CN113727307B - 基于冲突检测与冲突避免联合的车联网资源选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于冲突检测与冲突避免联合的车联网资源选择方法，主要解决现有技术由于隐藏节点导致的持续资源冲突问题，其方案是：根据时域与频域信息构建资源池R；车联网中的车辆V_a对资源池R中的时频资源块冲突进行检测，并构建冲突时频资源集R^C；车辆V_a根据冲突时频资源集R^C构建冲突提示信息C_a，并将C_a携带在自己已有的周期性业务中广播出去；车联网中的其他车辆V_b根据C_a中指示的时频资源信息判断自己是否使用了冲突时频资源块，若是，则进行资源重选，并将感知到的不可用的时频资源信息告知其他车辆，否则，不进行资源重选。本发明避免了隐藏节点导致的持续资源冲突，提高了车联网系统的可靠性，可用于车联网中车辆间的自主通信。

Description

基于冲突检测与冲突避免联合的车联网资源选择方法

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资源选择方法，可用于车联网中车辆间的自主通信。

背景技术

作为无线通信、物联网技术在汽车交通领域的应用，车联网技术飞速发展，其场景可以被归纳为车联万物V2X。第三代合作伙伴计划3GPP在2015年发布的12版标准中规定了基于蜂窝网络的车联万物C-V2X。随着协议标准的不断发展，C-V2X目前经历了基于移动通信长期演进技术的车联万物LTE-V2X和基于5G新无线的车联万物NR-V2X两个阶段。

NR-V2X的资源分配策略中引入了两种资源分配模式：一种是基于基站控制的集中资源分配模式，称之为模式1，主要应用场景是当车辆位于蜂窝网络覆盖范围下，通过基站调度车辆的传输资源，这种资源分配模式中，车辆终端不需要进行资源感知的操作；另一种是基于车辆的自主资源分配模式，称为模式2，主要应用场景是当车辆位于蜂窝网络覆盖外时，在预配置或者蜂窝网配置的模式2的资源池中进行自主的资源选择。

在NR-V2X的模式2中，有3种具体的资源选择策略，分别是随机资源选择策略、基于感知的单次资源选择策略和基于感知的半持续资源选择策略。其中，随机资源选择策略主要用于车辆发生异常情况的场景；基于感知的单次资源选择策略主要用于承载车辆网中非周期性业务；基于感知的半持续资源选择策略主要用于承载车辆网中周期性业务的资源分配。由于车联网中大多数业务为周期性业务，因此在自主资源分配策略中，基于感知的半持续资源选择策略应用最为广泛，更具有代表性。该策略的主要思想为：单个车辆在进行资源选择时，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，该调度周期等于该业务的发送周期；在周期性地占用资源一段时间后，依概率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。通过基于感知的半持续资源选择策略，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。

在分布式场景下，车联网进行资源选择时，需要在保障资源利用率的前提下，降低车辆间通信的丢包率，以提高车联网系统的可靠性。公开号为CN201610665882.2的专利申请公开了“一种V2X通信的资源选择方法和装置”，该方法包括：车辆终端在预定资源集合上进行信号检测和能量感知；车辆终端根据信号检测和能量感知的结果确定用于发送无线信号的资源或资源集合；车辆终端使用所确定的资源或从所确定的资源集合中选择资源发送无线信号。

该方法虽然提高了车辆终端的功耗效率，达到省电目的，但在根据信号检测和能量感知结果确定的资源集合中选择资源发送无线信号时，没有考虑隐藏节点导致的持续资源冲突情况，可能会选择到冲突资源。由于每辆车做自主资源选择的过程是分布式的，车辆只能感知到自身附近区域的资源使用情况，无法感知到其通信范围之外的隐藏节点所使用的资源，因此可能会有隐藏节点车辆与自己选择了相同的资源，导致资源冲突，并且当隐藏节点车辆和自身的资源预留间隔相同时，由于车辆使用半双工的通信方式，自身无法发现使用了冲突资源，使得在一段较长时间内，两辆车使用的资源持续冲突，导致冲突车辆长时间无法正常通信，造成交通安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于冲突检测与冲突避免联合的车联网资源选择方法，以避免由于隐藏节点导致的持续资源冲突，提高侧链路通信的可靠性。

