车联网V2V通信中实现低时延通信的消息转发方法与流程

本发明涉及车联网中的智能交通技术，尤其是涉及一种车联网v2v通信中实现低时延通信的消息转发方法。

背景技术：

随着社会经济的快速发展，道路交通安全问题日益突出。面对频发的交通事故，采用提升交通基础设施质量、加强交通安全教育等传统方法减少道路交通事故的空间已越来越有限，随着信息通信技术的发展，通过车辆与车辆、车辆与基础设施之间的通信来加强人们对车辆周围环境的判断，当探测到道路危险情况发生时，向驾驶员提供及时的预警，来避免交通碰撞成为当前国内外研究机构和企业的研究热点，人们将这种技术称为v2x车联网。v2x车联网是实现智能交通的重要通信技术之一。因为车联网通信环境复杂，交通密度大，而且信道特性随时间和空间变化较快，很容易造成消息丢失和较大的通信延迟，很不利于驾驶员及时的获取周围道路信息以及可能出现的佳通世故。因此v2x车联网对时延提出了严格的要求，要求紧急消息能够尽快的从信源处分发出去，提醒驾驶员做出及时应变。

目前在v2x低时延技术的研究中，主要考虑从帧结构设计、接入流程优化和端到端通信流程简化方面来分别减小空口传输时延、接入时延以及端到端时延。考虑到端到端通信时延跟中间节点转发次数以及每跳时延有关，而车辆网通信环境交通密度较大，消息需要经过大量的转发才能成功到达新宿，不仅会造成时延过大，而且会造成大量不必要的通信开销。所以，需要提出一种新的消息转发方法。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种降低网络转发时延的车联网v2v通信中实现低时延通信的消息转发方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种车联网v2v通信中实现低时延通信的消息转发方法，该消息转发方法应用于车联网中，所述车联网中的每一车辆维护有一fa区域和一相邻车辆能力值表，所述fa区域内具有候选转发节点，所述消息转发方法包括以下步骤：

某一车辆转发紧急消息时，通过握手过程选择下一跳转发节点，所述握手过程为：需转发紧急消息的车辆为本车，本车向本车的fa区域内的候选转发节点发送请求发送信息，各候选转发节点向本车竞争回复停止发送信息，本车以最先回复所述停止发送信息的一候选转发节点作为下一跳转发节点，除所述下一跳转发节点外的其它节点均为保持监听状态的普通节点。

所述fa区域通过以下方式周期性确定：

获取本车的有效通信范围r，从同方向有效通信范围r之内距离本车最远的车辆开始，向靠近本车的方向将长度为αr的一段区域划分为fa区域，α为范围在(0,1)内的变量。

所述有效通信范围r依据道路条件和车辆密度设置。

所述相邻车辆能力值表保存有各相邻车辆的通信能力值，该通信能力值周期性更新。

通信能力值考虑影响车辆转发能力的车辆状态信息计算获得；

所述车辆状态信息包括车辆速度、天线高度和发射功率。

根据所述相邻车辆能力值表获得所述fa区域内各车辆的通信能力值，将通信能力值大于通信能力阈值的车辆设置为候选转发节点。

本车选择下一跳转发节点后，向该下一跳转发节点转发紧急消息，判断是否收到该下一跳转发节点转发成功反馈，若是，则本车的转发过程结束，若否，则重新选择另一下一跳转发节点。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明基于城市多跳广播协议，通过选择骨干车辆转发减少转发次数，通过快速选择下一跳转发节点减小一跳时延，从而达到降低网络转发时延的目的。

2)基于相邻车辆位置信息划分fa(fararea)区域，减少候选转发节点，提高效率，同时能够降低划分fa区域造成的时延。

3)为了进一步减小候选转发节点范围，本发明设置了通信能力值阈值，淘汰fa内通信能力值较低的车辆，并将通信能力值在阈值以上的车辆标记为候选转发车辆节点，进行一步提高效率，而且能够削弱车辆密度对一跳时延的影响。

4)本发明选择最先回复停止发送信息的候选转发节点作为唯一的下一跳转发节点转发消息，转发节点功能强。

5)本发明对所选择的下一跳转发节点的反馈信息进行判断，可靠性高。

附图说明

图1为本发明应用示意图；

图2为本发明fa划分示意图；

图3为本发明消息转发流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种车联网v2v通信中实现低时延通信的消息转发方法，某一车辆转发紧急消息时，通过握手过程选择下一跳转发节点，从而实现低时延、高可靠性的消息转发。

1.通信场景

本方法依据骨干车辆进行转发。具体通信场景模型如图1所示，图中f1、f2为转发节点间的转发路径。考虑城市公路同方向双车道v2v通信场景，每辆处于v2v通信中的车辆配置都有obu(on-boardunit)，且在每个obu上都安装有无线接口，依据道路条件和车辆密度为车辆设置有效通信范围(r)，该通信范围可灵活设定。此外，每辆处于通信范围中的车都可以通过gps和数字地图获取相邻车辆节点的位置和距离。

车辆能够通过周期性的广播消息，获得实时的相邻车辆节点位置信息，能够通过相邻车辆的速度、天线高度、发射功率等影响通信能力的主要性能因素，计算得到相邻车辆节点的通信能力值(competencyvalue，cv)，并建立相应的能力值表，并在下一次问候消息交换时进行更新。

2.fa划分

本方法基于邻居车辆节点位置信息，从同方向通信范围r之内距离自己最远的车辆开始，向靠近自己的方向将长度为αr的一段区域划分为fa(fararea)，如图2所示。α是一个范围在(0,1)之内的变量，可根据具体路段和交通密度自适应调整。其他两段分别为na(neararea)和无车辆区域。理论上仅fa中的车辆作为候选转发节点参与下一跳转发节点竞争接入过程。为了进一步减小候选转发节点范围，设置通信能力值阈值，淘汰fa内通信能力值较低的车辆，并将通信能力值在阈值以上的车辆标记为候选转发节点。

3.下一跳转发节点选择过程

基于图2的fa划分方式，本方法采用erts/ects握手过程实现下一跳转发节点的竞争接入过程。如图3所示，具体说明如下：

步骤1：信源车辆发现紧急情况，生成紧急消息em，并开始紧急消息分发过程；

步骤2：信源车辆依据相邻车辆位置信息划分fa，并向fa中的候选转发车辆发送erts(请求发送信息)；

步骤3：对fa中的车辆进行能力值判定，如果通信能力值在阈值之上，则作为候选转发节点竞争回复ects(停止发送信息)，如果通信能力值在阈值之下，则判定为普通车辆节点，不参与竞争接入过程；

步骤4：信源车辆接收ects并进行判断，如果某一候选转发节点第一个回复ects，则判定其为唯一的候选转发节点，进行下一跳转发；反之，则判定该转发节点竞争失败，作为普通车辆节点保持接收状态。

步骤5：竞争接入成功的转发节点接收紧急消息，并向信源发送反馈信息。

步骤6：如果紧急消息成功转发，则该转发过程结束，按照上述规则重复下一跳转发节点选择。如果紧急消息转发失败，则判定该转发节点失效，需要重新选择下一跳转发节点。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。