一种异构车联网时隙分配方法

一种异构车联网时隙分配方法
【专利摘要】本发明提供一种异构车联网时隙分配方法，涉及异构车联网，所述异构车联网包括基站和车辆节点，所述车辆节点包括簇头和一般节点；所述异构车联网时隙分配方法包括下列步骤：1)各一般节点利用当前所分配的时隙将自身的实时位置信息传输给簇头；2)基站从各个簇头获得各个车辆节点的实时位置信息，以车辆节点为顶点，构建表达车辆位置关系的拓扑图，根据预设的时隙重用距离，基于图着色算法为所述拓扑图的各个顶点分配时隙，然后将所分配的时隙分发给对应的车辆节点。本发明甭管提高异构车联网的时隙资源的利用率；并且本发明既能够保证公平性，又能够提高系统的等效时隙数目。
【专利说明】
-种异构车联网时隙分配方法
技术领域
[0001] 本发明设及通信技术领域，具体地说，本发明设及一种异构车联网时隙分配方法。
【背景技术】
[0002] 面向道路安全的车联网系统旨在通过车车直接信息交互，有效地进行危险预警， 从而显著降低交通事故率。运种安全类应用是车联网的重要应用方向之一。目前可应用于 车联网场景的技术包括传统通信技术和异构车联网技术。传统通信技术包括继承于802.11 协议家族的DSRC(Dedicated化ort Rage Communication)技术和蜂窝移动通信中LTE 化ong Term Evolution)技术。传统DSRC技术，由于采用竞争接入信道机制，缺乏有效的集 中调度，在车辆数目较多时，信道拥塞严重，信道利用率低。此外，该技术对于多播类消息支 持较差。由于缺乏ACK和重传机制信令设计，隐藏终端问题难W避免，同时多播类消息冲突 严重，很难满足多播类消息的需求。而传统LTE技术目前不支持车车直接通信，所用数据都 需要经过基站转发，系统时延明显增大，当车辆增多时，很多应用的时延和可靠性都无法得 到保障。
[0003] 异构车联网技术主要指融合DSRC和LTE的双层异构车联网系统。基于TDMA(Time Domain Multiple Access)的异构车联网系统，通过LTE蜂窝网集中控制车辆接入DSRC的时 隙，采用DSRC无线资源进行车车直接通信化TE网络与DSRC网络工作在各自频段）。运样既避 免了竞争接入方式导致的信道拥塞，同时也保留了低时延的车车通信方式，降低了系统时 延。因此运种基于TDM的异构车联网系统能够相对较好地支持面向道路安全的车联网应用 场景。
[0004] 对于异构车联网系统，通常需要设计时隙接入机制，W为网络中的各个节点分配 时隙。现有的异构车联网技术中，主要通过改进传统DSRC协议对时隙接入机制进行优化。例 如：中国专利CN201310006110.4披露了一种根据移动方向划分节点集合，然后在不同的集 合中竞争接入时隙的时隙分配方案。中国专利申请CN201310342247.7披露了 一种通过时隙 信息采集模块、时隙占用状态更新与维护模块和空虚时隙匹配模块完成自组织网络中的时 隙分配的方案。文献BARGHI S JAFAKHANI H，Y0USEFIZADEH HJOUSEFI'ZAD邸 H.Method for distributed time slot assignment(DSTA)for multi-user network e.g.wireles ad-hoc network,involes sending reply between neighbors,and dividing assignment for exiting control mode for all neighbors of new node.US patent: 2012026989-Al. ,2012中，则披露了一种采用图着色技术的时隙分配方案，该方案中采用图 着色的方法分配正交时隙并调度发送，通过为控制模式，传输局部邻居节点信息并控制帖 长，通过发送应答包和采用Alamouti编码去除冲突。文献化ang Q,Li Y,Lin D,Peng L,et al.Delay delimitation multicast forwarding structure constructing method for wireless ad hoc network, involves executing specific formula when node receives D message form nearby node.CN patent: 1020758s64-A,2010中，披露了另一 种采用图着色技术的时隙分配方案，该方案中根据优先级通过分布式非同步的方式，采用 图着色的方法为节点分配时隙。