本发明实现上述目的的技术思路是：通过车辆间的冲突提示信息使得冲突车辆及时重选资源，在资源重选过程中车辆将感知到的不可用的时频资源信息告知其他车辆。

根据上述思路，本发明基于冲突检测与冲突避免联合的车联网资源选择方法，其特征在于，包括：

(1)根据时域与频域信息构建资源池R：

将时域划分为P个大小相同的时隙，频域划分为Q个大小相同的子信道，根据时域与频域的划分信息构建P×Q个时频资源块的资源池R：

R＝{R₁₁,R₁₂,…,R₂₁,…,R_xy,…,R_PQ}，

其中，R_xy表示第x个时隙第y个子信道上的时频资源块，P≥2，Q≥2，x∈[1,P]，y∈[1,Q]；

(2)对资源池R中的时频资源块冲突进行检测

(2a)从车联网中任选一台车辆V_a，依次对η个时频资源块R_xy、R_(x+T)y、R_(x+2T)y、…R_(x+(η-1)T)y上的信号进行测量，得到其对应的接收功率γ_xy、γ_(x+T)y、γ_(x+2T)y、…γ_(x+(η-1)T)y，其中，a∈[1,A]，A为车联网中车辆总数，T为时域上的周期，T＞1，η＞1；

(2b)将(2a)中得到的这些接收功率分别与预设的相关信号接收功率阈值H_a进行比较，判定这些时频资源块上是否发生了持续的资源冲突：

如果这些接收功率均大于阈值H_a，则判定在这些时频资源块上发生了持续的资源冲突，并用其组成冲突时频资源集：R^C＝{R_xy,R_(x+T)y,R_(x+2T)y,...,R_(x+(η-1)T)y}，执行(3)；

如果这些接收功率值中有其中一个不满足大于阈值H_a的条件，则判定在这些时频资源块上没有发生持续的资源冲突；

(3)车辆V_a从冲突时频资源集R^C中提取位置信息(x,y)以及时域周期信息T，构建冲突提示信息：C_a＝{x,y,T}，并将C_a携带在自己已有的周期性业务中广播出去；

(4)其他车辆V_b对自己使用的时频资源块进行冲突性判断：

(4a)车联网中的第b个车辆V_b提取自己使用的时频资源块R_x′y′的位置信息(x′，y′)与时域周期信息T′，其中，b∈[1,A]，b≠a，R_x′y′表示第x′个时隙第y′个子信道上的时频资源块，x′∈[1,P]，y′∈[1,Q]，T′＞1；

(4b)V_b将(4a)中提取的信息与(3)构建的冲突提示信息C_a进行比较，判断自己是否使用了冲突时频资源：

如果x′＝x，y′＝y，T′＝T均成立，则车辆V_b使用了冲突时频资源，依概率p′进行资源重选，执行(5)，其中，0≤p′≤1，

如果x′＝x，y′＝y，T′＝T中有一个不成立，则车辆V_b没有使用冲突时频资源，不进行资源重选；

(5)车辆V_b进行资源重选：

(5a)车辆V_b基于感知的半持续资源选择策略对感知窗口中的所有时频资源块进行感知，根据感知结果对选择窗口中的所有时频资源块进行筛选，并将筛选出来的时频资源块组成候选时频资源集R^θ，将筛选掉的时频资源块组成不可选时频资源集R^U；

(5b)车辆V_b在候选时频资源集R^θ中随机选取一个时频资源块R_b，提取不可选时频资源集R^U的信息U_b，并将U_b携带在所选的时频资源块R_b中广播出去，告知其他车辆时频资源集R^U中的时频资源块不再可选。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明由于在车联网中对车辆进行冲突检测时，将冲突提示信息携带在自己已有的周期性业务中广播出去，避免了车辆将冲突提示信息作为突发的非周期业务发送而造成的资源浪费，从而提高了车联网系统的资源利用率。

2.本发明由于在车联网中对冲突车辆进行资源重选时，将感知到的不可选的时频资源信息广播给周围车辆，从而降低了由隐藏节点导致持续资源冲突的概率，提高了车联网系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明的实现流程图。

图2为本发明中对资源池R的时频资源分布示意图。

图3为本发明中对资源池R中发生持续资源冲突的时频资源分布示意图。

图4为本发明中车辆V_b在进行资源重选时的感知窗口及选择窗口的示意图。

图5为本发明中车辆V_b在进行资源重选时的时频资源分布示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。

参照图1，本发明的实现步骤包括如下：

步骤1，根据时域与频域信息构建资源池R。

将时域划分为P个大小相同的时隙，频域划分为Q个大小相同的子信道，根据时域与频域的划分信息构建P×Q个时频资源块的资源池R：

R＝{R₁₁,R₁₂,…,R₂₁,…,R_xy,…,R_PQ}，

其中，R_xy表示第x个时隙第y个子信道上的时频资源块，P≥2，Q≥2，x∈[1,P]，y∈[1,Q]。

如图2所示，资源池R中分布有在时间和频率上正交的P×Q个时频资源块，资源池R中的时频资源块用时间及频率组成的二元坐标来表示，其中，编号为R₁₁的时频资源块表示为第1个时隙第1个子信道上的时频资源块，编号为R₅₄的时频资源块表示为第5个时隙第4个子信道上的时频资源块。

