一种车辆混合通信时的切换方法及其系统与流程

本发明涉及数据传输方法，更具体地说是指一种车辆混合通信时的切换方法及其系统。

背景技术：

随着车联网日新月异的发展，车载用户对信息的需求量急剧增加。在低时延和高可靠的条件下，数据量高达几十兆甚至上百兆的娱乐信息和车载软件的传输引起了越来越多的研究者的关注。

为了缓解中心服务器的压力，一些数据更多的被缓存到路边的路边单元(rsu)或者行驶的车辆上，有服务需求的车辆可以就近选择接入点进行数据的下载，从而提升了信息的分享率并减少了用户的等待时间。另外，在一般情况下v2i(车辆与基础设施)通信相较于v2v(车辆与车辆)通信连接更稳定且传输速率更快，从而是优先采用的通信模式，此方案的提出是基于路段未能得到rsu完全覆盖，并且车辆的车速不同时，尤其是多车道场景下，车辆可以更加快速高效的从周围缓存了目标数据的rsu或车辆那里下载数据，但是目前这两种方式无法自由切换，无法满足低时延和高可靠的基本需求，若强制切换，会导致切换次数很多，增加传输开销。

因此，有必要设计一种车辆混合通信时的切换方法，实现满足低时延和高可靠的基本需求，且减少切换次数，节约了传输开销。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种车辆混合通信时的切换方法及其系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种车辆混合通信时的切换方法，所述方法包括：

获取数据下载请求；

判断目标车辆是否处于rsu的覆盖范围之内；

若目标车辆处于rsu的覆盖范围之内，则进行v2i通信；

若目标车辆不处于rsu的覆盖范围之内，则进行v2v通信；

判断同车道是否存在已缓存数据的车辆；

若同车道存在已缓存数据的车辆，则选择距离目标车辆最近的已缓存数据的车辆建立连接；

若同车道不存在已缓存数据的车辆，则获取慢车道以及快车道的车辆，选择单次通信时长最长的车辆建立连接。

其进一步技术方案为：进行v2i通信的步骤，包括以下具体步骤：

向rsu发出数据下载的请求；

判断rsu是否缓存所需数据；

若是，则建立目标车辆与rsu的连接，进行数据下载；

若否，则调度数据至rsu，建立目标车辆与rsu的连接，进行数据下载，并告知附近的rsu缓存所需数据。

其进一步技术方案为：进行v2v通信的步骤，包括以下具体步骤：

获取广播的数据下载请求以及数据包；

根据数据下载请求反馈对应的信息；

对反馈的信息进行整理和分析。

其进一步技术方案为：根据数据下载请求反馈对应的信息的步骤，所述信息包括缓存信息、位置信息以及车速信息中至少一个。

其进一步技术方案为：获取慢车道以及快车道的车辆，选择单次通信时长最长的车辆建立连接的步骤，包括以下具体步骤：

获取慢车道以及快车道的车辆信息；

记录慢车道在通信范围内最前方的缓存车辆的位置与车速；

记录快车道在通信范围内最后方的缓存车辆的位置与车速；

获取慢车道在通信范围内最前方的缓存车辆的位置与快车道在通信范围内最后方的缓存车辆的位置的距离之差，获取慢车道在通信范围内最前方的缓存车辆的速度与快车道在通信范围内最后方的缓存车辆的位置的速度之差；

