CN112566067B - 一种tdma-ofdm联合的安全信息传输信道资源块分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TDMA‑OFDM联合的安全信息传输信道资源块分配方法，属于车联网中的无线信道分配技术领域。本发明通过控制信道传输安全信息周期内的资源块划分和按照优先次序把资源块分给节点进行分配。本发明在频率上对信道资源进行区分，从而克服了信道资源不足的问题。本发明把划分的信道资源固定分配给网络中的节点，消除了因为竞争带来的冲突问题。采用本发明中的方法，避免了大量节点竞争信道时采用CSMA/CA带来的退等时间延迟。本发明的方法有效解决了高速密集节点群由于节点密度大和运动速度快带来的无法及时接入信道传输安全信息的问题。

Description

一种TDMA-OFDM联合的安全信息传输信道资源块分配方法
技术领域
本发明属于车联网中的无线信道分配技术领域，具体涉及一种TDMA-OFDM联合的安全信息传输信道资源块分配方法。
背景技术
目前，随着无线移动节点大规模增加和在运动过程中接入网络的需求增加，在特定的场景下(如：车联网环境)形成快速移动密集节点群；在大规模的密集节点群环境中，大量的节点传输安全信息时通过竞争方法来获取信道资源的过程中，存在严重的信道接入冲突，进而利用退避算法导致退等时间增加，安全信息传输不及时，容易造成安全危害。一种TDMA-OFDM联合的安全信息传输信道资源块固定分配方法可以避免由于竞争带来的信道接入冲突，从而克服了退等时间过长导致安全信息不能及时传播的问题。
车联网的控制信道是用于广播安全信息和广播车辆当前状态信息的信道。尽管安全信息和车辆当前状态信息长度比较短小，关系到交通安全信息时，需要保证节点能够以较低的时延接入信道成功发送安全信息。
专家学者们已经证实IEEEWAVE协议(主要指IEEE802.11p和IEEE1609.4协议)在密集节点场景下的性能不理想。主要是采用载波侦听多路访问-冲突避免机制难以保证信息的及时、可靠传输；同时信息传输机制效率低，资源消耗大。
在很多研究成果中，控制信道协议根据不同的场景动态调整控制信道的占用时长，或被直接应用于业务信道，或只是在原有IEEEWAVE协议基础上做细微的调整。IEEE802.11p标准是一种简单易于实现的协议，其所用的软硬件便宜。但是不适用于时分多址，并且在解决大规模快速移动节点的无线接入问题(如隐藏终端)还存在很大困难，尤其是该协议是针对专用短距离通信。移动自组网的信道分配协议是基于基站的多跳广播协议，当节点数量较多时，容易产生过载问题，并且时间延迟较大。基于方向的信道分配协议针对具体场景的应用具有很大优势，该协议的通信能量定向扩散，减少发射消耗，信号增益大，覆盖距离远，充分采用了空分多址方式。但是，覆盖范围内的其他节点受到的干扰相对其他方法也增大了，同时其方向性的覆盖容易产生盲区，即使距离很近的节点，不在其覆盖范围内，导致大量的聋节点无法与其正常通信。因此在解决大规模移动节点并发接入时，尤其是在传输安全类相关的信息时，这些协议还有待进一步优化或者改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现节点快速预约信道及时利用分配的固定资源块传播安全信息的TDMA-OFDM联合的安全信息传输信道资源块分配方法。
一种TDMA-OFDM联合的安全信息传输信道资源块分配方法，通过控制信道传输安全信息周期内的资源块划分和按照优先次序把资源块分给节点进行分配，针对IEEE1609.4协议中10MHz带宽控制信道，把安全信息传输所占用的TDMA时隙划分成M×N个OFDM资源块；
所述资源块的分配方法是根据节点的入网时间次序依次固定分给节点；当新节点加入网络时，将获得时间上最优先的空闲资源块；当节点离开网络时，则释放对该资源块的占用；孤立节点默认使用最优先的空闲资源块；在新节点加入网络获取时间上最优先的空闲资源块情境中，当资源块分配完后，依据两跳距离外的节点资源块复用原则，分配复用资源块中最优先的空闲资源块。
所述的一种TDMA-OFDM联合的安全信息传输信道资源块分配方法，包括以下步骤：
1)在IEEE1609.4协议规定的控制信道上分为控制信道周期和服务信道周期，即CCH占用时间和SCH占用时间。其中控制信道周期根据上层应用是否采用固定频率传输数据将CCH占用时间又划分为固定频率应用时隙和非固定频率应用时隙；
2)所述的TDMA时隙划分成M×N个OFDM资源块的方法就是把非固定频率应用时隙部分划分成M×N个OFDM资源块；
3)所述M×N个OFDM资源块中M和N的确定是根据控制信道的带宽10MHz、无线通信占用频带宽度3400Hz、非固定频率应用时隙长度和发送一个安全信息包所用时长0.4ms来确定的。
