专利名称：一种车联网中支持多跳wlan的用户接入终端选择装置及方法
技术领域：
本发明涉及通信领域接入选择技术，尤其涉及车联网中移动用户接入选择终端技术。
背景技术：
目前，智能交通(Intelligent Transport System, ITS)领域的研究及应用已引起广泛关注，而以汽车为节点，以网络为基础，人、车、路、网协调发展的车联网作为ITS的重要组成部分，将为众多用户应用提供有效的技术支撑及实现基础。车联网应用中，全球定位系统(GPS)、传感技术及各类网络接入技术如蜂窝网络、WLAN、Ad hoc技术等有机结合，为运动中的车辆提供一种有效的网络接入，实现车辆与车辆之间及车辆与外部网络之间的通信，进而为车辆的计费管理、安全行驶、数据通信等提供解决方案。但车联网的典型应用特性，如节点高速移动导致的网络拓扑变化频繁，节点时空上分布差异导致的稀疏网络与密集网络问题，多种接入技术融合以及用户各类应用的不同QoS需求等，对网络控制技术，特别是用户的接入管理及无线资源分配等均带来巨大挑战。车联网中存在三种典型通信方式，即车辆间通信V2V (Vehicle to Vehicle communication)、车辆与路旁基础设施之间的通信 V2I (Vehicle to Infrastructure communication)以及混合车辆通信 HVC(Hybrid-Vehicle Communication)。图1给出了车联网中的主要通信方式。在车联网混合通信模式下，移动用户丽(Mobile Node)将根据自身业务需求、周围网络状态，选择优化接入方式实现网络接入。目前，无线局域网络WLAN (Wireless Local Access Network)技术，因其部署相对容易，可提供高质量业务传输，已成为VANET中重要接入方式。近年来，针对WLAN的研究多以基于AP的集中式通信模式为主，较少讨论多AP重叠覆盖，以及融合多跳模式的WLAN通信方式。文献[S.J.Zhao, K.H.Teo, Z.F.Tao, Macro Diversity Handoverand Fast Access StationSwitching in Wireless Mult1-User Mult1-Hop Relay Networks, Proc.1CC2006]公开号:[US2008/0165736A1]提出融合多跳中继的WLAN通信场景，但主要针对AP之间以及AP与RS之间的切换流程进行了详细描述，未涉及多AP、多RS应用场景下AP、RS的优化选择。文献[Y.B.B, L.Cai, X.M.Shen and H.Zhao, A cross layer broadcast protocol for multihopemergency message dissemination in inter-vehicle communication, Proc.1CC2010]提出一种支持车联网多跳中继通信的分布式中继节点选择方法，以支持广播数据分发，但该方法采用中继竞争机制实现目标中继选择，将导致较长接入时延及较大信令开销。
发明内容
本发明针对车联网混合通信场景中融合多跳WLAN技术支持移动用户自适应选择接入模式及最佳AP/RS的应用需求而提出，提供一种基于移动终端的业务特性、路旁接入点AP及中继节点RS (Relay Station)的状态信息的接入选择装置及实现方法，支持移动用户终端对路旁AP及RS的状态信息进行实时收集及分析处理，根据用户的业务特性、AP及RS的状态信息，实现接入模式以及最佳AP/RS的选择，有效提升网络综合性能、提高用户QoS满意度。