本实施例中，一个时隙的长度为1ms，一个子信道的大小为15kHz，Q＝4，P的大小不做限定。

步骤2，对资源池R中的时频资源块冲突进行检测。

2.1)从车联网中任选一台车辆V_a，依次对η个时频资源块R_xy、R_(x+T)y、R_(x+2T)y、…R_(x+(η-1)T)y上的信号进行测量，得到其对应的接收功率γ_xy、γ_(x+T)y、γ_(x+2T)y、…γ_(x+(η-1)T)y，其中，a∈[1,A]，A为车联网中车辆总数，T为时域上的周期，T＞1，η＞1；

2.2)将2.1)中得到的这些接收功率分别与预设的相关信号接收功率阈值H_a进行比较，判定这些时频资源块上是否发生了持续的资源冲突：

如果这些接收功率均大于阈值H_a，则判定在这些时频资源块上发生了持续的资源冲突，并用其组成冲突时频资源集：R^C＝{R_xy,R_(x+T)y,R_(x+2T)y,...,R_(x+(η-1)T)y}，执行步骤3；

如果这些接收功率值中有其中一个不满足大于阈值H_a的条件，则判定在这些时频资源块上没有发生持续的资源冲突。

如图3所示，本实施例中车辆V_a检测到R₁₃、R₄₃和R₇₃上的接收功率均大于阈值H_a，则判定在这些时频资源块上发生了持续的资源冲突，并用其组成冲突时频资源集：

R^C＝{R₁₃,R₄₃,R₇₃}，其中，时域上的周期T＝3，发生持续资源冲突的次数η＝3。

步骤3，构建冲突提示信息C_a。

车辆V_a从冲突时频资源集R^C中提取位置信息(x,y)以及时域周期信息T，构建冲突提示信息：C_a＝{x,y,T}，并将C_a携带在自己已有的周期性业务中广播出去。

本实施例中，由于R^C＝{R₁₃,R₄₃,R₇₃}，所以C_a＝{1,3,3}。

步骤4，其他车辆V_b对自己使用的时频资源块进行冲突性判断。

4.1)车联网中的第b个车辆V_b提取自己使用的时频资源块R_x′y′的位置信息(x′，y′)与时域周期信息T′，其中，b∈[1,A]，b≠a，R_x′y′表示第x′个时隙第y′个子信道上的时频资源块，x′∈[1,P]，y′∈[1,Q]，T′＞1；

4.2)V_b将4.1)中提取的信息与步骤3构建的冲突提示信息C_a进行比较，判断自己是否使用了冲突时频资源：

如果x′＝x，y′＝y，T′＝T均成立，则车辆V_b使用了冲突时频资源，依概率p′进行资源重选，执行步骤5，其中，0≤p′≤1；

如果x′＝x，y′＝y，T′＝T中有一个不成立，则车辆V_b没有使用冲突时频资源，不进行资源重选。

本实施例中，车辆V_b自己使用的时频资源块为R₁₃，x′＝1，y′＝3，时域周期信息T′＝3。

步骤5，车辆V_b进行资源重选。

5.1)车辆V_b基于感知的半持续资源选择策略对感知窗口中的所有时频资源块进行感知，根据感知结果对选择窗口中的所有时频资源块进行筛选，并将筛选出来的时频资源块组成候选时频资源集R^θ，将筛选掉的时频资源块组成不可选时频资源集R^U；

本实施例中，在t_b时刻车辆V_b进行资源重选，感知窗口的时长：W＝1000ms，选择窗口的时长：W′＝100ms，如图4所示；

本实施例中，车辆V_b在感知窗口中测得时频资源块A₁,B₁,C₁,D₁,E₁上的接收功率高于预设的相关信号接收功率阈值，提取A₁,B₁,C₁,D₁,E₁的位置信息，得到选择窗口中与该位置信息对应的时频资源块A₂,B₂,C₂,D₂,E₂，用其组成不可选时频资源集R^U，并将筛选出来的时频资源块组成候选时频资源集R^θ，R^θ中包含选择窗口中去除时频资源块A₂,B₂,C₂,D₂,E₂的其他所有时频资源块，如图5所示。其中，A₁在选择窗口中对应的时频资源块为A₂，B₁在选择窗口中对应的时频资源块为B₂，C₁在选择窗口中对应的时频资源块为C₂，D₁在选择窗口中对应的时频资源块为D₂，E₁在选择窗口中对应的时频资源块为E₂；

5.2)车辆V_b在候选时频资源集R^θ中随机选取一个时频资源块R_b，提取不可选时频资源集R^U的信息U_b，并将U_b携带在所选的时频资源块R_b中广播出去，告知其他车辆时频资源集R^U中的时频资源块不再可选。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，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正和改变，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 (3)

