CN110933640B - 一种基于虚拟移动蜂窝的智能网联车无缝通信方法 - Google Patents

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CN110933640B CN201911126786.0A CN201911126786A CN110933640B CN 110933640 B CN110933640 B CN 110933640B CN 201911126786 A CN201911126786 A CN 201911126786A CN 110933640 B CN110933640 B CN 110933640B
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Abstract

本发明属于车联网远距离无线通信技术领域，公开了一种基于虚拟移动蜂窝的智能网联车无缝通信方法。该方法利用蜂窝网络边缘基站的计算能力构建虚拟移动蜂窝为网联车提供无缝通信连接能力。其中：应用软件定义网络方法将全程路段覆盖的蜂窝基站构建为一个虚拟移动蜂窝，当网联车接入第一个基站时生成业务匹配的通信配置文件，该通信配置文件在虚拟移动蜂窝中依次传输至邻居基站。当网联车需要越区切换时，仅“使能”存储的邻居基站通信配置文件实现无缝通信。其优点是利用蜂窝网络基站的计算能力和通信开销换取网联车与基站间的通信开销，提高了车联网中无线频谱效率和高速运动越区切换的连通性。

Description

一种基于虚拟移动蜂窝的智能网联车无缝通信方法
技术领域
本发明属于车联网远距离无线通信技术领域，尤其一种基于虚拟移动蜂窝的智能网联车无缝通信方法。
背景技术
车联网(Internet ofVehicles,IoV)是物联网在交通运输领域的典型应用，巨大的车辆保有量和潜在的车载智能业务市场使车联网智能应用成为最具爆炸力的移动业务增长点，是汽车智能化产业和蜂窝通信行业的新机遇。目前，车联网中信息通信方案主要有两种，一是基于IEEE 802.11p协议族的DSRC(Dedicated ShortRange Communications)通信方案，该通信方案的技术和产品相对成熟，但通信距离短，网络基础设施匮乏，市场渗透率低；二是基于PC5协议的C-V2X(Car-Vehicle to Everything)通信方案，该通信方案借助蜂窝通信网络实现远距离移动通信接入，一定程度上克服了DSRC通信方案的不足，但其技术和产品尚不成熟。我国在蜂窝通信网络技术和市场上具有双重国际领先优势，第五代蜂窝通信(5th Generation，5G)网络架构和技术能够对运动车辆的实时交通状态等信息进行有效传输，满足车联网智能应用对网络高连通、低时延、高可靠的通信要求，是实现物联网的潜在信息通信平台。
智能网联车(Intelligent ConnectedVehicle，ICV)作为连接蜂窝通信网络的车联网移动终端，能综合承载交通信息、移动互联网应用等车载智能业务。而车载通信系统是智能网联车获取和传输信息的基础，是车联网潜在智能应用普及的前提。伴随高速移动的频繁越区切换是蜂窝通信网络中车联网智能应用的难题，频繁越区切换可能导致通信数据传输中断，降低无线资源的使用效率，破坏网络的连通性。智能网联车具有GPS/北斗等定位系统、具备高性能计算和数据存储能力、具有连接5G蜂窝网络的车载无线通信系统。因此，基于5G蜂窝网络边缘基站(eNBs)实现网联车运动轨迹上无缝接入的远距离移动通信，解决高速运动带来的频繁越区切换问题，对于服务智慧城市网格化发展具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于虚拟移动蜂窝的智能网联车无缝通信方法，在5G网络eNBs构建的虚拟移动蜂窝基础上，通过计算通信方法实现eNBs与智能网联车间的配置文件切换，达到智能网联车在全程行驶路段上远距离无缝通信目的，提高无线频谱效率和链路的连通性。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于虚拟移动蜂窝的智能网联车无缝通信方法，包括以下步骤：
S1.将智能网联车Vi全程行驶路段上的多个边缘基站构建为虚拟移动蜂窝网络；
S2.智能网联车Vi通过车载无线通信系统接入全程行驶路段入口处的边缘基站eNBx时，所述边缘基站eNBx生成匹配网络业务的通信配置文件
Figure BDA0002277092010000011
将所述通信配置文件
Figure BDA0002277092010000012
存储于智能网联车Vi，并将所述通信配置文件
Figure BDA0002277092010000013
设置为使能状态；
S3.将所述通信配置文件
Figure BDA0002277092010000014