本发明提供一种车联网中支持多跳WLAN的移动用户接入选择终端的装置及实现方法，应用于车联网混合通信场景及多跳WLAN中，该装置包括:监测模块:监测MN所关联接入点AP周期性广播的Beacon消息，监测用户所关联中继节点RS周期性广播的RelayAdv消息，并传送至信息收集模块；信息收集模块:根据Beacon消息进行AP信息的收集,根据RelayAdv消息进行RS信息的收集；业务感知模块:感知用户业务QoS需求；信息分析处理模块:根据信息收集模块及业务感知模块的数据，确定候选AP/RS集，并传送至切换控制模块及接入选择模块；接入选择模块:根据信息分析处理模块的信息，对用户的业务特性、候选AP及RS的状态信息进行评估，选择接入模式及最佳AP/RS ；切换控制模块:根据信息分析处理模块输出AP信息，对接入网络用户当前的各候选AP的性能进行评估，若满足切换条件，则执行切换；接入模块:根据接入选择模块确定的最佳目标APJWf AP接入，根据确定的最佳目标RS，执行基于RRTS/CRTS的RS接入；切换执行模块:根据切换控制模块确定的切换目标APdARAP间的切换。信息分析处理模块确定候选AP/RS集包 括:根据用户邻近AP的状态信息判断该AP是否满足用户业务需求，若满足>-Breq，Ir:: <Dreqf PKRap < P1-Rrcq，则该AP为候选AP ;根据用户
邻近RS及其所关联AP的状态信息，确定两跳链路可用带宽Bait = minf ，B:；:),连接延时I) = max( I)=' D:)，误包率PERlink=max (PERes, PERap)，判断该链路是否满足用户业务特性，若 Blink 彡 Breq, Dlink ( Dreq, PERlink ( PERreq,则该 RS 为候选 RS0接入模块接入选择具体为:如候选AP集中AP数目若MAP>1，则根据各AP的RSS及负载状况，选择接入AP ;若Map=I,且该AP负载低于门限值，则接入该AP ;若Map=O,则判断候选RS集中是否存在满足业务需求的RS，记候选RS集中RS数目为Nks，若NKS>1，则基于RS优化选择方法选择最优接入RS ;若#3=1，且RS的负载及该RS当前关联AP负载低于负载门限值，则接入该RS ;若NKS=0，则此次通信请求失败。对于MAP>1，根据Qapdi= a JSSm+ a 2 (1-Lm)，评估各候选AP性能，选择最大Qapdi对应的AP作为目标接入AP，其中，Lm为第mfAP的负载值，RSSm为用户接收到来自第mfAP的RSS, Q1, a2为标识RSS及负载状况在AP性能评估中的权重。基于RS优化选择方法选择最优接入RS具体包括:若Nks>1，则根据各RS的位置、运动速度及其关联AP的负载状况，选择接入RS，调用
KAA vI) I；
Qmn = A — + ^2+ A/v；.a； +Mnk，评估各候选RS性能，选择最小QKSn对应的RS作为目标接入RS，其中，用户与第n个RS之间链路PER为/VAf，第n个RS与其关联AP之间链路PER为PMf，则用户经第n个RS与AP相连的链路PER为'PER, =mm(PER^\PERf)，第n个RS及其关联AP的链路负载值分别为i" RL p用户经第n个RS与AP相连的链路负载值为=max(If,Zf ), A d、A V分别为发起接入用户与RS间的距离与相对速度，艮为传输范围，Pmax为最大可容忍误包率，Vmax为车辆最大速度，^1, ^2,为标识RS与
用户间的距离、速度、误包率及负载状况的权重。根据切换控制模块确定切换目标AP具体包括:已接入AP的用户周期性评估候选AP集中的RSS及负载状况，若确定邻近AP的RSS及负载性能更优，则启动基于切换的负载均衡机制，执行切换至目标AP。本发明还提出一种车联网中支持多跳WLAN的移动用户MN接入终端选择方法，其特征在于，包括:监测模块监测MN所关联接入点AP周期性广播的Beacon消息，监测用户所关联中继节点RS周期性广播的RelayAdv消息，并传送至信息收集模块；信息收集模块根据Beacon消息进行AP信息的收集,根据RelayAdv消息进行RS信息的收集；业务感知模块感知用户业务QoS需求；信息分析处理模块根据信息收集模块及业务感知模块的数据，确定候选AP/RS集，并传送至切换控制模块及接入选择模块；接入选择模块根据信息分析处理模块的信息，对用户的业务特性、候选AP及RS的状态信息进行评估，选择接入模式及最佳AP/RS ;切换控制模块根据信息分析处理模块输出AP信息，对接入网络用户当前的各候选AP的性能进行评估，若满足切换条件，则执行切换；接入模块根据接入选择模块确定的最佳目标AP，执行AP接入，根据确定的最佳目标RS，执行基于RRTS/CRTS的RS接入；切换执行模块根据切换控制模块确定的切换目标AP，执行AP间的切换。本发明支持在车联网混合通信场景下移动用户接入模式以及最佳AP/RS的选择，并通过接入选择以及切换控制实现各AP间的负载均衡，可实现基于用户的优化AP/RS选择，以及基于多跳RS的WLAN数据交互，可有效减少连接延时，实现用户高效接入，降低接入延时和信令开销，提高网络的综合性能及用户QoS满意度。`
