车联网通信中基于骨干车辆转发的低时延传输方法与流程

本发明涉及无线通信领域，具体涉及无线通信网络下的传输方案，尤其是涉及一种车联网通信中基于骨干车辆转发的低时延传输方法。

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地获取周围道路信息以及可能出现的交通事故。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。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。

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车联网通信中基于骨干车辆转发的低时延传输方法，减少转发节点，从而实现降低端到端时延的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种车联网通信中基于骨干车辆转发的低时延传输方法，应用于高速公路环境下的v2v通信场景，该方法在某一车辆接收到新事件消息时，向有效通信范围内的所有相邻车辆转发该新事件消息，同时根据各相邻车辆的通信能力值，选取并激活当前通信能力值最高的一相邻车辆作为骨干车辆，其它相邻车辆为普通车辆，仅骨干车辆转发所述新事件消息，普通车辆仅接收所述新事件消息。

各车辆周期性地向相邻车辆发送问候消息，相互交换更新状态信息和通信能力值。

所述状态信息包括位置、速度、发射功率和天线高度。

所述通信能力值的计算基于所有影响转发能力的因素。

在激活一相邻车辆作为骨干车辆并向该骨干车辆发送所述新事件消息，根据接收到的所述骨干车辆的反馈消息判断该骨干车辆是否为失效节点，若是，则重新选择并激活当前通信能力值排名第二的一相邻车辆作为骨干车辆，依此类推，直至转发成功。

所述有效通信范围依据道路条件和车辆密度设定。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明为每个处于v2v通信范围之内的相邻车辆计算通信能力值(cv)，建立相应的能力值表，源节点车辆选择其所在范围内能力值最高的节点作为唯一的转发节点向该范围之外转发数据，能节省大量的转发，从而实现每个通信范围区域一个转发节点，大幅度减小转发次数，实现低时延的端到端通信；

(2)本发明通过消息反馈监控该转发节点的接收状态，如果接收失败，则直接判定该转发节点失效，然后激活能力值第二高的车辆作为唯一的转发节点转发数据，实现低时延的同时，能保证消息被可靠接收。

附图说明

图1为本发明v2v通信骨干车辆转发场景示意图；

图2为本发明v2v通信消息转发流程示意图。

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。

本发明提供一种车联网通信中基于骨干车辆转发的低时延传输方法，通过骨干车辆转发消息减少转发节点，从而降低转发时延，实现低时延通信。

1.通信场景

本方案提出的基于骨干车辆转发的低时延通信方案场景模型如图1所示。考虑高速公路同方向双车道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。

v2v通信场景中的车辆周期性的发送问候消息，相互交换位置、速度、发射功率以及天线高度等状态信息，每辆车综合考虑影响车辆转发能力的各种状态信息，按照一定的规则计算得到相邻车辆的通信能力值，并在下一次问候消息交换时进行更新。

s是信源车辆，f1、f2为骨干车辆b之间的转发路径，v为普通车辆。

2.消息转发流程

对于通信场景中的消息转发流程，下面给出详细说明。在转发之前，首先s通过周期性的问候消息能够获知其通信范围r之内所有相邻车辆的速度、天线高度等状态信息，并按照一定的规则综合考虑所有影响转发能力的各种因素(可灵活设定)计算得到所有相邻车辆的通信能力值(cv)，该通信能力值可以用信道容量、带宽、接收和发射功率等综合表示，并建立相应的能力值表。通过对能力值的比较，s能获知其所在范围内能力值最高的车辆为f1，即骨干车辆。如图2所示，在s发现紧急情况之后，消息转发步骤如下：

步骤1：一旦s发现紧急情况，就产生一个紧急消息(em)，并分发给所有的相邻车辆。

步骤2：s根据当前能力值表对每辆车的能力值做出判定，如果该车辆能力值最大，就激活该车辆作为骨干车辆，如图1中f1。反之，则判定该车辆为普通车辆，仅接收信源发送的消息而不进行转发。

步骤3：f1接收到紧急消息和激活信息之后，就立即向信源回传一个反馈信息(ack/nack)。

步骤4：s收到反馈信息之后，对反馈信息作出判定，如果反馈信息为ack，表示f1成功接收到em，那么s就不再选择转发节点转发消息。如果反馈信息为nack，表示f1未成功接收em，s就判定f1失效。

步骤5：f1失效后，s从剩余的车辆中按照步骤1、2、3重新选择骨干车辆转发消息。

步骤6：骨干车辆成功作为唯一的转发节点转发消息之后，就作为新的信源节点重复以上步骤选择f2继续向远处转发消息，直到消息到达所有车辆。

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。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种车联网通信中基于骨干车辆转发的低时延传输方法，应用于高速公路环境下的V2V(vehicle to vehicle)通信场景，该方法在某一车辆接收到新事件消息时，向有效通信范围内的所有相邻车辆转发该新事件消息，同时根据各相邻车辆的通信能力值，选取并激活当前通信能力值最高的一相邻车辆作为骨干车辆，其它相邻车辆为普通车辆，仅骨干车辆转发所述新事件消息，普通车辆仅接收所述新事件消息。与现有技术相比，本发明通过骨干车辆转发消息减少转发节点，从而降低转发时延，实现低时延通信。

技术研发人员：郭爱煌;闫嘉川
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2017.06.27
技术公布日：2017.09.29