1.一种基于冲突检测与冲突避免联合的车联网资源选择方法，其特征在于，包括：

(1)根据时域与频域信息构建资源池R：

将时域划分为P个大小相同的时隙，频域划分为Q个大小相同的子信道，根据时域与频域的划分信息构建P×Q个时频资源块的资源池R：

R＝{R₁₁,R₁₂,…,R₂₁,…,R_xy,…,R_PQ}，

其中，R_xy表示第x个时隙第y个子信道上的时频资源块，P≥2，Q≥2，x∈[1,P]，y∈[1,Q]；

(2)对资源池R中的时频资源块冲突进行检测：

(2a)从车联网中任选一台车辆V_a，依次对η个时频资源块R_xy、R_(x+T)y、R_(x+2T)y、…R_(x+(η-1)T)y上的信号进行测量，得到其对应的接收功率γ_xy、γ_(x+T)y、γ_(x+2T)y、…γ_(x+(η-1)T)y，其中，a∈[1,A]，A为车联网中车辆总数，T为时域上的周期，T＞1，η＞1；

(2b)将(2a)中得到的这些接收功率分别与预设的相关信号接收功率阈值H_a进行比较，判定这些时频资源块上是否发生了持续的资源冲突：

如果这些接收功率均大于阈值H_a，则判定在这些时频资源块上发生了持续的资源冲突，并用其组成冲突时频资源集：R^C＝{R_xy,R_(x+T)y,R_(x+2T)y,...,R_(x+(η-1)T)y}，执行(3)；

如果这些接收功率值中有其中一个不满足大于阈值H_a的条件，则判定在这些时频资源块上没有发生持续的资源冲突；

(3)车辆V_a从冲突时频资源集R^C中提取位置信息(x,y)以及时域周期信息T，构建冲突提示信息：C_a＝{x,y,T}，并将C_a携带在自己已有的周期性业务中广播出去；

(4)其他车辆V_b对自己使用的时频资源块进行冲突性判断：

(4a)车联网中的第b个车辆V_b提取自己使用的时频资源块R_x′y′的位置信息(x′，y′)与时域周期信息T′，其中，b∈[1,A]，b≠a，R_x′y′表示第x′个时隙第y′个子信道上的时频资源块，x′∈[1,P]，y′∈[1,Q]，T′＞1；

(4b)V_b将(4a)中提取的信息与(3)构建的冲突提示信息C_a进行比较，判断自己是否使用了冲突时频资源：

如果x′＝x，y′＝y，T′＝T均成立，则车辆V_b使用了冲突时频资源，依概率p′进行资源重选，执行(5)，其中，0≤p′≤1，

如果x′＝x，y′＝y，T′＝T中有一个不成立，则车辆V_b没有使用冲突时频资源，不进行资源重选；

(5)车辆V_b进行资源重选：

(5a)车辆V_b基于感知的半持续资源选择策略对感知窗口中的所有时频资源块进行感知，根据感知结果对选择窗口中的所有时频资源块进行筛选，并将筛选出来的时频资源块组成候选时频资源集R^θ，将筛选掉的时频资源块组成不可选时频资源集R^U；

(5b)车辆V_b在候选时频资源集R^θ中随机选取一个时频资源块R_b，提取不可选时频资源集R^U的信息U_b，并将U_b携带在所选的时频资源块R_b中广播出去，告知其他车辆时频资源集R^U中的时频资源块不再可选。

2.根据权利要求1所述的方法，其中(5a)中车辆V_b基于感知的半持续资源选择策略对感知窗口中的所有时频资源块进行感知，是由车辆V_b先根据预设的感知窗口长度W构建大小为M×Q的感知时频资源集R^G，再对该感知时频资源集R^G中的所有时频资源块进行测量，得到其对应的接收功率，其中，M为感知窗口内的总时隙数，Δt为一个时隙的长度，Δt＞0，W＞0。

3.根据权利要求1所述的方法，其中(5a)中车辆V_b根据感知结果对选择窗口中的所有时频资源块进行筛选，实现如下：

车辆V_b根据预先设的选择窗口长度W′构建大小为M′×Q的选择时频资源集R^S，其中，M′为选择窗口内的总时隙数，W′＞0；Δt为一个时隙的长度，Δt＞0；

车辆V_b将感知的所有时频资源块接收功率值分别与预设的相关信号接收功率阈值H_b进行比较，提取接收功率值大于阈值H_b的对应时频资源块的位置信息I，再将选择时频资源集R^S中与该位置信息I对应的时频资源块排除，得到筛选后的候选时频资源集R^θ。