CN112672310A - 一种正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法，属于车联网中的无线信道分配技术领域。本发明把6个业务信道周期内的信道资源划分为OFDM‑TDMA资源块，并按照节点入网的优先次序把资源块分给节点的方式进行分配。本发明在频域和时域上同时对信道资源进行划分，从而克服了相对于节点数量而言信道资源不足的问题。本发明把划分的业务信道资源块按次序固定分配给接入网络的节点，代替随机竞争过程，避免了因为竞争带来的冲突问题。通过采用本发明中的方法，缩短了大量节点请求接入信道时带来的退等延迟。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并快速传输业务数据的问题。

Description

一种正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法

技术领域

本发明涉及车联网中的无线信道分配技术，具体涉及一种车辆节点环境下的业务信道资源块的划分与分配方法。

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和业务数据时通过竞争方法来获取信道资源的过程中，存在严重的信道竞争冲突。在解决竞争冲突问题时采用了退避算法，随着节点数量的增加使得退等时间快速增加，甚至无法成功竞争到通信信道，所以会导致安全信息和业务数据传输不及时，业务数据在数据链路生命期内无法快速或者传输不完整。一种OFDM-TDMA联合的业务信道资源块划分与快速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业务数据不能及时传播和传输不完整的问题。

专家学者们已经证实IEEE WAVE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，业务信道协议根据不同的场景动态调整业务信道的占用时长，或被直接应用于控制信道，或只是在原有IEEE WAVE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无线通信。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信道问题时，尤其是在有限生命周期的链路上传输业务数据信息时，这些协议还有待进一步优化或者改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种实现对节点快速分配信道及时利用分配的固定资源块传播业务数据信息的正交频分和时分联合的业务信道资源块划分与分配方法。

一种正交频分与时分联合的业务信道资源块划分与分配方法，通过对业务信道周期内的信道资源划分和按照优先次序把OFDM-TDMA信道资源块分配给节点进行分配。针对IEEE1609.4协议中60MHz带宽业务信道(172信道、174信道、176信道、180信道、182信道、184信道)，把业务信息传输所占用的TDMA时隙划分成M×N个OFDM-TDMA资源块。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；给节点分配资源块的时候考虑了资源块的空闲比例和节点传输信息的业务需求，优化资源块的分配数量，提高信道资源利用率。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；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。

所述的一种正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法，包括以下步骤：

1)在IEEE1609.4协议中60MHz带宽的业务信道(SCH,service channel，172信道、174信道、176信道、180信道、182信道、184信道)上，把传输业务数据所占用的TDMA周期时长(50ms)划分成M×N个OFDM-TDMA资源块。

2)M×N个OFDM-TDMA资源块的划分：在IEEE1609.4协议规定的业务信道SCH(SCH,service channel)上，把SCH业务数据应用时隙部分划分成M×N个OFDM-TDMA资源块。所述M×N个OFDM-TDMA资源块中M和N的确定是根据6个业务信道的总带宽60MHz、业务信道周期时长50ms、子载波之间的频率间隔156.25kHz、单天线多载波通信的载波数量和发送一个业务信息包所用时长来确定的。

3)确定节点入网次序：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。节点新加入网络，即孤立节点或者初始开启无线通信系统的车辆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。

4)确立资源块的优先分配次序：时间上最优先的空闲资源块，是指在所划分的资源块中，第一列的资源块最优先，第一列依次分配完后，第二列资源块次优先，第二列依次分配完后，第三列继续分配，这样逐次优先分配，直到所有的资源块被分配完。

5)节点释放占用资源块：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业务数据，直到重新加入网络，再分配到资源块后，采用重新分配的资源块通信。中心节点或者路边基站在资源分配记录表中删除该项资源块占用记录。

6)资源块复用：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分两种情况。情况一：车辆节点之间的信道分配。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业务数据时不会相互冲突而导致其他节点接收不到A或B发送的业务数据；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业务数据。情况二：路边基站作为中心控制节点负责向车辆节点分配信道。在同一个路边基站的覆盖范围内，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(此距离是车辆节点的一跳通信距离，不是基站的通信距离，通常情况下节点的一跳通信距离小于或等于基站的通信距离。)，在A和B采用同一个资源块同时发送业务数据时不会相互冲突而导致其他节点接收不到A或B发送的业务数据；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业务数据。

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OFDM-TDMA信道资源快，从而避免了竞争接入信道带来的冲突，缩短了接入延迟，也缩减了发送业务数据的时间延迟。

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快速按序分配，以及在大范围内资源块的重复利用。实现信道快速接入的同时，提高了频率资源的利用率。

3)本发明在频率上对业务信道资源进行细分，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块固定分配给网络中的节点，避免了因为竞争带来的冲突问题。

4)通过采用本发明中的方法，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和快速传输业务数据的问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的工作原理图。

图2为本发明的业务信道资源块划分示意图。

图3为本发明的节点端工作流程图。

图4为本发明的中心节点或基站端工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式进一步详细描述。以下实施例用以解释本发明，但不用于限定本发明的范围。

