[0001]
本发明属于高速公路场景下的车联网络技术领域，尤其涉及一种高吞吐量车联网路边单元部署方法、系统、介质及应用。
背景技术：[0002]
目前：随着智能网联汽车以及物联网技术的发展，汽车已经不再仅仅是由控制器和执行器组成的代步工具。车车互联、车路协同已经成为提升汽车出行效率，降低汽车事故率的不二选择。以汽车车载单元(onboard unit，obu)、路边单元(road side unit，rsu)组成的车联网已经成为未来城市交通和汽车升级的主流目标。在车联网场景中，车辆的移动是受到道路拓扑结构限制的，而道路结构的多样性以及汽车的高速移动都对车联网的性能分析和优化都有不可忽视的影响。高速公路场景中汽车移动速度较快，事故后果严重，在车联网部署的过程中要尽可能的提升网络吞吐量，保证信息传输的畅通，因此rsu在高速公路上的部署方法的研究是车联网中有待研究的关键问题之一。
[0003]
车联网中，车辆移动速度较快，拓扑结构变化频繁，车辆间的通信可能由于信道的不稳定导致网络吞吐量降低。为了解决这个问题，车联网的通信需要rsu的辅助，即在汽车行驶的道路一侧部署rsu，汽车在发送和接收数据时，将所有的rsu作为中继节点。汽车首先将信息发送至最近的rsu，rsu之间进行信息传递，当rsu附近有其它汽车时再将此信息发送给该汽车。通过rsu的辅助传输，车联网中的所有汽车都可以实现信息共享。
[0004]
车联网通信采用ieee802.11p协议，也被称作wave(wireless access in the vehicular environment)，主要用于专用短程通信(dedicated short range communications，dsrc)，应用的层面包括高速的车辆之间以及车辆与标准rsu之间的数据交换，通信频率在5.9千兆赫(5.85-5.925千兆赫)波段。rsu价格昂贵通信距离较小，一个可用的通信节点大约需要十五万元人民币，而通信范围仅仅大约300米。在高速公路这种长距离大范围的车联网通信场景中rsu很难做到全面覆盖，所以如何利用数量有限的rsu尽可能的提升车联网的数据吞吐量是车联网系统落地必须要解决的问题。目前，常见的rsu部署策略为均匀部署，即将rsu等距离的部署于公路两旁。此种部署方法为考虑网络拓扑的变化、车辆的聚集等因素，可能导致在车辆稀疏的地区rsu长时间闲置，造成资源的浪费，而在车辆聚集的地区rsu的使用产生排队、数据堵塞等现象。本发明则充分的考虑了车辆分布的因素，利用较少的rsu实现了车联网的高吞吐量。
[0005]
到目前为止，很少有文献对高速公路上的车联网场景进行研究。
[0006]
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：如何利用数量有限的rsu尽可能的提升车联网的数据吞吐量是车联网系统落地必须要解决的问题。
[0007]
解决以上问题及缺陷的难度为：高速公路距离较长，传统的均匀部署方法部署rsu花费较高，且由于公路上坑能出现的车辆聚集等因素可能导致在车辆稀疏的地区rsu长时间闲置，造成资源的浪费，而在车辆聚集的地区rsu的使用产生排队、数据堵塞等现象。
[0008]
解决以上问题及缺陷的意义为：通过对rsu的合理部署，可以利用较少的rsu实现
较高的车联网数据吞吐量，降低车联网部署费用，提升车联网的数据吞吐量。
技术实现要素：[0009]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高吞吐量车联网路边单元部署方法、系统、介质及应用。
[0010]
本发明是这样实现的，一种高吞吐量车联网路边单元部署方法，所述高吞吐量车联网路边单元部署方法通过对rsu的部署位置的优化达到车联网高吞吐量，将高速公路进行分段，将每段公路的中间点作为rsu的候选部署点，每当需要部署新的rsu时，利用本发明提出的车联网覆盖率计算方法计算rsu分别部署于各个候选部署点的网络覆盖率，并将该路边单元放置于能使车联网覆盖率最大的候选部署点上，如此循环，直到所有rsu部署完毕。
[0011]
进一步，所述高吞吐量车联网路边单元部署方法包括以下步骤：
[0012]
第一步，以高速公路起点为原点，中央分隔带为x轴，垂直于x轴且通过坐标原点的直线为y轴建立坐标系；
[0013]
第二步，将所需要部署路边单元的高速公路平均分路段；
[0014]
第三步，将每段公路中央分隔带的中间点作为路边单元的可选部署点；
[0015]
第四步，设置向量，当部署点放置路边单元时，将向量初始化为零向量；
[0016]
第五步，当需要部署一个路边单元时，分别计算将该路边单元放置于不同的尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量；
[0017]
第六步，比较将路边单元分别放置于各个尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量，并将该路边单元放置于能使车联网总吞吐量最大的候选部署点上；
[0018]
第七步，如果还有路边单元需要部署，则跳至当需要部署一个路边单元时，分别计算将该路边单元放置于不同的尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量去继续部署下一个路边单元，直到所有路边单元完成部署。
[0019]
进一步，所述第一步通过建立直角坐标系来量化场景中的各个参数，以高速公路起点为原点，中央分隔带为x轴，垂直于x轴且通过坐标原点的直线为y轴建立坐标系，第i段高速公路的起始坐标用(s
i
,0)表示，则第i+1段高速公路的起始坐标用(s
i+1
,0)表示。
[0020]
进一步，所述第二步将所需要部署路边单元的高速公路平均分为n段，每段的距离用d来表示，用v
