CN113194440B - 车联网中传输资源的抢占方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域,特别涉及一种车联网中传输资源的抢占方法,可用于车联网中车辆间的自主通信。
背景技术
车联网作为智能运输系统ITS的重要组成部分,承担着在车辆行驶过程中,提供车辆与其他车辆、路边基础设施、互联网之间的信息交互与资源共享。车辆通过搭载一系列传感设备、计算处理设备、数据收发设备,使得车辆具备对周围环境的感知能力,计算决策能力以及信息通信能力,实现车辆与车辆、道路、网络、行人之间的信息传输,从而有助于及时避免人为导致的交通事故,缓解道路拥堵,实现多样化行车信息娱乐服务。
在车联网通信标准的制定方面,第三代合作伙伴计划3GPP提出了支持车辆与万物V2X通信的蜂窝车联网技术C-V2X。该技术利用现有蜂窝网络在资源选择与分配上的优势,通过多种模式,实现车联网信息的安全快速传输,随着协议标准的不断发展,C-V2X目前经历了LTE-V2X和NR-V2X两个阶段。
在3GPP提出的V2X方案中,关于信道资源的选择主要有两种模式:一种是依靠基站进行集中式的资源分配,另一种是通过车辆自主感知进行资源选择。依靠基站进行资源分配主要应用于有基站覆盖的地方,自主资源选择主要应用于无基站覆盖情况下的车辆间通信。自主资源选择方式不需要设备的统一管控,车辆基于对网络中时频资源占用情况进行自主感知,使用旁路链路的D2D技术,实现车与V2V之间直接通信。由于自主感知资源选择模式可以不受限于基础设施,更好地满足车联网之间的通信需求,因而该模式成为了目前的研究热点。
在车联网系统中,车辆需要不断地与周围车辆交换多种业务信息,如周期性的地理位置信息、车辆速度信息及多媒体信息等多种业务信息。车联网基本的业务需求大致可以分为三类:一是与生命财产安全相关的道路安全类应用是车联网基本业务的核心;二是交通效率类应用是车联网的重要应用;三是信息娱乐类应用为乘客出行提供便利的信息资讯以及丰富的娱乐体验,也是车联网应用的重要组成部分。在优先级方面,道路安全类应用最高,交通效率类应用次之,信息娱乐类应用最低。
根据车联网通信的移动性与低时延特性,结合道路安全业务的周期性特性,在车辆直接通信的PC5接口上进行传输资源选择时,常采用基于感知的半持续调度SPS分布式资源分配方法,保障节点业务发送需求和业务周期性的同时,以减少系统干扰和信令开销,并提升传输的可靠性。该方案的主要思想为:单个车辆在进行资源调度时,预先对过去一个时间窗口内的时频资源占用情况进行感知,排除掉被其它用户占用的资源;在未来一个时间窗口内,车辆在所剩的资源中,根据业务数据量,随机选择若干时频资源,并周期性地占用该时频资源,占用周期等于当前传输业务的发送周期;在周期性地占用资源持续一段时间后,依概率p决定继续占用该位置的资源或者重新选择资源,重新选择资源的操作与第一次选择资源的操作相同。通过该SPS方案,可以实现车联网中时频资源的“一次选择,周期占用”,较好地适配车联网的业务特征。
在自主感知进行资源选择时,车辆需要根据自身业务的不同服务质量要求,在通信中选择差异性的策略对蜂窝网络中的时频资源进行调度。例如,申请公告号为CN105979598B,名称为“一种基于交通流动态分组的LTE-D2D车联网资源分配方法”,公开了一种基于交通流动态的车联网资源分配方法,该方法首先把V2V通信链路分为两种类型,一种是交通安全类,另一种是休闲娱乐类;再根据具体的交通流特征选择合适的分组数值,分别对两种类型的V2V通信链路分组;然后在保证蜂窝用户自身通信质量的前提下,选择所对应通信容量效用值最大的蜂窝用户资源分配给V2V链路,每组内V2V通信链路复用相同的蜂窝用户资源。该方法虽然在自主感知的资源调度的场景下考虑了业务的不同服务质量要求,但由于仅考虑了不同交通流对通信要求的约束,未考虑业务的优先级要求约束,容易导致业务的重要性与被分配资源质量的不匹配,难以保证车联网系统中高优先级业务的高可靠要求;同时由于该方法未考虑实际情况下资源选择窗口的占用情况,容易造成业务在缓存队列处的丢包,难以保证车联网系统的通信要求。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺陷,提出一种车联网中传输资源的抢占方法,以提升车联网通信中高优先级业务的可靠性,保障车联网系统的通信要求。
实现本发明目的的技术方案是:依据3GPP最新协议标准,根据资源选择窗口内的资源占用率以及当前正在传输业务的平均业务优先级,选取出当前时刻可被抢占的资源块,然后按照各资源块的被抢占因子依次进行资源块抢占传输,以在有限资源条件下优先保障安全类等高优先级业务的正确有效传输,提高车联网系统的可靠性。具体实现步骤包括如下:
(5)计算车辆当前资源选择ta时刻的资源占用率ηa,并判断ηa≥80%是否成立,若是,执行步骤(7),否则,执行步骤(6);
(10)车辆在(6)和(9)中选取的资源块Fa上进行数据传输,在资源选择时刻ta之前发送抢占声明,对(9)中被抢占的资源块Fa进行占用声明,防止其他用户继续在此资源块上传输造成传输冲突。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