图1车联网主要通信方式图；图中的标记:AR:接入路由器，AP:接入点，BS:基站，V2V:车队车，V21:车对基础设施，MR:移动路由器。图2本发明中Beacon消息格式；图3本发明RelayAdv消息格式；图4本发明实现车联网中支持多跳WLAN的移动用户接入选择终端装置及平台架构图；图5本发明接入选择方法流程图；图6本发明切换控制方法流程图。
具体实施例方式阅读和理解下面参考附图及对本发明的实施例所做的详细描述，将使本发明的目的、解决的问题及其特征通俗易懂。为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细说明。图1示例性地描述了车联网中三类主要通信方式:V2V通信、V2I通信及HV通信。V2V通信是指车辆之间进行的直接或多跳通信，该通信方式不依赖于路旁的基础设施(例如，蜂窝网的BS及WLAN的AP等)，如图1中车B与车C，车D与车E间的通信。V2I通信是指车辆与路旁基础设施之间的通信，如图1中车A与APl的通信。HV通信则是V2I通信方式的延伸。当某车辆不在基础设施的覆盖范围内，或终端设备不支持与基础设施的直接连接时，该车辆可通过其他车辆的中继转发实现与外部基础设施之间的通信，如图1中，车B经过中间车辆C的转发与AP2进行的通信。图1中，AR为接入路由器，MR为移动路由器，AP为路旁接入点，BS为基站，V2V表示车与车间通信，V2I表示车与基础设施间通信，HV表示混合通信。图2为本发明中Beacon消息格式，该消息中包含AP的唯一标识AP_ID、Beacon消息的序列号seq、Beacon消息的持续时间TTL、AP当前所用信道Channel、AP总带宽方,jf、AP
当前可用带宽及f、连接延时。图3为本发明RelayAdv消息格式，该消息中包括RS的标识R_ID、RS的运动方向R_dir、RS的运动速度R_v、RS的位置(R_x，R_y )、RS总带宽5 RS可用带宽、RS关联
AP的接收信号强度RSSks AP、RS关联AP的总带宽禮―可用带宽1。图4所示为本发明装置及平台架构图，该装置由信息感知平面的网络信息收集模块、中继信息收集模块、业务感知模块及信息分析处理模块；接入优化平面的切换控制模块、接入选择模块；交互平面的网络信息监测模块、中继信息监测模块、AP接入模块、中继接入模块及切换执行模块组成。包括以下具体功能模块实体:1.网络监测模块:监测MN所关联AP周期性广播的Beacon消息，并传送至网络信息收集模块。其中Beacon消息格式如图2。2.中继监测模块:监测用户所关联RS周期性广播的RelayAdv消息，并传送至中继信息收集模块。其中RelayAdv消息格式如图3。3.网络信息收集模块:该模块主要实现对不同AP的相关信息的收集，更新及初步
处理，可以获知丽关联AP的标识，各AP总带宽，当前可用带宽Sf ,连接延时、用户接
收信息强度RSSap等信息，从而为信息分析处理模块提供预处理信息，同时也为接入选择模块接入模式及最佳AP选择提供网络侧的参量信息。4.中继信息收集模块:该模块实现对不同RS的相关信息的收集，更新及初步处理，该模块可以获知各RS总带宽、可用带宽及fa、所在位置、移动速度V，用户接收信息强度RSSap,中继关联AP的可用带宽5=、总带宽等信息，从而为信息分析处理模块提供
预处理信息，同时也为接入选择模块接入模式及最佳RS选择提供RS的参量信息。5.业务感知模块:该模块主要实现对用户业务特性的感知，包括误包率PERra1、带宽需求Brai,连接时延Drai等，并输入信息分析处理模块，为候选AP及RS的选择提供参量信