i
表示第i段的高速公路的车速，单向高速公路宽度用l表示。
[0021]
进一步，所述第三步将每段公路中央分隔带的中间点作为路边单元的候选部署点，共有n个部署点。
[0022]
进一步，所述第四步设置向量e＝(e1,e2...e
n
,...,e
n
)，当第n个路段的部署点放置路边单元时，e
n
＝1，否则e
n
＝0，向量e初始化为零向量。
[0023]
进一步，所述第五步当需要部署一个路边单元时，分别计算将该路边单元放置于不同的尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量，吞吐量计算公式如下：
[0024][0025]
其中，p是路边单元的发射功率，h是信道增益，t是积分变量，β是噪声，j0是距离用
户车辆最近的路边单元所属路段的编号，x
j0
是距离汽车最近的路边单元的横坐标，α是信号的路径衰减指数，i是除了用户最近的路边单元以外的路边单元对用户产生的干扰，i的计算过程如下：
[0026][0027]
其中，j是已经放置好路边单元的路段编号，x
j
是第j个路段上路边单元的横坐标。
[0028]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
[0029]
通过对rsu的部署位置的优化达到车联网高吞吐量，将高速公路进行分段，将每段公路的中间点作为rsu的候选部署点，每当需要部署新的rsu时，利用本发明提出的车联网覆盖率计算方法计算rsu分别部署于各个候选部署点的网络覆盖率，并将该路边单元放置于能使车联网覆盖率最大的候选部署点上，如此循环，直到所有rsu部署完毕。
[0030]
本发明的另一目的在于提供一种实施所述高吞吐量车联网路边单元部署方法的高吞吐量车联网路边单元部署系统，所述高吞吐量车联网路边单元部署系统包括：
[0031]
坐标系建立模块，用于以高速公路起点为原点，中央分隔带为x轴，垂直于x轴且通过坐标原点的直线为y轴建立坐标系；
[0032]
路段划分模块，用于将所需要部署路边单元的高速公路平均路段划分；
[0033]
可选部署点模块，用于将每段公路中央分隔带的中间点作为路边单元的可选部署点；
[0034]
向量设置模块，用于设置向量，当部署点放置路边单元时，将向量初始化为零向量；
[0035]
总吞吐量计算模块，用于当需要部署一个路边单元时，分别计算将该路边单元放置于不同的尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量；
[0036]
总吞吐量对比模块，用于比较将路边单元分别放置于各个尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量，并将该路边单元放置于能使车联网总吞吐量最大的候选部署点上；
[0037]
所有路边单元部署模块，用于实现如果还有路边单元需要部署，则跳至当需要部署一个路边单元时，分别计算将该路边单元放置于不同的尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量去继续部署下一个路边单元，直到所有路边单元完成部署。
[0038]
本发明的另一目的在于提供一种车联网终端，所述车联网终端搭载所述的高吞吐量车联网路边单元部署系统。
[0039]
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过对rsu的部署位置的优化达到车联网高吞吐量。将高速公路进行分段，将每段公路的中间点作为rsu的候选部署点。每当需要部署新的rsu时，利用本发明提出的车联网覆盖率计算方法计算rsu分别部署于各个候选部署点的网络覆盖率，并将该路边单元放置于能使车联网覆盖率最大的候选部署点上，如此循环，直到所有rsu部署完毕。其中，网络吞吐量的计算方法和rsu部署点的选择方法是本发明的核心。本发明适用于高速公路场景下车联网，可以实现车联网的高数据吞吐量。针对高速公路场景下车联网距离长、rsu节点少、车速快、拓扑变化频
繁等特点，本发明提出低复杂度、高效的rsu部署方法。当在高速公路旁部署rsu时，通过对道路进行分段，并计算车辆节点在高速公路行驶过程中的数据吞吐量，优化rsu部署位置，达到车联网高吞吐量。
[0040]
本发明根据高速公路车联网场景的实际需求，针对该场景下距离长、节点少、车速快、拓扑变化频繁等特点设计出的适用于高速公路的rsu部署方法。本发明具有较低的实现复杂度，将高速公路进行分段，每段的中间点是rsu的候选部署节点。只需要计算式子(1)就可以得到将rsu部署于一个节点时整个网络的吞吐量，从而可以以较小的计算次数得出rsu较优的部署位置。本发明通过优化每一个rsu的吞吐量实现整体网络的高吞吐量。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]
图1是本发明实施例提供的高吞吐量车联网路边单元部署方法流程图。
[0043]
图2是本发明实施例提供的高吞吐量车联网路边单元部署系统的结构示意图；
[0044]
图2中：1、坐标系建立模块；2、路段划分模块；3、可选部署点模块；4、向量设置模块；5、总吞吐量计算模块；6、总吞吐量对比模块；7、所有路边单元部署模块。
[0045]
图3是本发明实施例提供的数学模型示意图。
[0046]
图4是本发明实施例提供的场景示意图。
具体实施方式
[0047]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0048]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高吞吐量车联网路边单元部署方法、系统、介质及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0049]