传输至沿所述智能网联车Vi行驶方向与所述入口处边缘基站eNBx相邻的边缘基站eNBy，所述边缘基站eNBy根据自身通信状态和所述智能网联车Vi业务属性生成匹配网络业务的通信配置文件
Figure BDA0002277092010000015
然后将所述通信配置文件
Figure BDA0002277092010000016
回传到所述入口处的边缘基站eNBx，并通过所述入口处的边缘基站eNBx的下行信道传播到智能网联车Vi中；
S4.当所述智能网联车Vi进入所述边缘基站eNBy的通信覆盖区域时，将所述通信配置文件
Figure BDA0002277092010000017
设置为使能状态，同时删除所述通信配置文件
Figure BDA0002277092010000018
并获取下一个相邻基站eNBz生成的匹配网络业务的通信配置文件
Figure BDA0002277092010000019
S5.重复步骤S4，直至所述智能网联车Vi进入所述全程行驶路段的出口处边缘基站的通信覆盖区域。
优选的，步骤S4中，在所述智能网联车Vi进入所述边缘基站eNBy的通信覆盖区域之前，还包括：当所述智能网联车Vi从所述边缘基站eNBx通信覆盖区域逐步驶向所述边缘基站eNBy通信覆盖区域时，检测并比较所述边缘基站eNBx发送的信干噪比ri x和所述边缘基站eNBy发送的信干噪比ri y，若ri y≥ri x，则将所述通信配置文件
Figure BDA00022770920100000110
设置为使能状态，将所述通信配置文件
Figure BDA00022770920100000111
设置为非使能状态；
其中，所述边缘基站eNBx发送的信干噪比ri x的计算公式如下式所示：
Figure BDA00022770920100000112
上式中，Pi x为智能网联车Vi和边缘基站eNBx使用信道
Figure BDA00022770920100000113
通信的发射功率；
Figure BDA00022770920100000114
为信道
Figure BDA00022770920100000115
的增益；
Figure BDA00022770920100000116
为信道
Figure BDA0002277092010000021
中智能网联车Vj和边缘基站eNBx使用信道
Figure BDA0002277092010000022
通信的发射功率；
Figure BDA0002277092010000023
为干扰增益；
Figure BDA0002277092010000024
为信道干扰相关系数；
Figure BDA0002277092010000025
为信道噪声功率；Vx为eNBx通信覆盖区域内的智能网联车的集合；
所述边缘基站eNBy发送的信干噪比ri y的计算公式如下式所示：
Figure BDA0002277092010000026
上式中，Pi y为智能网联车Vi和边缘基站eNBy使用信道
Figure BDA0002277092010000027
通信的发射功率；
Figure BDA0002277092010000028
为信道
Figure BDA0002277092010000029
的增益；
Figure BDA00022770920100000210
为信道
Figure BDA00022770920100000211
中其他智能网联车Vj'和边缘基站eNBy使用信道
Figure BDA00022770920100000212
通信的发射功率；
Figure BDA00022770920100000213
为干扰增益；
Figure BDA00022770920100000214
为信道干扰相关系数；
Figure BDA00022770920100000215
为信道噪声功率；Vy为边缘基站eNBy通信覆盖区域内的智能网联车的集合。
与现有技术相比，本发明方将智能网联车运动路段上所有通信基站eNBs构建为一个虚拟移动蜂窝，通过沿途eNBs分发基站匹配的通信配置文件实现智能网联车通信参数的预配置，而智能网联车则“使能”不同eNBs的通信配置文件改变连接的通信链路实现越区切换，提高蜂窝网络中智能网联车远距离移动通信的连通性。
附图说明
图1是本发明提供的基于虚拟移动蜂窝的智能网联车通信模型；
图2是本发明提供的智能网联车越区配置文件切换过程示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
如图1、图2所示，本发明提供了一种基于虚拟移动蜂窝的智能网联车无缝通信方法，包括以下步骤：
S1.将智能网联车Vi全程行驶路段上的多个边缘基站构建为虚拟移动蜂窝网络；
智能网联车通过车载无线通信系统连接5G蜂窝网络eNBs，应用软件定义网络方法沿行驶方向将覆盖全程路段的eNBs节点集构建为一个虚拟移动蜂窝，为智能网联车在全程路段上提供跟随式的通信连接和连续的无线资源。