进一步地，所述节点入网时间次序是孤立的车辆节点在道路上行驶的过程中遇到已有的车联网并申请加入，加入成功的时刻排序得到的时间次序；对于多个孤立节点相遇自行组网情景，组网过程中节点之间根据申请和应答过程中的对应关系确立时间次序。
进一步地，所述节点新加入网络，即孤立节点向已经存在的车联网发送请求而加入网络，其加入网络过程采用IEEE1609.4协议规范的方式。
进一步地，所述资源块依次按照第一行资源块、第二行资源块和第三资源块依次分配，直到所有的资源块分配完。
进一步地，所述节点离开网络时，释放对该资源块的占用；即由于节点与网络中的其他节点间的最小距离大于一跳通信范围时，则该节点与网络的连接断开，表明节点离开了网络；所述释放对网络分配的资源块占用，即节点可不再使用该资源块发送安全信息。
进一步地，所述孤立节点默认使用的空闲资源块，即节点离开网络在未加入新的网络之前处于孤立状态，该状态下的节点称为孤立节点；孤立节点根据安全信息发送需求选择空闲资源块来发送安全信息。
进一步地，所述资源块分配完的情形是密集车辆节点环境中，网络内的车辆节点数量大于或等于资源块的数量M×N；资源块全部分配给网络内的所有节点。
进一步地，所述两跳距离外的节点资源块复用原则是当A节点与B节点之间的物理空间距离大于2倍的节点通信距离，在A和B采用同一个资源块同时发送安全信息时不会相互冲突而导致其他节点接收不到A或B发送的安全信息；即表示A节点分配的资源块B节点也可以分配该资源块用于发送安全信息。
进一步地，所述复用资源块中最优先的空闲资源块是指满足资源块服用的条件之后，网络中两跳距离外的节点重复使用划分的资源块，分配的优先方式采用时间上最优先的分配方式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明密集车辆节点根据入网的先后次序固定分配TDMA×OFDM时隙，从而避免了竞争接入信道带来的冲突，降低了发送安全信息的时间延迟。
2)本发明在大规模节点群场景下，实现信道资源块的划分和按序分配，以及大范围内资源块的重复利用。
3)本发明在频率上对信道资源进行区分，从而克服了相对于节点数量而言信道资源不足的问题。本发明把划分的信道资源固定分配给网络中的节点，消除了因为竞争带来的冲突问题。
4)本发明通过采用本发明中的方法，避免了大量节点竞争信道时采用CSMA/CA带来的退等时间延迟。本发明的方法有效解决了高速密集节点群由于节点密度大和运动速度快带来的无法及时接入信道传输安全信息的问题。
附图说明
图1为本发明本发明的控制信道资源块划分示意图。
图2为本发明中资源块分配流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
一种TDMA-OFDM联合的安全信息传输信道资源块分配方法，通过控制信道传输安全信息周期内的资源块划分和按照优先次序把资源块分给节点进行分配，针对IEEE1609.4协议中10MHz带宽控制信道，把安全信息传输所占用的TDMA时隙划分成M×N个OFDM资源块；
所述资源块的分配方法是根据节点的入网时间次序依次固定分给节点；当新节点加入网络时，将获得时间上最优先的空闲资源块；当节点离开网络时，则释放对该资源块的占用；孤立节点默认使用最优先的空闲资源块；在新节点加入网络获取时间上最优先的空闲资源块情境中，当资源块分配完后，依据两跳距离外的节点资源块复用原则，分配复用资源块中最优先的空闲资源块。
所述的一种TDMA-OFDM联合的安全信息传输信道资源块分配方法，包括以下步骤：
1)在IEEE1609.4协议规定的控制信道上分为控制信道周期和服务信道周期，即CCH占用时间和SCH占用时间。其中控制信道周期根据上层应用是否采用固定频率传输数据将CCH占用时间又划分为固定频率应用时隙和非固定频率应用时隙；
2)所述的TDMA时隙划分成M×N个OFDM资源块的方法就是把非固定频率应用时隙部分划分成M×N个OFDM资源块；
3)所述M×N个OFDM资源块中M和N的确定是根据控制信道的带宽10MHz、无线通信占用频带宽度3400Hz、非固定频率应用时隙长度和发送一个安全信息包所用时长0.4ms来确定的。
所述节点入网时间次序是孤立的车辆节点在道路上行驶的过程中遇到已有的车联网并申请加入，加入成功的时刻排序得到的时间次序；对于多个孤立节点相遇自行组网情景，组网过程中节点之间根据申请和应答过程中的对应关系确立时间次序。所述节点新加入网络，即孤立节点向已经存在的车联网发送请求而加入网络，其加入网络过程采用IEEE1609.4协议规范的方式。所述资源块依次按照第一行资源块、第二行资源块和第三资源块依次分配，直到所有的资源块分配完。所述节点离开网络时，释放对该资源块的占用；即由于节点与网络中的其他节点间的最小距离大于一跳通信范围时，则该节点与网络的连接断开，表明节点离开了网络；所述释放对网络分配的资源块占用，即节点可不再使用该资源块发送安全信息。