如图1所示，本发明提供的高吞吐量车联网路边单元部署方法包括以下步骤：
[0050]
s101：以高速公路起点为原点，中央分隔带为x轴，垂直于x轴且通过坐标原点的直线为y轴建立坐标系；
[0051]
s102：将所需要部署路边单元的高速公路平均分路段；
[0052]
s103：将每段公路中央分隔带的中间点作为路边单元的可选部署点；
[0053]
s104：设置向量，当部署点放置路边单元时，将向量初始化为零向量；
[0054]
s105：当需要部署一个路边单元时，分别计算将该路边单元放置于不同的尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量；
[0055]
s106：比较将路边单元分别放置于各个尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量，并将该路边单元放置于能使车联网总吞吐量最大的候选部署点上；
[0056]
s107：如果还有路边单元需要部署，则跳至当需要部署一个路边单元时，分别计算将该路边单元放置于不同的尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量去继续
部署下一个路边单元，直到所有路边单元完成部署。
[0057]
本发明提供的高吞吐量车联网路边单元部署方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的高吞吐量车联网路边单元部署方法仅仅是一个具体实施例而已。
[0058]
如图2所示，本发明提供的高吞吐量车联网路边单元部署系统包括：
[0059]
坐标系建立模块1，用于以高速公路起点为原点，中央分隔带为x轴，垂直于x轴且通过坐标原点的直线为y轴建立坐标系；
[0060]
路段划分模块2，用于将所需要部署路边单元的高速公路平均路段划分；
[0061]
可选部署点模块3，用于将每段公路中央分隔带的中间点作为路边单元的可选部署点；
[0062]
向量设置模块4，用于设置向量，当部署点放置路边单元时，将向量初始化为零向量；
[0063]
总吞吐量计算模块5，用于当需要部署一个路边单元时，分别计算将该路边单元放置于不同的尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量；
[0064]
总吞吐量对比模块6，用于比较将路边单元分别放置于各个尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量，并将该路边单元放置于能使车联网总吞吐量最大的候选部署点上；
[0065]
所有路边单元部署模块7，用于实现如果还有路边单元需要部署，则跳至当需要部署一个路边单元时，分别计算将该路边单元放置于不同的尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量去继续部署下一个路边单元，直到所有路边单元完成部署。
[0066]
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
[0067]
本发明以图3所示的高速公路上的车联网数学模型示意图说明本发明的具体实施方式。当有一个或者多个rsu需要部署时，采用本发明的rsu部署方法部署于高速公路路旁。
[0068]
如图3所示，本发明的高速公路的单向宽度为l，其中，所述的“rsu部署方法”具体包括以下步骤：
[0069]
步骤一：通过建立直角坐标系来量化场景中的各个参数，如图3所示，以高速公路起点为原点，中央分隔带为x轴，垂直于x轴且通过坐标原点的直线为y轴建立坐标系，第i段高速公路的起始坐标用(s
i
,0)表示，则第i+1段高速公路的起始坐标用(s
i+1
,0)表示；
[0070]
步骤二：将所需要部署路边单元的高速公路平均分为n段，每段的距离用d来表示，用v
i
表示第i段的高速公路的车速，单向高速公路宽度用l表示；
[0071]
步骤三：将每段公路中央分隔带的中间点作为路边单元的候选部署点，共有n个部署点；
[0072]
步骤四：设置向量e＝(e1,e2...e
n
,...,e
n
)，当第n个路段的部署点放置路边单元时，e
n
＝1，否则e
n
＝0，向量e初始化为零向量；
[0073]
步骤五：当需要部署一个路边单元时，分别计算将该路边单元放置于不同的尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量，吞吐量计算公式如下：
[0074]
[0075]
其中，p是路边单元的发射功率，h是信道增益，t是积分变量，β是噪声，j0是距离用户车辆最近的路边单元所属路段的编号，x
j0
是距离汽车最近的路边单元的横坐标，α是信号的路径衰减指数，i是除了用户最近的路边单元以外的路边单元对用户产生的干扰，i的计算过程如下：
[0076][0077]
其中，j是已经放置好路边单元的路段编号，x
j
是第j个路段上路边单元的横坐标；
[0078]
步骤六：在每次rsu部署到一个候选部署点后，都可以根据式子(3)(4)计算出车联网吞吐量，比较将路边单元分别放置于各个尚未放置路边单元的候选部署点时车联网的总吞吐量，并将该路边单元放置于能使车联网总吞吐量最大的候选部署点上；
[0079]
步骤七：如果还有路边单元需要部署，则跳至步骤五去继续部署下一个路边单元，直到所有路边单元完成部署；
[0080]
步骤八：结束。
[0081]
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
[0082]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。