S2.智能网联车Vi通过车载无线通信系统接入全程行驶路段入口处的边缘基站eNBx时，边缘基站eNBx生成匹配网络业务的通信配置文件
Figure BDA00022770920100000216
将所述通信配置文件
Figure BDA00022770920100000217
存储于智能网联车Vi，并将通信配置文件
Figure BDA00022770920100000218
设置为使能状态；
在全程行驶路段上，当智能网联车Vi通过车载无线通信系统接入交通路网入口处的边缘基站eNBx时，边缘基站eNBx生成匹配网络业务的通信配置文件
Figure BDA00022770920100000219
该文件以表格形式存储智能网联车Vi的ID(Identification)、边缘基站eNBx的ID和业务通信参数。“使能”该通信配置文件应用于智能网联车Vi到边缘基站eNBx间的移动通信，直至智能网联车Vi离开边缘基站eNBx的通信覆盖区域。同时，边缘基站eNBx通过所述入口处的边缘基站eNBx的下行信道将通信配置文件
Figure BDA00022770920100000220
传播到智能网联车Vi中。
S3.将所述通信配置文件
Figure BDA00022770920100000221
传输至沿所述智能网联车Vi行驶方向与所述入口处边缘基站eNBx相邻的边缘基站eNBy，所述边缘基站eNBy根据自身通信状态和所述智能网联车Vi业务属性生成匹配网络业务的通信配置文件
Figure BDA00022770920100000222
然后将所述通信配置文件
Figure BDA00022770920100000223
回传到所述入口处的边缘基站eNBx，并通过所述入口处的边缘基站eNBx的下行信道传播到智能网联车Vi中；
为生成智能网联车Vi与下一个边缘基站eNBy的通信配置文件
Figure BDA00022770920100000224
边缘基站eNBx将通信配置文件
Figure BDA00022770920100000225
传输至沿智能网联车Vi行驶方向与入口处边缘基站eNBx相邻的边缘基站eNBy，边缘基站eNBy根据自身通信状态和智能网联车Vi业务属性生成匹配网络业务的通信配置文件
Figure BDA00022770920100000226
然后将通信配置文件
Figure BDA00022770920100000227
回传到边缘基站eNBx上，并通过下行信道传播到智能网联车Vi中，智能网联车Vi存储两个可分别连接不同基站的通信配置文件
Figure BDA00022770920100000228
和
Figure BDA00022770920100000229
但仅一个处于“使能”状态。
S4.当智能网联车Vi进入边缘基站eNBy的通信覆盖区域时，将通信配置文件
Figure BDA00022770920100000230
设置为使能状态，同时删除通信配置文件
Figure BDA00022770920100000231
并获取下一个相邻基站eNBz生成的匹配网络业务的通信配置文件
Figure BDA00022770920100000232
当进入边缘基站eNBy的通信覆盖区域时，智能网联车Vi将通信配置文件
Figure BDA00022770920100000233
设置为使能状态，同时删除通信配置文件
Figure BDA00022770920100000234
边缘基站eNBy将通信配置文件
Figure BDA00022770920100000235
传输至沿智能网联车Vi行驶方向与边缘基站eNBy相邻的边缘基站eNBz，边缘基站eNBz根据自身通信状态和智能网联车Vi业务属性生成匹配网络业务的通信配置文件
Figure BDA0002277092010000031
并将通信配置文件
Figure BDA0002277092010000032
回传到边缘基站eNBy上，并通过下行信道传播到智能网联车Vi中，此时，智能网联车Vi存储两个可分别连接不同基站的通信配置文件
Figure BDA0002277092010000033
和
Figure BDA0002277092010000034
但仅一个处于“使能”状态。
S5.重复步骤S4，直至所述智能网联车Vi进入所述全程行驶路段的出口处边缘基站的通信覆盖区域。
通常情况下，每个eNBs通信覆盖区域内均会包括多辆智能网联车，eNBs对智能网联车发送信号的接受会受该eNBs通信覆盖区域其他智能网联车所发送信号的干扰，因此，本发明的另一个实施例提供了智能网联车跨越两个相邻eNBs的通信越区配置切换方法，如图2所示，智能网联车Vi由一个边缘基站通信覆盖区域逐步驶向下一个边缘基站通信覆盖区域的过程中，譬如由边缘基站eNBx通信覆盖区域逐步驶向基站eNBy通信覆盖区域的过程中，由于边缘基站eNBx通信覆盖区域内共有Vx辆智能网联车，边缘基站eNBx基站收到智能网联车Vi发送信号的信干噪比(Signalto InterferenceNoise,SNIR)ri x为