[0005] 上述时隙分配方案虽然都能够为异构车联网中的各个节点分配时隙，但是，它们 对时隙资源的利用率还有待提高，尤其是当车辆数目较大时，上述时隙分配方案可能会导 致许多车辆无法获得发送时隙。例如正交地为所有车辆分配不同时隙的传统时隙分配方案 下，如果车辆数目超过正交时隙的数目，那么有些车辆就无法获得发送时隙。
[0006] 因此，当前迫切需要一种能够提高时隙资源利用率的异构车联网时隙分配解决方 案。

【发明内容】

[0007] 本发明的任务是提供一种能够提高时隙利用率的异构车联网时隙分配解决方案。
[0008] 本发明提供了一种异构车联网时隙分配方法，设及异构车联网，所述异构车联网 包括基站和车辆节点，所述车辆节点包括簇头和一般节点；所述异构车联网时隙分配方法 包括下列步骤：
[0009] 1)各一般节点利用当前所分配的时隙将自身的实时位置信息传输给簇头；
[0010] 2)基站从各个簇头获得各个车辆节点的实时位置信息，W车辆节点为顶点，构建 表达车辆位置关系的拓扑图，根据预设的时隙重用距离，基于图着色算法为所述拓扑图的 各个顶点分配时隙，然后将所分配的时隙分发给对应的车辆节点。
[0011] 其中，所述步骤2)中，根据预设的时隙重用距离，基于图着色算法为所述拓扑图的 各个顶点分配时隙的方法包括:将异构车联网的时隙资源映射为相同数目的不同颜色，W 任意两跳之内的节点着色不同为限定条件，基于图着色算法为所述拓扑图的各个顶点分配 时隙;所述拓扑图中，对于任意两个车辆节点，如果二者之间的距离不超过预设的时隙重用 距离，则运两个车辆节点为所述拓扑图中的一跳。
[0012] 其中，所述步骤2)中，根据预设的时隙重用距离，基于图着色算法为所述拓扑图的 各个顶点分配时隙的方法包括下列子步骤：
[0013] 20)确定在下一个广播周期中所述拓扑图中，每个车辆节点的时隙数目；
[0014] 21)基于步骤20)所确定的每个车辆节点的时隙数目，W任意两跳之内的节点着色 不同为限定条件，基于图着色算法为所述拓扑图的各个顶点分配时隙。
[0015] 其中，所述步骤20)还包括:将连接距离在两跳W内的节点的线段作为所述拓扑图 的边，在确定时隙数目时，根据车辆节点的度为不同的车辆节点设置权重，度较大的车辆节 点的权重小于度较小的车辆节点的权重。
[0016] 其中，所述步骤20)包括下列子步骤：
[0017] 步骤201)遍历所述拓扑图中的每一个车辆节点，对于所述拓扑图中任意一个车辆 节点n，获取与该车辆节点n有相连边的所有车辆节点构成的相邻节点集:Tn= {m;m与n相 连，m辛n};设置该车辆节点n的权值为：imp(n) = l/(deg(n) + l)，其中deg(n)表示车辆节点n 的度；
[0018] 步骤202)对于所述车辆节点n，求得所述拓扑图中包含该车辆节点n的所有的最大 完全子图；
[0019] 步骤203)对于所述车辆节点n，分配时隙数目为：TD(n)=min(TD(n)p)，其中
I表示车辆节点n在第P个最大完 全子图的节点集中分配的时隙数目，M表示所述的最大完全子图中节点数，m, ，N〇表 示异构车联网系统可提供的正交时隙总数，floor表示下取整。
[0020] 其中，所述步骤20)包括下列子步骤：
[0021] 步骤211)遍历所述拓扑图中的每一个车辆节点，对于所述拓扑图中任意一个车辆 节点n，获取与该车辆节点n有相连边的所有车辆节点构成的节点集:Tn= {m;m与n相连，m辛 n};设置该车辆节点n的权值为：imp(n) = l/(deg(n)+l)，其中deg(n)表示车辆节点n的度；
[0022] 步骤212)对于所述车辆节点n，分配时隙数目为：TD(n) = max(f IooHNo X imp (n))，l)，其中No表示异构车联网系统可提供的正交时隙总数，floor表示下取整。
[0023] 其中，所述步骤20)包括下列子步骤：