实施例1：

一种正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法，通过把业务信道在频域和时域上划分成OFDM-TDMA资源块，然后根据节点接入网的次序分配给节点用于业务数据通信。当划分的资源块分配完后，根据资源块复用原则把满足服用条件的资源块分给节点。节点离开网络后，释放占用的资源块。

所述的一种正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法，包括以下步骤：

1)信道划分：在IEEE1609.4协议规定的业务信道周期上，把6个业务信道的总带宽60MHz，通过频域和时域联合划分成M×N个OFDM-TDMA资源块。其中资源块的数量M×N是根据6个业务信道的总带宽60MHz、业务信道周期时长50ms、子载波之间的频率间隔156.25kHz、单天线多载波通信的载波数量和发送一个业务信息包所用时长来确定的。

2)确定资源块在时间上的优先次序：在所划分的资源块中，第一行的资源块最优先，第一行依次分配完后，第二行资源块次优先，第二行依次分配完后，第三行资源块次序再次之，这样逐次确定优先次序，直到所有的资源块。

3)确定节点入网次序：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。

4)分配资源块：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；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。

5)复用资源块：在密集车辆节点场景中，网络内的车辆节点数量大于或等于资源块的数量M×N，M×N个资源块分配完。这时，未分配到资源块的节点采用资源复用的方式分配资源块。即两跳距离外的节点重分配资源块，基本原理是当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业务数据时不会相互冲突而导致其他节点接收不到A或B发送的业务数据；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业务数据。复用资源块过程跟上述资源块按次序分配最优先资源块过程一样。

6)节点离开网络：当节点周围没有其他节点存在或者未组成网络时，或者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，成为了孤立节点。

7)释放资源块：当已经组网的节点离开网络时，释放对该资源块的占用。即由于孤立节点释放对网络分配的资源块占用，不再使用该资源块发送业务数据，直到重新加入网络，再分配到资源块后，采用重新分配的资源块通信。中心节点或者基站在资源分配信息表中清除该记录，把释放的资源块标记为空闲资源块。

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 (9)

1.一种应用于车联网的正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法，权力要求保护的重点是业务信道周期内的资源块划分方法和按照接入网络的优先次序把资源块分给节点的分配方法。其特征在于，包括：

1)针对IEEE1609.4协议中60MHz带宽业务信道，把业务信息传输所占用的TDMA时隙划分成M×N个OFDM-TDMA资源块；

2)根据节点的入网时间次序依次固定分给节点；给节点分配资源块的时候考虑了资源块的空闲比例和节点传输信息的业务需求，优化资源块的分配数量，提高信道资源利用率；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；在新节点加入网络分配时间上最优先的空闲资源块情境中，当所划分资源块分配完后，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。

2.根据权利要求1所述的一种应用于车联网的正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法，将业务信道的TDMA时隙划分成M×N个OFDM-TDMA资源块，其特征在于：

在IEEE1609.4协议规定的业务信道上划分成M×N个OFDM-TDMA资源块的方法就是把业务信道的50ms周期划分成M×N个OFDM-TDMA资源块；

所述M×N个OFDM-TDMA资源块中M和N的确定是根据业务信道的带宽60MHz、业务信道周期时长50ms、子载波之间的频率间隔156.25kHz、单天线多载波通信的载波数量和发送一个业务信息包所用时长来确定的。

3.根据权利要求1所述一种应用于车联网的正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法，其特征在于，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先后次序；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先后次序。

4.根据权利要求1所述一种应用于车联网的正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法，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加入网络，或者初始开机的节点发送请求加入网络，该节点即为加入网络的新节点。

5.根据权利要求1所述一种应用于车联网的正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法，其特征在于，所述时间上最优先的空闲资源块，是指对在权利要求2中所划分的资源块进行一个排序，第一列的资源块最优先，第一列依次分配完后，第二列资源块次优先，第二列依次分配完后，第三列继续，这样逐次排序分配，直到所有的资源块分配完。

6.根据权利要求1所述一种应用于车联网的正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法，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，即节点不再使用该资源块发送数据，直到重新加入网络，再分配到资源块后，采用重新分配的资源块通信。

7.根据权利要求1所述的一种应用于车联网的正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法，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节点。

8.根据权利要求1所述的一种应用于车联网的正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法，其特征在于，所述两跳距离外的节点资源块复用原则分两种情况，分别为：

1)车辆节点之间的信道分配：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业务数据时不会相互冲突而导致其他节点接收不到A或B发送的业务数据；即表示A节点在于，所述复用资源块中最优先的空闲资源块是指满足权力要求8所述的条件之后，网络中两跳距离外的节点重复使用权利要求2中划分的资源块，优先分配的方式采用权利要求5中所述内容。分配的资源块B节点也可以分配该资源块用于发送业务数据；

2)路边基站作为中心控制节点负责向车辆节点分配信道：在同一个路边基站的覆盖范围内，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业务数据时不会相互冲突而导致其他节点接收不到A或B发送的业务数据；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业务数据。

9.根据权利要求1所述的一种应用于车联网的正交频分和时分联合的业务信道划分与分配方法，其特征。

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