Figure BDA0002277092010000035
其中，当智能网联车Vi和边缘基站eNBx间使用信道
Figure BDA0002277092010000036
通信时，发射功率为Pi x，信道增益为
Figure BDA0002277092010000037
信道
Figure BDA0002277092010000038
中其他智能网联车Vj通信的发射功率为
Figure BDA00022770920100000321
干扰增益为
Figure BDA0002277092010000039
信道干扰相关系数为
Figure BDA00022770920100000310
信道噪声功率为
Figure BDA00022770920100000311
Vx为eNBx通信覆盖区域内的智能网联车的集合。
同理，当边缘基站eNBy收到智能网联车Vi发送信号的信干噪比ri y为
Figure BDA00022770920100000312
其中，当智能网联车Vi和边缘基站eNBy间使用信道
Figure BDA00022770920100000313
通信时，发射功率为Pi y，信道增益为
Figure BDA00022770920100000314
信道
Figure BDA00022770920100000315
中其他智能网联车Vj'通信的发射功率为
Figure BDA00022770920100000316
干扰增益为
Figure BDA00022770920100000317
信道干扰相关系数为
Figure BDA00022770920100000318
Vy为边缘基站eNBy通信覆盖区域内的智能网联车的集合。
当智能网联车Vi检测到ri y≥ri x时，激活配置切换，即使通信配置文件
Figure BDA00022770920100000319
处于“使能”状态，并使通信配置文件
Figure BDA00022770920100000320
处于“非使能”状态。当Vi需要与基站eNBy进行通信连接时，自动调用与基站eNBy匹配的通信配置文件，至此，实现智能网联车的无缝通信。
综上所述，本发明通过构建虚拟移动蜂窝，利用蜂窝网络基站间通信实现网联车与基站间通信连接的预配置，变更“使能”连接基站的通信配置文件实现了高速运动网联车的越区通信切换过程。具体的，将全程行驶路段上的边缘基站eNBs构建为一个虚拟移动蜂窝，智能网联车通过车载无线通信系统接入行驶路段周边的eNBs实现联网通信功能，如图1所示，在全程行驶路段上，当智能网联车通过车载无线通信系统接入交通路网入口处的eNBs时，eNBs生成匹配网络业务的通信配置文件，该文件以表格形式存储智能网联车ID(Identification)、基站ID和业务通信参数。虚拟移动蜂窝根据智能网联车与eNBs间通信信号的时空特征沿行驶方向分发通信配置文件，依次传输至下一个eNBs和智联网联车上，实现智能网联车越区切换后的通信参数预配置。当智能网联车驶入下一个eNBs通信覆盖路段时，通过使能匹配通信配置文件与该基站建立通信连接，实现跟随式接入蜂窝网络的无缝通信，越区配置文件切换通信过程如图2所示。在每一个eNBs通信覆盖路段上，智能网联车需要存储两个相邻eNBs的通信配置文件，其与通信基站进行连接时仅“使能”(Enable)匹配的通信配置文件，另一通信配置文件处于“非使能”(Disable)状态，即通过更改通信配置文件的“使能”状态改变接入网络的通信链路，引导连接对应的eNBs，实现智能网联车的无缝通信。本发明提供的智能网联车无缝通信方法提高了智能网联车越区切换的连通性，减小了越区切换操作的上下行无线频谱的占用率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种基于虚拟移动蜂窝的智能网联车无缝通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将智能网联车Vi全程行驶路段上的多个边缘基站构建为虚拟移动蜂窝网络；
S2.智能网联车Vi通过车载无线通信系统接入所述全程行驶路段入口处的边缘基站eNBx时，所述边缘基站eNBx生成匹配网络业务的通信配置文件
Figure FDA0003721241880000011
将所述通信配置文件
Figure FDA0003721241880000012
存储于智能网联车Vi，并将所述通信配置文件
Figure FDA0003721241880000013
设置为使能状态；
S3.将所述通信配置文件