根据距离之差以及速度之差获取两者的商值，筛选商值最大者作为单次通信时间最长的车辆，并与目标车辆建立连接，进行数据传输。

本发明还提供了一种车辆混合通信时的切换系统，包括请求获取单元、位置判断单元、v2i通信单元、v2v通信单元、同车道判断单元、第一选择单元以及第二选择单元；

所述请求获取单元，用于获取数据下载请求；

所述位置判断单元，用于判断目标车辆是否处于rsu的覆盖范围之内；

所述v2i通信单元，用于若目标车辆处于rsu的覆盖范围之内，则进行v2i通信；

所述v2v通信单元，用于若目标车辆不处于rsu的覆盖范围之内，则进行v2v通信；

所述同车道判断单元，用于判断同车道是否存在已缓存数据的车辆；

所述第一选择单元，用于若同车道存在已缓存数据的车辆，则选择距离目标车辆最近的已缓存数据的车辆建立连接；

所述第二选择单元，用于若同车道不存在已缓存数据的车辆，则获取慢车道以及快车道的车辆，选择单次通信时长最长的车辆建立连接。

其进一步技术方案为：所述v2i通信单元包括请求发出模块、数据缓存判断模块、rsu连接建立模块以及调度模块；

所述请求发出模块，用于向rsu发出数据下载的请求；

所述数据缓存判断模块，用于判断rsu是否缓存所需数据；

所述rsu连接建立模块，用于若是，则建立目标车辆与rsu的连接，进行数据下载；

所述调度模块，用于若否，则调度数据至rsu，建立目标车辆与rsu的连接，进行数据下载，并告知附近的rsu缓存所需数据。

其进一步技术方案为：所述v2v通信单元包括广播获取模块、反馈模块以及处理模块；

所述广播获取模块，用于获取广播的数据下载请求以及数据包；

所述反馈模块，用于根据数据下载请求反馈对应的信息；

所述处理模块，用于对反馈的信息进行整理和分析。

其进一步技术方案为：所述第二选择单元包括车辆信息获取模块、慢车道记录模块、快车道记录模块、差值获取模块以及商值获取模块；

所述车辆信息获取模块，用于获取慢车道以及快车道的车辆信息；

所述慢车道记录模块，用于记录慢车道在通信范围内最前方的缓存车辆的位置与车速；

所述快车道记录模块，用于记录快车道在通信范围内最后方的缓存车辆的位置与车速；

所述差值获取模块，用于获取慢车道在通信范围内最前方的缓存车辆的位置与快车道在通信范围内最后方的缓存车辆的位置的距离之差，获取慢车道在通信范围内最前方的缓存车辆的速度与快车道在通信范围内最后方的缓存车辆的位置的速度之差；

所述商值获取模块，用于根据距离之差以及速度之差获取两者的商值，筛选商值最大者作为单次通信时间最长的车辆，并与目标车辆建立连接，进行数据传输。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的一种车辆混合通信时的切换方法，通过判断目标车辆的位置、rsu内数据的缓存情况以及同车道、快车道以及慢车道的车辆内缓存的数据情况，目标车辆根据判断结果与对应的对象建立连接，进行数据的传输，合理选择v2v和v2i的通信方式来进行高效的数据下载，满足低时延和高可靠的基本需求，且使得总的切换次数尽可能达到最小，节约了传输开销。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明具体实施例提供的一种车辆混合通信时的切换方法的流程图；

图2为本发明具体实施例提供的进行v2i通信的流程图；

图3为本发明具体实施例提供的进行v2v通信的流程图；

图4为本发明具体实施例提供的获取慢车道以及快车道的车辆并选择单次通信时长最长的车辆建立连接的流程图；

图5为本发明具体实施例提供的一种车辆混合通信时的切换方法的模型示意图；

图6为本发明具体实施例提供的一种车辆混合通信时的切换系统的结构框图；

图7为本发明具体实施例提供的v2i通信单元的结构框图；

图8为本发明具体实施例提供的v2v通信单元的结构框图；

图9为本发明具体实施例提供的第二选择单元的结构框图。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1～9所示的具体实施例，本实施例提供的一种车辆混合通信时的切换方法，可以运用在多车道的数据下载过程中，实现满足低时延和高可靠的基本需求，且减少切换次数，节约了传输开销。

如图1所示，本实施例还提供了一种车辆混合通信时的切换方法，该方法包括：

s1、获取数据下载请求；

s2、判断目标车辆是否处于rsu的覆盖范围之内；

s3、若目标车辆处于rsu的覆盖范围之内，则进行v2i通信；

s4、若目标车辆不处于rsu的覆盖范围之内，则进行v2v通信；

s5、判断同车道是否存在已缓存数据的车辆；

s6、若同车道存在已缓存数据的车辆，则选择距离目标车辆最近的已缓存数据的车辆建立连接；

s7、若同车道不存在已缓存数据的车辆，则获取慢车道以及快车道的车辆，选择单次通信时长最长的车辆建立连接。

上述的s1步骤以及s2步骤，具体是由目标车辆产生数据下载的请求，并根据目标车辆所处位置是否处理rsu覆盖范围来进行通信通道的选择，之所以先判断目标车辆所处位置是否处于rsu覆盖范围，是v2i(车辆与基础设施)通信相较于v2v(车辆与车辆)通信连接更稳定且传输速率更快，是优先采用的通信模式，多车道场景下，车辆可以更加快速高效的从周围缓存了目标数据的rsu或车辆那里下载数据，满足低时延和高可靠的基本需求。

更进一步地，在某些实施例中，上述的s3步骤，进行v2i通信的步骤，包括以下具体步骤：

s31、向rsu发出数据下载的请求；

s32、判断rsu是否缓存所需数据；

s33、若是，则建立目标车辆与rsu的连接，进行数据下载；

s34、若否，则调度数据至rsu，建立目标车辆与rsu的连接，进行数据下载，并告知附近的rsu缓存所需数据。

若当前的rsu内已缓存了目标车辆所需的数据，则直接建立目标车辆与rsu的连接即可，若当前的rsu内还未缓存目标车辆所需的数据，则需要从因特网调度数据中rsu，再建立连接，与之同时，rsu通过后台网络告知附近的rsu提前进行相应数据的缓存，使得车辆在v2v通信时的切换次数达到最小。