所述孤立节点默认使用的空闲资源块，即节点离开网络在未加入新的网络之前处于孤立状态，该状态下的节点称为孤立节点；孤立节点根据安全信息发送需求选择空闲资源块来发送安全信息。所述资源块分配完的情形是密集车辆节点环境中，网络内的车辆节点数量大于或等于资源块的数量M×N；资源块全部分配给网络内的所有节点。所述两跳距离外的节点资源块复用原则是当A节点与B节点之间的物理空间距离大于2倍的节点通信距离，在A和B采用同一个资源块同时发送安全信息时不会相互冲突而导致其他节点接收不到A或B发送的安全信息；即表示A节点分配的资源块B节点也可以分配该资源块用于发送安全信息。所述复用资源块中最优先的空闲资源块是指满足资源块服用的条件之后，网络中两跳距离外的节点重复使用划分的资源块，分配的优先方式采用时间上最优先的分配方式。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种TDMA-OFDM联合的安全信息传输信道资源块分配方法，通过控制信道传输安全信息周期内的资源块划分和按照优先次序把资源块分给节点进行分配，其特征在于：针对IEEE1609.4协议中10MHz带宽控制信道，把安全信息传输所占用的TDMA时隙划分成M×N个OFDM资源块；所述资源块的分配方法是根据节点的入网时间次序依次固定分给节点；当新节点加入网络时，将获得时间上最优先的空闲资源块；当节点离开网络时，则释放对该资源块的占用；孤立节点默认使用最优先的空闲资源块；在新节点加入网络获取时间上最优先的空闲资源块情境中，当资源块分配完后，依据两跳距离外的节点资源块复用原则，分配复用资源块中最优先的空闲资源块；
在IEEE1609.4协议规定的控制信道上分为控制信道周期和服务信道周期，即CCH占用时间和SCH占用时间；其中控制信道周期根据上层应用是否采用固定频率传输数据将CCH占用时间又划分为固定频率应用时隙和非固定频率应用时隙；所述的TDMA时隙划分成M×N个OFDM资源块的方法就是把非固定频率应用时隙部分划分成M×N个OFDM资源块；所述M×N个OFDM资源块中M和N的确定是根据控制信道的带宽10MHz、无线通信占用频带宽度3400Hz、非固定频率应用时隙长度和发送一个安全信息包所用时长0.4ms来确定的；所述节点入网时间次序是孤立的车辆节点在道路上行驶的过程中遇到已有的车联网并申请加入，加入成功的时刻排序得到的时间次序；对于多个孤立节点相遇自行组网情景，组网过程中节点之间根据申请和应答过程中的对应关系确立时间次序；
所述资源块依次按照第一行资源块、第二行资源块和第三行资源块依次分配，直到所有的资源块分配完；
所述孤立节点默认使用最优先的空闲资源块，即节点离开网络在未加入新的网络之前处于孤立状态，该状态下的节点称为孤立节点；孤立节点根据安全信息发送需求选择空闲资源块来发送安全信息；
所述复用资源块中最优先的空闲资源块是指满足资源块复用的条件之后，网络中两跳距离外的节点重复使用划分的资源块，分配的优先方式采用时间上最优先的分配方式。
2.根据权利要求1所述的一种TDMA-OFDM联合的安全信息传输信道资源块分配方法，其特征在于所述节点新加入网络，即孤立节点向已经存在的车联网发送请求而加入网络，其加入网络过程采用IEEE1609.4协议规范的方式。
3.根据权利要求1所述的一种TDMA-OFDM联合的安全信息传输信道资源块分配方法，其特征在于所述节点离开网络时，释放对该资源块的占用；即由于节点与网络中的其他节点间的最小距离大于一跳通信范围时，则该节点与网络的连接断开，表明节点离开了网络；所述释放对网络分配的资源块占用，即节点可不再使用该资源块发送安全信息。
4.根据权利要求1所述的一种TDMA-OFDM联合的安全信息传输信道资源块分配方法，其特征在于所述资源块分配完的情形是密集车辆节点环境中，网络内的车辆节点数量大于或等于资源块的数量M×N；资源块全部分配给网络内的所有节点。
5.根据权利要求1所述的一种TDMA-OFDM联合的安全信息传输信道资源块分配方法，其特征在于所述两跳距离外的节点资源块复用原则是当A节点与B节点之间的物理空间距离大于2倍的节点通信距离，在A和B采用同一个资源块同时发送安全信息时不会相互冲突而导致其他节点接收不到A或B发送的安全信息；即表示A节点分配的资源块B节点也可以分配该资源块用于发送安全信息。
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