[0024] 步骤201)基站遍历所述拓扑图中的每一个车辆节点，对于所述拓扑图中任意一个 车辆节点n，判断其相邻节点集与上一个广播周期相比是否发生变化，如果未发生变化，贝U 该车辆节点n不重新分配时隙，如果其相邻节点集发生变化，则设置该车辆节点n的权值为： imp(n) = l/(deg(n)+l)，其中deg(n)表示车辆节点n的度，然后执行步骤202)，其中车辆节 点n的相邻节点集是与该车辆节点n有相连边的所有车辆节点构成的节点集合Tn= {m;m与n 相连，m辛n};
[0025] 步骤202)对于所述车辆节点n，求得所述拓扑图中包含该车辆节点n的所有的最大 完全子图；
[0026] 步骤203)对于所述车辆节点n，分配时隙数目为：TD (n) = max( floor (No X imp (n))，l)，其中No表示异构车联网系统可提供的正交时隙总数，floor表示下取整。
[0027] 其中，所述步骤20)包括下列子步骤：
[0028] 步骤211)基站遍历所述拓扑图中的每一个车辆节点，对于所述拓扑图中任意一个 车辆节点n，判断其相邻节点集与上一个广播周期相比是否发生变化，如果未发生变化，贝U 该车辆节点n不重新分配时隙，如果其相邻节点集发生变化，则设置该车辆节点n的权值为： imp(n) = l/(deg(n)+l)，其中deg(n)表示车辆节点n的度，然后执行步骤212)，其中车辆节 点n的相邻节点集是与该车辆节点n有相连边的所有车辆节点构成的节点集合Tn= {m;m与n 相连，m辛n};
[0029] 步骤212)对于所述车辆节点n，分配时隙数目为：TD(n) = max(f IooHNo X imp (n))，l)，其中No表示异构车联网系统可提供的正交时隙总数，floor表示下取整。
[0030] 其中，所述预设的时隙重用距离根据异构车联网部署区域的车辆密度，异构车联 网的总时隙数，W及车辆节点的发射功率确定。
[0031] 其中，所述步骤1)在第N-I个广播周期执行，所述步骤2)在第N个广播周期执行，所 述异构车联网时隙分配方法还包括步骤：
[0032] 3)在第N+1个广播，各一般节点利用步骤2)所分配的时隙替换原时隙进行通信，并 重新执行所述步骤1);
[0033] 其中N为任意自然数。
[0034] 与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：
[0035] 1、本发明的时隙分配方案能够有效地根据车辆位置实时信息，W重用时隙的方式 为各个节点分配时隙，从而提高异构车联网的时隙资源的利用率。
[0036] 2、本发明的时隙分配方案既能够保证公平性，又能够提高系统的等效时隙数目。
[0037] 3、本发明能够在保持较高的时隙资源利用率的前提下，大幅降低算法的复杂度。
【附图说明】
[0038] W下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
[0039] 图1示出了本发明一个实施例所采用的异构车联网架构的示意图；
[0040] 图2示出了本发明一个实施例中W簇头为中屯、，根据DSRC传输距离得到无线广播 信道连续=个周期(指广播周期)时序图；
[0041] 图3示出了本发明一个实施例的一个车辆位置分布图实例；
[0042] 图4示出了本发明一个实施例的加入了实线边的车辆位置分布图实例；
[0043] 图5示出了本发明一个实施例的加入了虚线边的车辆位置分布图实例；
[0044] 图6示出了本发明一个实施例中的一种分配结果；
[0045] 图7示出了简化前和简化后方案的时隙分配结果的对比示例；
[0046] 图8示出了仿真验证中车辆发射功率为23地m，统计范围为0-300m时，时隙重用距 离与收包成功率的关系；
[0047] 图9示出了仿真验证中系统等效时隙数目与重用距离的关系；
[004引图10示出了仿真验证中不同发射功率下，统计范围为0-300m时，车辆间距为25m， 时隙重用距离与平均收包率的关系。
【具体实施方式】