1.本发明由于在车辆进行资源选择之前,对资源感知窗口中正在传输的业务进行感知以及业务优先级的获取,并将当前时刻需要传输的数据包优先级与正在占用传输资源块的数据包平均优先级进行比较,实现业务重要性与被分配资源质量的匹配,提升了高优先级业务的传输成功率,保障了车辆行驶安全。
2.本发明由于在车辆在进行资源选择之前,对资源感知窗口中正在传输的业务进行感知以及当前资源占用率的获取,综合考虑当前时刻资源池的占用情况,在资源块较为紧缺时采取资源块抢占技术进行传输,可避免业务在缓存队列处的丢包,提升车联网通信的可靠性,保障了车辆行驶安全。
3.本发明由于在进行资源块抢占时,通过计算出各资源块的被抢占因子,选取出优先级低且占用时间短的资源块用于车辆高优先级业务的抢占传输,可降低抢占传输对正在传输业务的影响,提升车联网通信的可靠性,保障车辆行驶安全。
附图说明
图1为本发明的实现流程图;
图3为本发明中车辆Va在ta时刻的感知窗口及选择窗口的示意图;
图4为本发明中进行资源块抢占以及声明的示意图。
具体实施方式
本实例主要应用在车联网通信领域传输业务对单子帧资源池中的资源块进行选取,当资源池中的资源块被大量低优先级业务周期性占用时,为了避免当前时刻到达的高优先级业务在缓存队列处的丢包以及业务重要性与被分配资源质量的不匹配,故可以执行中车联网中传输资源的抢占。
参照图1,本实例的实现步骤如下:
其中,Va表示车联网通信集合中的第a台车辆,a∈[1,A],A为车辆数量,A≥2;
其中,Rij为资源池中位置为(i,j)的单个单子帧资源块,每个资源块的分布如图2所示,在资源池中分布有在时间和频率上正交的若干单子帧资源,单子帧资源所占的时间长度及频率宽度分别为Δt及Δf,的时间起点位于图2中最左端,的频率起点位于图2中最下端,由此可得到单子帧资源Rij可以用该资源的时间及频率起点组成的二元坐标表示为i∈[1,X],j∈[1,Y],XY为单子帧资源的个数,X≥2,Y≥2,表示的时间起点,表示的频率起点。
其中,Qam表示车辆Va在第m个业务缓存位缓存的业务,m∈[1,M],M表示每台车辆可以允许缓存的最大业务数目,M≥2;
2.3)选用业务生成队列εa={Ea1,Ea2,…,Eab,…,EaC}存放各应用生成的业务数据包,εa中共包含了C个已经生成的业务,其中,Eab表示业务生成队列的第b个业务,b∈[1,C],C表示业务生成队列中的业务数目,C≥2;
其中,Rapq表示坐标(p,q)处的感知单子帧资源,p∈[1,Z],q∈[1,Q],Z为感知窗口资源集时间域资源集总数目,Q为感知窗口资源集频率域资源集总数目,Q∈[2,Y],Wa表示感知窗口时间,Δt为资源块时间长度;Dauv表示坐标(u,v)处的选择窗口单子帧资源,u∈[1,U],v∈[1,K],U为选择窗口资源集时间域资源集总数目,K为选择窗口资源集频率域资源集总数目,Wa′表示选择窗口时间,2≤Q=K≤Y,Y≥2。
4.1)设置感知窗口持续时间Wa≥1000ms,本实例取但不仅限于Wa为1000ms;
4.2)每台车辆Va在进行资源选择时,车辆使用车载通信设备提前Wa时间对资源池的占用情况进行感知,以避免选择到已经被其它车辆占用或者预留的资源,资源预留周期近场通信每包优先级数值以及剩余占用周期计数值其表示如下:
其中,Tapq表示坐标(p,q)处单子帧资源上正在传输业务的资源预留周期,Papq表示坐标(p,q)处单子帧资源上正在传输业务的近场通信每包优先级数值,Capq表示坐标(p,q)处正在传输业务的剩余周期占用计数值,Papq∈[1,8],1为最高优先级,8为最低优先级,Capq∈[5,15]。
5.1)设置选择窗口持续时间Wa′≤100ms,本实例取但不仅限于Wa′为100ms;
步骤6,根据车辆当前资源选择时刻ta的资源占用率ηa确定后续操作。
6.1)计算车辆在当前资源选择时刻ta的资源占用率ηa:
6.2)判断ηa≥80%是否成立:
若是,执行步骤8,否则,执行步骤7。
Sapq=2*Papq+Capq,
其中,Papq表示(p,q)坐标处单子帧资源上正在传输业务的近场通信每包优先级数值,Capq表示(p,q)坐标处正在传输业务的剩余周期占用计数值;
步骤10,选取传输资源块Fa并发送占用声明。
如图4所示,本步骤的具体实现如下:
10.1)按照被抢占资源块队列Ga中的资源块顺序,选取一个单子帧资源作为传输资源块Fa;
10.2)车辆在选取的资源块Fa上进行数据传输,在资源选择时刻ta之前发送抢占声明,防止其他用户继续在此资源块上传输造成传输冲突,接收到声明后被抢占业务将不能在该资源块上继续传输数据。
以上描述仅是本发明的一个具体实例,并未构成对本发明的任何限制,显然对于本领域的专业人员来说,在了解了本发明内容和原理后,都可能在不背离本发明原理、结构的情况下,进行形式和细节上的各种修改和改变,但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车联网中传输资源的抢占方法,其特征在于,包括以下步骤:
(5)计算车辆当前资源选择ta时刻的资源占用率ηa,并判断ηa≥80%是否成立,若是,执行步骤(7),否则,执行步骤(6);
(10)车辆在(6)和(9)中选取的资源块Fa上进行数据传输,在资源选择时刻ta之前发送抢占声明,对(9)中被抢占的资源块Fa进行占用声明,防止其他用户继续在此资源块上传输造成传输冲突。
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