肩、O6.信息分析处理模块:该模块主要实现对用户状态的判定以及对业务感知模块以及信息收集模块各类信息进行分析处理，确定出候选AP集及候选RS集，并将结果传送至接入优化平面的切换控制模块及接入选择模块。信息初步处理包括:
I)用户状态的判定:判断用户当前是否已接入网络，若已接入网络，触发切换控制模块，否则，触发接入选择模块；2)候选AP集确定方法:根据业务感知模块中用户的业务特性及AP信息收集模块中AP的状态信息，判断AP是否满足用户所需误包率PERra1、带宽Bra1、连接时延Drai等业务需求，若满足，则该AP为候选AP。根据用户邻近AP的状态信息判断该AP是否满足用户业
务需求，若满足
权利要求
1.一种车联网中支持多跳WLAN的移动用户MN接入终端选择装置，其特征在于，包括: 监测模块:监测MN所关联接入点AP周期性广播的Beacon消息，监测用户所关联中继节点RS周期性广播的RelayAdv消息，并传送至信息收集模块； 信息收集模块:根据Beacon消息进行AP信息的收集,根据RelayAdv消息进行RS信息的收集； 业务感知模块:感知用户业务QoS需求； 信息分析处理模块:根据信息收集模块及业务感知模块的数据，确定候选AP/RS集，并传送至切换控制模块及接入选择模块； 接入选择模块:根据信息分析处理模块的信息，对用户的业务特性、候选AP及RS的状态信息进行评估，选择接入模式及最佳AP/RS ； 切换控制模块:根据信息分析处理模块输出AP信息，对接入网络用户当前的各候选AP的性能进行评估，若满足切换条件，则执行切换； 接入模块:根据接入选择模块确定的最佳目标AP，执行AP接入，根据确定的最佳目标RS,执行基于RRTS/CRTS的RS接入； 切换执行模块:根据切换控制模块确定的切换目标APdARAP间的切换。
2.根据权利要求1所述的选择装置，其特征在于，信息分析处理模块确定候选AP/RS集包括:根据用户邻近AP的状态信息判断该AP是否满足用户业务需求，若满足
3.根据权利要求1所述的选择装置，其特征在于，接入模块接入选择具体为:如候选AP集中AP数目为Map，若MAP>1，则根据各AP的RSS及负载状况，选择接入AP ;若Map=I，且该AP负载低于门限值，则接入该AP ;若Map=O,则判断候选RS集中是否存在满足业务需求的RS，记候选RS集中RS数目为Nks，若NKS>1，则基于RS优化选择方法选择最优接入RS ;若Nes=I,且RS的负载及该RS当前关联AP负载低于负载门限值，则接入该RS ;若Nks=O,则此次通信请求失败。
4.根据权利要求3所述的选择装置，其特征在于，对于Map>1，根据Qapdi= a JSSm+ a 2 (1-Lm)，评估各候选AP性能，选择最大Qapdi对应的AP作为目标接入AP，其中，Lm为第m个AP的负载值，RSSm为用户接收到来自第m个AP的RSS，a2为标识RSS及负载状况在AP性能评估中的权重。
5.根据权利要求3所述的选择装置，其特征在于，基于RS优化选择方法选择最优接入RS具体包括:若NKS>1，则根据各RS的位置、运动速度及其关联AP的负载状况，选择接A RS,调用
6.根据权利要求4所述的选择装置，其特征在于，根据切换控制模块确定切换目标AP具体包括:已接入AP的用户周期性评估候选AP集中的RSS及负载状况，若确定邻近AP的RSS及负载性能更优，则启动基于切换的负载均衡机制，执行切换至目标AP。
7.一种车联网中支持多跳WLAN的移动用户MN接入终端选择方法，其特征在于，包括:监测模块监测MN所关联接入点AP周期性广播的Beacon消息，监测用户所关联中继节点RS周期性广播的RelayAdv消息,并传送至信息收集模块；信息收集模块根据Beacon消息进行AP信息的收集，根据RelayAdv消息进行RS信息的收集；业务感知模块感知用户业务QoS需求；信息分析处理模块根据信息收集模块及业务感知模块的数据，确定候选AP/RS集，并传送至切换控制模块及接入选择模块；接入选择模块根据信息分析处理模块的信息，对用户的业务特性、候选AP及 RS的状态信息进行评估，选择接入模式及最佳AP/RS ;切换控制模块根据信息分析处理模块输出AP信息，对接入网络用户当前的各候选AP的性能进行评估，若满足切换条件，则执行切换；接入模块根据接入选择模块确定的最佳目标AP，执行AP接入，根据确定的最佳目标RS，执行基于RRTS/CRTS的RS接入；切换执行模块根据切换控制模块确定的切换目标APdARAP间的切换。