[0049] 如前文所述，基于TDMA(Time Domain Multiple Access)的异构车联网架构通过 LTE蜂窝网集中控制车辆接入DSRC的时隙，采用DSRC无线资源进行车车直接通信化TE网络 与DSRC网络工作在各自频段）。运样既避免了竞争接入方式导致的信道拥塞，同时也保留了 低时延的车车通信方式，降低了系统时延。然而，目前的许多异构车联网时隙分配方案在系 统车辆数目较多时会存在时隙不足的情况。本发明针对运种情况研究异构车联网时隙接入 管理机制，给出基于图着色理论的时隙分配方案，提高资源利用率，提升系统性能。
[0050] 根据本发明的一个实施例，提供了一种基于图着色理论的异构车联网时隙分配方 法，该时隙分配方法能够支持周期安全类消息的传输。本实施例中，W基站全覆盖的郊区公 路为应用场景，基于TDMA的异构车联网通信系统实现周期安全类消息的传输。周期安全类 消息为车联网安全应用的典型消息，它由车辆周期产生并广播其状态信息（该状态信息包 括车辆位置信息，通常车辆均安装GPS装置，因此可W准确定位自己的位置)给周围其他车 辆来有效避免交通事故。本实施例中，设定广播周期为100ms，采用均分IOOms的方式划分时 隙。需要说明的是，广播周期的时长可W根据情况设置，并不限于100ms。当然，在安全类应 用中，广播周期通常小于100ms。
[0051] 图1示出了本发明一个实施例所采用的异构车联网架构的示意图。如图1所示，异 构车联网系统包括LTE和DSRC网络。LTE网络W高功率的基站为中屯、，覆盖范围较广，基站间 可共享信息。另一方面，车辆发射功率较低，车车通信距离较短，因此车车通信基于DSRC协 议进行，采用TDMA多址接入。根据车辆行驶方向、基站接收信号强度和DSRC传输距离，车辆 可W分成多个簇，选取中屯、位置的车辆作为簇头，完成与LTE基站的通信，从而可W有效降 低LTE系统负荷。簇中车辆则根据分配的不同时隙接入DSRC网络，广播安全位置信息。在异 构车联网中，簇中车辆可称为一般节点。
[0052] 图2示出了本实施例中W簇头为中屯、，根据DSRC传输距离得到无线广播信道连续 S个周期(指广播周期）时序图。其中，第N-I个广播周期（IOOms)内，簇头通过DSRC网络收集 得到簇内其他车辆位置信息。第N个广播周期开始到簇头发送时隙之间，簇头完成与基站的 上下行通信。具体过程如下：簇头通过LTE蜂窝网上报收集获得的簇内车辆位置信息给基 站。基站根据得到的车辆位置拓扑，集中控制确定第N+1个广播周期（IOOms)每辆车接入 DSRC网络的时隙和发送功率，并通过LTE蜂窝网发送给簇头。簇头在其广播时隙上通过DSRC 网络，将时隙分配信息分发给簇内其他车辆。最后，簇内车辆在第N+1个广播周期内采用分 配得到的时隙和发射功率，利用DSRC的无线资源广播安全位置信息。
[0053] 也就是说，在第N-I个广播周期，簇头通过DSRC网络完成车辆位置信息的收集;在 第N个广播周期，簇头通过LTE蜂窝网上报所收集的本簇的车辆位置信息，基站根据得到的 车辆位置拓扑，集中控制确定下一周期的每辆车接入DSRC网络的时隙和发送功率;在第N+1 个广播周期，簇内各车辆采用第N个广播周期所分配的时隙和发射功率，利用DSRC网络的无 线资源广播安全位置信息。
[0054] 下面，进一步介绍基站根据得到的车辆位置拓扑集中分配各个车辆的接入时隙的 方法，该方法包括下列步骤：
[0055] 步骤100:基站在获得各个车辆的位置信息后，构建表达车辆位置关系的拓扑图。 该拓扑图中，W顶点表示车辆，W边表示不能分配相同时隙的车辆对。区域中所有的车辆可 W构成顶点集合V，所有不能分配相同时隙的车辆对可W构成边集合E。运样，顶点集和边集 可W构成一个无向图G= (V，E)。
[0056] 本实施例中，基于图着色模型，先根据车辆的位置信息构建对应的无向图G= (V， E)。如果W不同颜色代表不同时隙，那么为车辆分配时隙的过程可W视为图着色过程，为运 个图着色过程构建的模型就是图着色模型。下面W郊区公路为研究区域说明该图着色模 型。如前文所述，第N-I个广播周期内，簇头通过DSRC网络收集得到车辆的位置信息，然后通 过LTE蜂窝网上行链路发送给基站。基站可W得到每IOOms车辆的位置分布图。图3示出了本 实施例的一个车辆位置分布图实例，其中车辆用圆圈表示，所关注的公路区域用虚线框表 /J、- O
[0057] 在可重用时隙机制下，基站分配时隙时，必须考虑到车辆会在分配的时隙内利用 DSRC频带资源广播发送周期安全消息给周围车辆。为避免严重干扰，在时隙重用距离内的 车辆采用不同的时隙接入DSRC网络。因此，相互在时隙重用距离内的车辆对加入边集合，运 种车辆对在拓扑图中用实线边表示。图4示出了本实施例的加入了实线边的车辆位置分布 图实例。
[0058] 进一步地，仍然参考图4,对于相互不在时隙重用距离内的车辆对（如1和4)，如果 各自的重用范围存在相同的其他车辆(如2和3)，若1和4采用相同的时隙发送安全消息，会 出现其他车辆不能正确接收它们的安全消息的问题，即隐藏终端问题。因此，为了降低由于 隐藏终端导致的丢包，两跳连线的车辆节点也不能分配相同的时隙，于是也将两跳连线的 车辆对加入边集合，运种车辆对在拓扑图中用虚线边表示。图5示出了本实施例的加入了虚 线边的车辆位置分布图实例。
[0059] 步骤200:顶点集和所有边集构成无向图后，W不同颜色代表不同时隙，那么为车 辆分配时隙的过程与对图中节点着色的过程相同。容易理解，在基于上述图着色模型构建 无向图后，基站可W非常方便地采用已知的图着色算法得到符合要求的时隙分配方案，且 该时隙分配方案通常会存在时隙的重用，因此能够提高时隙资源的利用率。图6示出了本发 明一个实施例中的一种分配结果。由图6可知，在同一区域中，相距较远的不同车辆可W重 用相同的时隙。
[0060] 进一步地，根据本发明的另一实施例，还提供了一种特别的图着色算法，该方法能 够在正交时隙数目、网络拓扑（即前文构建的无向图）确定后，在保证公平性的前提下尽可 能地为每辆车分配更多的时隙，从而增大系统等效时隙总数。
[0061] 本实施例的图着色算法是一种基于权值的图着色算法。首先，基于无向图定义了 车辆在分配时隙过程中的公平性，即车辆的地位与其处于无向图的位置密切相关。对于一 个由n点构成的完全图，定义图中n个节点地位平等，即可W平等分配相同数量的时隙。对于 非完全图，定义图中度较大的节点地位较低，即可分配的时隙数目较少。运样定义的原因 是:度较大的节点多分得一个时隙，与该节点相连的更多节点就会各自少分配一个时隙。另 一方面，度较大的节点地位较低，也可W有效增加系统时隙重用，进而增加系统等效时隙总 数。
[0062] 进一步地，由于完全图中的所有节点相互之间均不能分配相同的时隙，而非完全 图的节点包含于多个完全子图中，因此本实施例根据节点的度定义了权值，量化了公平性， 并分别W完全图或完全子图为分配集合，根据权值比例确定每种集合中各个车辆获得时隙 的数目。为保证所有分配集合不会出现接入时隙冲突，本实施例中取所有分配集合中时隙 数目的最小值作为车辆分配的时隙数。
[0063] 假设异构车联网系统可提供的正交时隙总数为No,则基于权值的图着色（时隙分 配)算法如下：
[0064] 步骤201:对于图中任意的节点n，其度为deg(n)，存储与该节点相连的所有节点得 到相邻节点集:Tn= {m;m与n相连，m辛n};
[0065] 步骤202:对于图中任意节点n,定义其权值为：imp(n) = l/(deg(n)+l);
[0066] 步骤203:对于任意节点n，求得包含该节点的所有的最大完全子图（设为K个），最 大完全子图中节点数为M，第P个最大完全子图的节点集为C旨，1含P含K;寻找最大完全子图 的算法研究已经比较成熟，例如：回溯算法、分支界限法等确定性算法，蚁群算法、顺序贪婪 算法、DLS-MC算法和智能捜索算法等启发式算法。寻找最大完全子图的算法的具体内容，本 文中不再寶述。
[0067] 步骤204:对于图中任意的节点n，分配的时隙数目为:TD(n) =min(TD(n)p),其中
，.表示节点n在第P个最大完全子 图的节点集巧中分配的时隙数目。
[0068] 在确定的每个车辆节点的时隙数目后，W任意两跳之内的节点着色不同为限定条 件，基于图着色算法为所述拓扑图的各个顶点分配时隙，即可得到下一广播周期的各个顶 点的时隙分配方案。
[0069] 上述时隙分配方法中，W最大完全图或子图的节点为集合，根据权值比例分配时 隙，保证了公平性且增大了时隙的重用。由于车车直接基于DSRC的传输距离较短，当时隙不 足时，互相在一定距离外的车辆可W重用相同的时隙资源，有望大幅度提升时隙资源的利 用率，让更多车辆获得接入时隙发送安全消息，从而提升行车安全。
[0070] 此外，在实际应用时，如果网络局部拓扑发生微小变化，无需全部重新分配，仅需 更新对应节点的权值和巧。旧此，在一个实施例中，基站可W根据保存的车辆邻接节点链表 (该链表为保存相邻节点集的数据结构)是否发生变化感知包含该车辆的网络拓扑是否发 生变化。无变化的节点无需重新分配，对于发生变化的节点则更新其邻接节点链表。然后， 根据上述步骤202和203,更新该节点的权值和巧。最后，根据步骤204为该节点及其相邻节 点重新分配时隙即可。
[0071] 在上述步骤203中，获取包含节点n的最大完全子图（最大团）的问题为NP完全问 题，随着顶点和边增多，求解问题的时间复杂度越来越高，现有的启发式算法求解也无法准 确找到最优解。为此，在另一个实施例中，对步骤203、204进行了简化。其中，步骤203直接省 略，步骤204简化处理。在步骤204中，由3
，对于拓扑图中任意节点
n，分配时隙数目： Cl此选取时隙数目的下限是 一种可行的方案，凶化，阳'忙化口、J巧獄zu4y^|、：llAn;=maxu丄oo;r(NoXimp(n))，l)。其中 floor表示下取整。在该实施例中，由于避免了求取最大完全图（即最大团）的步骤，因此计 算复杂度会显著下降。但由于选取时隙数目下限，相对于前面的实施例，可能会降低时隙重 用率，运样，系统等效时隙总数也可能会相应的减少。因此，该实施例的方案更加适合于基 站计算资源有限的情形下。图7示出了的简化前和简化后方案的时隙分配结果的对比示例。
[0072] 类似地，参考该计算复杂度简化的实施例，在另一个实施例中，如果网络局部拓扑 发生微小变化，基站也可W根据保存的车辆邻接节点链表(该链表为保存相邻节点集的数 据结构)是否发生变化感知包含该车辆的网络拓扑是否发生变化。无变化的节点无需重新 分配，对于发生变化的节点则更新其邻接节点链表。然后，根据上述步骤202和简化后的步 骤204为该发生变化的节点及其相邻节点重新分配时隙。
[0073] 进一步地，为验证本发明的技术效果，发明人W4车道郊区公路为仿真区域，车辆 总数为200,车辆均匀分布，车辆间距分为25m和IOm两种情况，对应公路长度分别为5km和 2km。安全类消息大小为3008八6，采用BPSK调制，时隙总数为100,均分100ms，即每个时隙 Ims，带宽为10M，载频为5.850G化，考虑全向天线，天线高度1.5米，忽略速度影响。
[0074] 另一方面，在仿真验证中主要关注时隙重用方案对周期安全消息进行车车通信性 能的影响。车车通信的无线信道采用双折线衰落模型。该模型假设在临界距离dc内，衰落指 数为丫 1，如果传播距离大于山，衰落指数为丫 2。因此，接收功率P可W表示如下：
[0075]
")
[0076] 其中，do表示参考距离，衰落指数丫 1和临界距离山取值如下表1所示，Z表示多径衰 落的影响。Z服从Gamma分布。接收信号的幅度R服从化kagami分布，其中m为衰落参数，Q为 形状参i
衰落参数m的取值为：
[0077] m = -0.691n(d)+4.929，me[0.5,3.9] (2)
[0078] 表1示出了双折线衰落模型参数
[0079] 勒
[0080]
[0081] 由异构车联网模型可知，车辆发送安全消息时，是基于DSRC在不同的时隙发送。传 统方法是正交地为所有车辆分配不同时隙，没有考虑重用，当车辆数目较大时，会导致许多 车辆无法获得发送时隙。
[0082] 表2示出了系统整体仿真配置参数。
[0083] 表 2
[0084]
[0085] 由系统模型可知，本文假设簇头与基站通过LTE蜂窝网的通信完全成功，且簇头收 集车辆位置信息和分发控制信息的过程也完全成功。仿真采用简化的基于权值时隙分配算 法确定车辆分配时隙数目，根据图着色模型随机选择接入时隙分配给车辆，时隙的优先级 等同。车辆W给定的发射功率，在分配时隙上接入DSRC网络，并发送周期安全类包。经过无 线信道后，计算在接收端的SINR。其中接收端的背景噪声-104地m。如果SINR大于阔值则认 为接收成功，否则丢包。
[0086] 仿真分别研究了车辆平均收包率随时隙重用范围的变化，系统等效时隙总数随时 隙重用范围的变化情况，W及发射功率对平均收包率的影响。