更进一步地，在某些实施例中，上述的s4步骤，进行v2v通信的步骤，包括以下具体步骤：

s41、获取广播的数据下载请求以及数据包；

s42、根据数据下载请求反馈对应的信息；

s43、对反馈的信息进行整理和分析。

目标车辆以广播的形势向周围车辆发送数据下载的请求并携带数据包，发送的数据包包含请求文件的信息、车辆自身的车牌信息、位置信息等。在其通信范围内缓存了此数据的车辆收到请求后向其反馈自己的缓存信息、位置(车距)信息、车速信息等。目标车辆对在提前设置好的时间门限内收到的反馈信息进行整理和分析。

更进一步地，在某些实施例中，上述的s7步骤，获取慢车道以及快车道的车辆，选择单次通信时长最长的车辆建立连接的步骤，包括以下具体步骤：

s71、获取慢车道以及快车道的车辆信息；

s72、记录慢车道在通信范围内最前方的缓存车辆的位置与车速；

s73、记录快车道在通信范围内最后方的缓存车辆的位置与车速；

s74、获取慢车道在通信范围内最前方的缓存车辆的位置与快车道在通信范围内最后方的缓存车辆的位置的距离之差，获取慢车道在通信范围内最前方的缓存车辆的速度与快车道在通信范围内最后方的缓存车辆的位置的速度之差；

s75、根据距离之差以及速度之差获取两者的商值，筛选商值最大者作为单次通信时间最长的车辆，并与目标车辆建立连接，进行数据传输。

上述的快车道以及慢车道具体是由车辆的车速决定的，当车辆的车速大于目标车辆的车速，则该车辆所在的车道为快车道，反之，则为慢车道，快车道与慢车道根据车辆的速度不同而定义在不同的车道上。

在一段未被rsu完全覆盖的且多车道的路段内，rsu和车辆都以一定概率缓存了数据，基于ieee802.11p/1609协议，目标车辆合理选择v2v和v2i的通信方式来进行数据的下载，从而满足低时延和高可靠的基本需求，且可以使得总的切换次数尽可能达到最小，从而节约了传输开销。

目标车辆按照以上的步骤重新进行车辆的搜索和选取直到完成数据的下载。

本实施例的一种车辆混合通信时的切换方法基于如图2所示的模型实现，该模型包括有路边单元(即rsu)、车辆、快车道、中间车道以及慢车道，其中，该路边单元按照一定间隔部署在道路两侧，缓存了一定的数据文件。同时可以接入因特网进行数据的调度。行驶在车道上的车辆，且缓存了一定的数据，互相之间可以通过v2v的方式实现数据传输。快车道为最左侧的车道，车辆的速度范围最大。中间车道为道路中央的车道，车辆的速度范围适中。慢车道为最右侧的车道，车辆的速度范围最小。

在车辆与车辆建立连接或者车辆与rsu建立连接的时候，都会进行身份的验证，对于车辆和基础设施之间的身份认证过程依次为：系统初始化、初次握手、消息签名和消息认证；车辆和车辆之间的身份认证过程依次为：群密钥生成、群消息签名和群消息认证。

上述的一种车辆混合通信时的切换方法，通过判断目标车辆的位置、rsu内数据的缓存情况以及同车道、快车道以及慢车道的车辆内缓存的数据情况，目标车辆根据判断结果与对应的对象建立连接，进行数据的传输，合理选择v2v和v2i的通信方式来进行高效的数据下载，满足低时延和高可靠的基本需求，且使得总的切换次数尽可能达到最小，节约了传输开销。

如图6所示，本实施例还提供了一种车辆混合通信时的切换系统，其包括请求获取单元1、位置判断单元2、v2i通信单元3、v2v通信单元4、同车道判断单元5、第一选择单元6以及第二选择单元7。

请求获取单元1，用于获取数据下载请求。

位置判断单元2，用于判断目标车辆是否处于rsu的覆盖范围之内。

v2i通信单元3，用于若目标车辆处于rsu的覆盖范围之内，则进行v2i通信。

v2v通信单元4，用于若目标车辆不处于rsu的覆盖范围之内，则进行v2v通信。

同车道判断单元5，用于判断同车道是否存在已缓存数据的车辆。

第一选择单元6，用于若同车道存在已缓存数据的车辆，则选择距离目标车辆最近的已缓存数据的车辆建立连接。

第二选择单元7，用于若同车道不存在已缓存数据的车辆，则获取慢车道以及快车道的车辆，选择单次通信时长最长的车辆建立连接。

对于上述的请求获取单元1以及位置判断单元2而言，具体是由目标车辆产生数据下载的请求，并根据目标车辆所处位置是否处理rsu覆盖范围来进行通信通道的选择，之所以先判断目标车辆所处位置是否处于rsu覆盖范围，是v2i(车辆与基础设施)通信相较于v2v(车辆与车辆)通信连接更稳定且传输速率更快，是优先采用的通信模式，多车道场景下，车辆可以更加快速高效的从周围缓存了目标数据的rsu或车辆那里下载数据，满足低时延和高可靠的基本需求。