Figure FDA0003721241880000014
传输至沿所述智能网联车Vi行驶方向与所述入口处的边缘基站eNBx相邻的边缘基站eNBy，所述边缘基站eNBy根据自身通信状态和所述智能网联车Vi业务属性生成匹配网络业务的通信配置文件
Figure FDA0003721241880000015
然后将所述通信配置文件
Figure FDA0003721241880000016
回传到所述入口处的边缘基站eNBx，并通过所述入口处的边缘基站eNBx的下行信道传播到智能网联车Vi中；
S4.当所述智能网联车Vi进入所述边缘基站eNBy的通信覆盖区域时，将所述通信配置文件
Figure FDA0003721241880000017
设置为使能状态，同时删除所述通信配置文件
Figure FDA0003721241880000018
并获取下一个相邻基站eNBz生成的匹配网络业务的通信配置文件
Figure FDA0003721241880000019
步骤S4中，在所述智能网联车Vi进入所述边缘基站eNBy的通信覆盖区域之前，还包括：
当所述智能网联车Vi从所述边缘基站eNBx通信覆盖区域逐步驶向所述边缘基站eNBy通信覆盖区域时，检测并比较所述边缘基站eNBx发送的信干噪比ri x和所述边缘基站eNBy发送的信干噪比ri y，若ri y≥ri x，则将所述通信配置文件
Figure FDA00037212418800000110
设置为使能状态，将所述通信配置文件
Figure FDA00037212418800000111
设置为非使能状态；
其中，所述边缘基站eNBx发送的信干噪比ri x的计算公式如下式所示：
Figure FDA00037212418800000112
上式中，Pi x为智能网联车Vi和边缘基站eNBx使用信道
Figure FDA00037212418800000113
通信的发射功率；
Figure FDA00037212418800000114
为信道
Figure FDA00037212418800000115
的增益；
Figure FDA00037212418800000116
为信道
Figure FDA00037212418800000117
中其他智能网联车Vj和边缘基站eNBx使用信道
Figure FDA00037212418800000118
通信的发射功率；
Figure FDA00037212418800000119
为干扰增益；
Figure FDA00037212418800000120
为信道干扰相关系数；
Figure FDA00037212418800000121
为信道噪声功率；Vx为eNBx通信覆盖区域内的智能网联车的集合；
所述边缘基站eNBy发送的信干噪比ri y的计算公式如下式所示：
Figure FDA00037212418800000122
上式中，Pi y为智能网联车Vi和边缘基站eNBy使用信道
Figure FDA00037212418800000123
通信的发射功率；
Figure FDA00037212418800000124
为信道
Figure FDA00037212418800000125
的增益；
Figure FDA00037212418800000126
为信道
Figure FDA00037212418800000127
中其他智能网联车Vj'和边缘基站eNBy使用信道
Figure FDA00037212418800000128
通信的发射功率；
Figure FDA00037212418800000129
为干扰增益；
Figure FDA0003721241880000021
为信道干扰相关系数；
Figure FDA0003721241880000022
为信道噪声功率；Vy为eNBy通信覆盖区域内的智能网联车的集合；
S5.重复步骤S4，直至所述智能网联车Vi进入所述全程行驶路段的出口处边缘基站的通信覆盖区域。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017022791A1 (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 日本電気株式会社 通信システム、通信装置、通信方法、端末、プログラム
CN108430052A (zh) * 2018-02-05 2018-08-21 西安电子科技大学 基于车载基站的智能网联汽车通信网络架构

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基于蜂窝网络的车联网通信;闫坤;《电信网技术》;20170515(第05期);全文 *

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