[0087] 图8示出了车辆发射功率为23地m，统计范围为0-300m时，时隙重用距离与收包成 功率的关系。由于研究区域中车辆总数为200,而正交时隙只有100个，当用传统方法为所有 车辆分配不同时隙时，会导致许多车辆无法获得发送机会，在两种车辆间距(25m和IOm)下， 平均收包率均接近0.5。但采用本文提出的时隙重用方案，平均收包率可W获得大幅度提 升。重用距离越大，在相同时隙上发送安全消息的车辆相距越远，从而互干扰越低，平均收 包率越高。但重用距离增大到一定程度时，会出现正交时隙数目小于最小所需时隙数目的 情况，如图中车辆间距为10m，时隙重用范围大于400m，运时会出现部分车辆无法获得接入 时隙发送消息的情况，且随着重用距离的增加，无法分配获得时隙的车辆增多，从而平均收 包率会降低。车辆间距为25m时，由于车辆密度较小，在最大重用范围600m时，最小所需时隙 数目不会多于正交时隙数目，因此，车辆平均收包率没有下降。
[0088] 系统等效时隙数目与重用距离的关系如图9所示。由图9所示，随着时隙重用距离 的增加，系统等效时隙数目降低。车辆间距为IOm时，由于车辆密度较大，网络拓扑图密集， 车辆获取时隙数目较少，所W系统等效时隙数目少于车辆间距为25m的时隙数。车辆间距为 10m，时隙重用距离为450m时，系统等效时隙总数低于车辆总数200，即出现部分车辆无法获 得发送时隙的情况，与图8中正交时隙数目低于最小所需时隙数目的情况对应。车辆间距为 25m时，车辆密度较小，网络拓扑稀疏，等效系统时隙总数多于车辆总数200,即不会出现车 辆无法获得发送时隙的情况。
[0089] 图10所示为不同发射功率，统计范围为0-300m时，车辆间距为25m，时隙重用距离 与平均收包率的关系。随着发射功率的增加，平均收包率会相应增加，但当增加到一定程度 后，平均收包率不再有明显的增加。因为达到一定功率后，噪声相对于干扰已经可W忽略， 车辆接收到信干噪比趋于不变，所W平均收包不再明显增加。
[0090] 最后应说明的是，W上实施例仅用W描述本发明的技术方案而不是对本技术方法 进行限制，本发明在应用上可W延伸为其它的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所 有运样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。
【主权项】
1. 一种异构车联网时隙分配方法，设及异构车联网，所述异构车联网包括基站和车辆 节点，所述车辆节点包括簇头和一般节点;所述异构车联网时隙分配方法包括下列步骤： 1) 各一般节点利用当前所分配的时隙将自身的实时位置信息传输给簇头； 2) 基站从各个簇头获得各个车辆节点的实时位置信息，W车辆节点为顶点，构建表达 车辆位置关系的拓扑图，根据预设的时隙重用距离，基于图着色算法为所述拓扑图的各个 顶点分配时隙，然后将所分配的时隙分发给对应的车辆节点。2. 根据权利要求1所述的异构车联网时隙分配方法，其特征在于，所述步骤2)中，根据 预设的时隙重用距离，基于图着色算法为所述拓扑图的各个顶点分配时隙的方法包括:将 异构车联网的时隙资源映射为相同数目的不同颜色，W任意两跳之内的节点着色不同为限 定条件，基于图着色算法为所述拓扑图的各个顶点分配时隙;所述拓扑图中，对于任意两个 车辆节点，如果二者之间的距离不超过预设的时隙重用距离，则运两个车辆节点为所述拓 扑图中的一跳。3. 根据权利要求1所述的异构车联网时隙分配方法，其特征在于，所述步骤2)中，根据 预设的时隙重用距离，基于图着色算法为所述拓扑图的各个顶点分配时隙的方法包括下列 子步骤： 20) 确定在下一个广播周期中所述拓扑图中，每个车辆节点的时隙数目； 21) 基于步骤20)所确定的每个车辆节点的时隙数目，W任意两跳之内的节点着色不同 为限定条件，基于图着色算法为所述拓扑图的各个顶点分配时隙。4. 根据权利要求3所述的异构车联网时隙分配方法，其特征在于，所述步骤20)还包括： 将连接距离在两跳W内的节点的线段作为所述拓扑图的边，在确定时隙数目时，根据车辆 节点的度为不同的车辆节点设置权重，度较大的车辆节点的权重小于度较小的车辆节点的 权重。5. 