更进一步地，在某些实施例中，上述的v2i通信单元3包括请求发出模块31、数据缓存判断模块32、rsu连接建立模块33以及调度模块34。

请求发出模块31，用于向rsu发出数据下载的请求。

数据缓存判断模块32，用于判断rsu是否缓存所需数据。

rsu连接建立模块33，用于若是，则建立目标车辆与rsu的连接，进行数据下载。

调度模块34，用于若否，则调度数据至rsu，建立目标车辆与rsu的连接，进行数据下载，并告知附近的rsu缓存所需数据。

若当前的rsu内已缓存了目标车辆所需的数据，则直接建立目标车辆与rsu的连接即可，若当前的rsu内还未缓存目标车辆所需的数据，则需要从因特网调度数据中rsu，再建立连接，与之同时，rsu通过后台网络告知附近的rsu提前进行相应数据的缓存，使得车辆在v2v通信时的切换次数达到最小。

更进一步地，在某些实施例中，上述的v2v通信单元4包括广播获取模块41、反馈模块42以及处理模块43。

广播获取模块41，用于获取广播的数据下载请求以及数据包。

反馈模块42，用于根据数据下载请求反馈对应的信息。

处理模块43，用于对反馈的信息进行整理和分析。

目标车辆以广播的形势向周围车辆发送数据下载的请求并携带数据包，发送的数据包包含请求文件的信息、车辆自身的车牌信息、位置信息等。在其通信范围内缓存了此数据的车辆收到请求后向其反馈自己的缓存信息、位置(车距)信息、车速信息等。目标车辆对在提前设置好的时间门限内收到的反馈信息进行整理和分析。

更进一步地，在某些实施例中，上述的第二选择单元7包括车辆信息获取模块71、慢车道记录模块72、快车道记录模块73、差值获取模块74以及商值获取模块75。

车辆信息获取模块71，用于获取慢车道以及快车道的车辆信息。

慢车道记录模块72，用于记录慢车道在通信范围内最前方的缓存车辆的位置与车速。

快车道记录模块73，用于记录快车道在通信范围内最后方的缓存车辆的位置与车速。

差值获取模块74，用于获取慢车道在通信范围内最前方的缓存车辆的位置与快车道在通信范围内最后方的缓存车辆的位置的距离之差，获取慢车道在通信范围内最前方的缓存车辆的速度与快车道在通信范围内最后方的缓存车辆的位置的速度之差。

商值获取模块75，用于根据距离之差以及速度之差获取两者的商值，筛选商值最大者作为单次通信时间最长的车辆，并与目标车辆建立连接，进行数据传输。

上述的快车道以及慢车道具体是由车辆的车速决定的，当车辆的车速大于目标车辆的车速，则该车辆所在的车道为快车道，反之，则为慢车道，快车道与慢车道根据车辆的速度不同而定义在不同的车道上。

在一段未被rsu完全覆盖的且多车道的路段内，rsu和车辆都以一定概率缓存了数据，基于ieee802.11p/1609协议，目标车辆合理选择v2v和v2i的通信方式来进行数据的下载，从而满足低时延和高可靠的基本需求，且可以使得总的切换次数尽可能达到最小，从而节约了传输开销。

本实施例的一种车辆混合通信时的切换系统基于如图2所示的模型实现，该模型包括有路边单元(即rsu)、车辆、快车道、中间车道以及慢车道，其中，该路边单元按照一定间隔部署在道路两侧，缓存了一定的数据文件。同时可以接入因特网进行数据的调度。行驶在车道上的车辆，且缓存了一定的数据，互相之间可以通过v2v的方式实现数据传输。快车道为最左侧的车道，车辆的速度范围最大。中间车道为道路中央的车道，车辆的速度范围适中。慢车道为最右侧的车道，车辆的速度范围最小。

在车辆与车辆建立连接或者车辆与rsu建立连接的时候，都会进行身份的验证，对于车辆和基础设施之间的身份认证过程依次为：系统初始化、初次握手、消息签名和消息认证；车辆和车辆之间的身份认证过程依次为：群密钥生成、群消息签名和群消息认证。

上述的一种车辆混合通信时的切换系统，通过判断目标车辆的位置、rsu内数据的缓存情况以及同车道、快车道以及慢车道的车辆内缓存的数据情况，目标车辆根据判断结果与对应的对象建立连接，进行数据的传输，合理选择v2v和v2i的通信方式来进行高效的数据下载，满足低时延和高可靠的基本需求，且使得总的切换次数尽可能达到最小，节约了传输开销。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。