8.根据权利要求7所述的选择方法，其特征在于，信息分析处理模块确定候选AP/RS集包括:根据用户邻近AP的状态信息判断该AP是否满足用户业务需求，若满足> Hrcq，I):: < I) PERap ( PERreq,则该AP为候选AP ;根据用户邻近RS及其所关联AP的状态信息，确定两跳链路可用带宽"=mm(B:,BZ)，连接延时” =max(/)^, /)；:；:)，误包率PERlink=Hiax (PERes, PERap)，判断该链路是否满足用户业务特性，若 Blink 彡 Breq, Dlink ( Dreq, PERlink ( PERreq,则该 RS 为候选 RS0
9.根据权利要求7所述的选择方法，其特征在于，接入模块接入选择具体为:如候选AP集中AP数目为Map，若MAP>1，则根据各AP的RSS及负载状况，选择接入AP ;若Map=I，且该AP负载低于门限值，则接入该AP ;若Map=O,则判断候选RS集中是否存在满足业务需求的RS，记候选RS集中RS数目为Nks，若NKS>1，则基于RS优化选择方法选择最优接入RS ;若Nes=I,且RS的负载及该RS当前关联AP负载低于负载门限值，则接入该RS ;若Nks=O,则此次通信请求失败。
10.根据权利要求9所述的选择方法，其特征在于，对于Map>1，根据Qapdi= a JSSm+ a 2 (1-Lm)，评估各候选AP性能，选择最大Qapdi对应的AP作为目标接入AP，其中，Lm为第m个AP的负载值，RSSm为用户接收到来自第m个AP的RSS，a2为标识RSS及负载状况在AP性能评估中的权重。
11.根据权利要求9所述的选择方法，其特征在于，基于RS优化选择方法选择最优接入RS具体包括:若Nks>1，则根据各RS的位置、运动速度及其关联AP的负载状况，选A>y Av PIrRlhlk ,..择接入RS，调用(/ =A-+.-+ A J)rn! + PJ:广，评估各候选RS性能,选择最 K 2virax /jAAj11,,,小QKSn对应的RS作为目标接入RS，其中，用户与第n个RS之间链路PER为/Wf,第n个RS与其关联AP之间链路PER为则用户经第n个RS与AP相连的链路PER为:PERlnk = max(PE!C,PERf)，第n个RS及其关联AP的链路负载值分别为if及Zf ,用户经第n个RS与AP相连的链路负载值为Zft =max(Zf)，A d、A V分别为发起接入用户与RS间的距离与相对速度为传输范围，Pniax为最大可容忍误包率，Vniax为车辆最大速度，P4为标识RS与用户间的距离、速度、误包率及负载状况的权重。
12.根据权利要求9所述的选择方法，其特征在于，根据切换控制模块确定切换目标AP具体包括:已接入AP的用户周期性评估候选AP集中的RSS及负载状况，若确定邻近AP的RSS及负载性能更优，则 启动基于切换的负载均衡机制，执行切换至目标AP。
全文摘要
本发明涉及智能交通领域车联网接入选择技术，公开一种支持多跳WLAN的用户接入终端选择装置及方法。收集周围可用AP及RS的状态信息，信息分析处理模块，对业务需求以及各类信息进行分析处理，对新用户的业务特性、候选AP及RS的状态信息进行综合评估，实现接入模式以及最佳AP/RS的选择，对已接入网络用户当前的各候选AP的综合性能进行评估，实现切换控制。本发明支持在车联网混合通信场景下移动用户接入模式以及最佳AP/RS的选择，并通过接入选择以及切换控制实现各AP间的负载均衡，提高网络的综合性能及用户QoS满意度。
文档编号H04W84/12GK103209447SQ20131006792
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者柴蓉, 冉丽丽, 陈前斌 申请人:重庆邮电大学