根据权利要求3所述的异构车联网时隙分配方法，其特征在于，所述步骤20)包括下 列子步骤： 步骤201)遍历所述拓扑图中的每一个车辆节点，对于所述拓扑图中任意一个车辆节点 n，获取与该车辆节点η有相连边的所有车辆节点构成的相邻节点集:Tn={m;m与η相连，m辛 η};设置该车辆节点η的权值为：imp(n) = l/(deg(n)+l)，其中deg(n)表示车辆节点η的度； 步骤202)对于所述车辆节点η，求得所述拓扑图中包含该车辆节点η的所有的最大完全 子图； 步骤203 )对于所述车辆节点η，分配时隙数目为：TD(n)=min(TD(n)p)，其中，TD(n)p表示车辆节点η在第P个最大完 全子图的节点集巧中分配的时隙数目，Μ表示所述的最大完全子图中节点数，m, eC!!，Ν〇表 示异构车联网系统可提供的正交时隙总数，floor表示下取整。6. 根据权利要求3所述的异构车联网时隙分配方法，其特征在于，所述步骤20)包括下 列子步骤： 步骤211)遍历所述拓扑图中的每一个车辆节点，对于所述拓扑图中任意一个车辆节点 η，获取与该车辆节点η有相连边的所有车辆节点构成的节点集:Τη= {m;m与η相连，m辛η}; 设置该车辆节点η的权值为：imp(n) = l/(deg(n)+l)，其中deg(n)表示车辆节点η的度； 步骤212)对于所述车辆节点n，分配时隙数目为:TD(n)=max(floo;r(N日Ximp(n))，l)， 其中No表示异构车联网系统可提供的正交时隙总数，floor表示下取整。7. 根据权利要求3所述的异构车联网时隙分配方法，其特征在于，所述步骤20)包括下 列子步骤： 步骤201)基站遍历所述拓扑图中的每一个车辆节点，对于所述拓扑图中任意一个车辆 节点n，判断其相邻节点集与上一个广播周期相比是否发生变化，如果未发生变化，则该车 辆节点η不重新分配时隙，如果其相邻节点集发生变化，则设置该车辆节点η的权值为：imp (n) = l/(deg(n)+l)，其中deg(n)表示车辆节点η的度，然后执行步骤202)，其中车辆节点η 的相邻节点集是与该车辆节点η有相连边的所有车辆节点构成的节点集合Tn={m;m与η相 连，m辛η}; 步骤202)对于所述车辆节点η，求得所述拓扑图中包含该车辆节点η的所有的最大完全 子图； 步骤203)对于所述车辆节点n，分配时隙数目为:TD(n)=max(floo;r(N日Ximp(n))，l)， 其中No表示异构车联网系统可提供的正交时隙总数，floor表示下取整。8. 根据权利要求3所述的异构车联网时隙分配方法，其特征在于，所述步骤20)包括下 列子步骤： 步骤211)基站遍历所述拓扑图中的每一个车辆节点，对于所述拓扑图中任意一个车辆 节点n，判断其相邻节点集与上一个广播周期相比是否发生变化，如果未发生变化，则该车 辆节点η不重新分配时隙，如果其相邻节点集发生变化，则设置该车辆节点η的权值为：imp (n) = l/(deg(n)+l)，其中deg(n)表示车辆节点η的度，然后执行步骤212)，其中车辆节点η 的相邻节点集是与该车辆节点η有相连边的所有车辆节点构成的节点集合Tn={m;m与η相 连，m辛η}; 步骤212)对于所述车辆节点n，分配时隙数目为:TD(n)=max(floo;r(N日Ximp(n))，l)， 其中No表示异构车联网系统可提供的正交时隙总数，floor表示下取整。9. 根据权利要求1~8中任意一项所述的异构车联网时隙分配方法，其特征在于，所述 预设的时隙重用距离根据异构车联网部署区域的车辆密度，异构车联网的总时隙数，W及 车辆节点的发射功率确定。10. 根据权利要求1~8中任意一项所述的异构车联网时隙分配方法，其特征在于，所述 步骤1)在第N-1个广播周期执行，所述步骤2)在第N个广播周期执行，所述异构车联网时隙 分配方法还包括步骤： 3)在第N+1个广播，各一般节点利用步骤2)所分配的时隙替换原时隙进行通信，并重新 执行所述步骤1); 其中N为任意自然数。
【文档编号】H04L29/08GK105848295SQ201610318830
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】张鹏涛, 周青, 周一青, 刘航, 田霖, 石晶林
【申请人】中国科学院计算技术研究所