissemination in vehicular networks | |
| CN107333224B (zh) | 一种基于概率的车载网自适应广播方法 | |
| CN106604395A (zh) | 一种基于车流密度和跨层信息的有效广播周期信息的方法 | |
| Asgari et al. | Analysis of routing protocols in vehicular ad hoc network applications | |
| Vijayaraj et al. | Dynamic speed adaptive classified (D-SAC) data dissemination protocol for improving autonomous robot performance in VANETs | |
| Iskandarani | Sensing and Detection of Traffic Status through V2V Routing Hop Count and Route Energy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200515 Termination date: 20210611 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |