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1、(10)申请公布号 CN 102413423 A (43)申请公布日 2012.04.11 C N 1 0 2 4 1 3 4 2 3 A *CN102413423A* (21)申请号 201110220540.7 (22)申请日 2011.08.02 H04W 4/02(2009.01) H04W 84/18(2009.01) (71)申请人北京航空航天大学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人丁嵘 李晓光 贺百灵 刘旭 崔伟龙 (74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责 任公司 11251 代理人李新华 (54) 发明名称 一种基于动态选择路边单元的车载自组网的 。
2、上传方法 (57) 摘要 本发明公开一种基于动态选择路边单元的车 载自组网的上传方法，适用于车载自组网络中车 辆向路边单元的上行通讯，尤其当车辆处在多个 路边单元重叠的通讯范围时。本发明所包括步骤 为：获取通讯范围覆盖车辆当前位置的路边单元 信息；获取车辆到不同路边单元的距离和路边单 元的连接数；计算上传因子；确定车辆上传的目 的路边单元。本发明主要针对以往简单的上传调 度方法未能考虑到的多路边单元选择问题进行改 进，同时考虑到了车辆到路边单元的距离和该路 边单元的通讯质量，通过引入动态选择路边单元 的策略，提高车辆上传的效率和成功率。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产。
3、权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 8 页 CN 102413436 A 1/1页 2 1.一种基于动态选择路边单元的车载自组网的上传方法，其特征在于，所述上传方法 包括步骤： 步骤1：获取通讯范围覆盖车辆当前位置的路边单元信息，具体实现方法为： 车辆驶入某个路边单元通讯范围时，路边单元向该车辆发送信息，告知车辆已经驶入 该路边单元的通讯范围，可以与之进行通讯，路边单元发送的信息包括路边单元的编号信 息、位置信息以及当前路边单元已有的车辆连接数信息； 步骤2：获取车辆到不同路边单元的距离和路边单元的连接数，具体实现方法为： 当车辆获取到多于一个路边单元的信息后。
4、，记录每一个路边单元所发送的编号信息、 位置信息以及车辆连接数信息，并通过车载GPS设备获取当前车辆位置，计算车辆与每一 个路边单元之间的距离； 步骤3：计算上传因子，具体实现方法为： 选择距离最近的两个路边单元，定义沿着车辆行驶方向，靠前的为RSU 1 ，靠后的为 RSU 2 ，以计算出的车辆RSU 1 和RSU 2 的距离分别存储到D RSU1 和D RSU2 中，从相应路边单元获取 的车辆连接数存储到K RSU1 和K RSU2 中，将D RSU1 、D RSU2 、K RSU1 和K RSU2 代入公式(1)，计算出上传因 子t； 式中，a：距离修正权值； b：车辆数目修正权值； 其中。
5、a和b的取值，根据实际需要来确定； 步骤4：确定车辆上传的目的路边单元，具体实现方法为： 根据公式(1)的计算结果，判断t值与0的大小，若t大于0，则采用RSU 1 作为上传的 目的路边单元，反之，则采用RSU 2 作为上传的目的路边单元； 步骤5：步骤4执行完成以后，若车辆还需要上传数据至路边单元，则重新回到步骤1 继续执行。 2.根据权利要求1所述的基于动态选择路边单元的车载自组网的上传方法，其特征在 于：所述公式(1)中参数a、b均为大于0的实数。 权 利 要 求 书CN 102413423 A CN 102413436 A 1/5页 3 一种基于动态选择路边单元的车载自组网的上传方法 。
6、技术领域 0001 本发明属于车载自组网络通信技术领域，具体是基于动态选择路边单元的车载自 组网的上传方法。 背景技术 0002 车载自组网络(Vehicular Ad-hoc Networks，VANET)是移动自组网络的一种形 式，适用于邻近的几辆车之间以及车辆与附近固定设施进行通讯的自组织网络系统，其目 的是为司机提供一个安全、舒适的交通环境，同时对道路信息进行实时监控，实现交通智能 化。 0003 车载自组网络是一种无中心节点的系统。其通讯分为两部分，车与车之间通讯以 及车辆与路边单元的通讯。车辆上、道路两侧以及十字路口处安装电子装置从而实现通讯。 给司机提供事故警告信息、道路标识提示。
7、以及实时交通情况，从而增加司机行驶的安全系 数，为司机选择最佳行驶路线提供便利。 0004 车载自组网络中路边单元上的上传方法至关重要。路边单元除去采用摄像头、磁 感应线圈等设备来获取路况信息之外，更需要车辆所反馈的更加实时的、新鲜的数据。而车 辆向路边单元的通讯过程需要优秀的上传方法来支撑。车载自组网的上传方法与传统的服 务调度不同：在传统的服务调度中，服务端可以有足够的时间向用户提供服务而不用担心 用户会与服务器失去连接，但是在车载自组网络中由于车辆是移动节点而路边单元是固定 的，车辆在行驶过程中处于路边单元通讯范围内的时间是有限的，这样给路边单元发送服 务的时间也是有限的；而当车辆处于多。
8、个路边单元相互覆盖的通讯范围时，不同路边单元 距离车辆的距离不同、不同路边单元的通讯质量不同，使得车辆的目的路边单元有选择性。 这样，一个高效的选择目的地址的上传方法尤为重要。 0005 目前主流的上传方法有最短距离优先方法(Shortest Distance First，SDF)和最 少连接数优先方法(Least Connection First，LCF)。 0006 SDF方法意思是上传时仅仅考虑与车辆的距离这一个因素，选择距离当前车辆位 置最近的路边单元进行上传。这是最简单的一种方法，实现也十分方便，资源消耗最小。但 是SDF并不考虑到该路边单元的通讯质量，可能该路边单元的负荷量很大，这。
9、样很容易造 成上传数据包阻塞和丢失。因此在VANET中，这种上传方法并不完善。 0007 LCF方法与SDF方法考虑的角度不同，该方法考虑到了VANET中路边单元与周围车 辆连接数这一重要因素。通常情况下，路边单元与周围车辆的连接数越大，该路边单元的负 荷越大，服务队列越容易阻塞甚至出现数据包丢弃现象。能够覆盖车辆当前位置的路边单 元连接数越少，上传的数据报文的有效性越能够保证。然而车辆不会停下向该路边单元的 进行通讯，车辆距离路边单元越远，信号强度越差，该报文在车辆上被成功上传的可能性越 低，因而该方法也是单一的考虑问题，也不能很好的解决问题。 发明内容 说 明 书CN 102413423 。
10、A CN 102413436 A 2/5页 4 0008 本发明的目的是为避免上述现有技术所存在的不足之处，在已有上传算法基础之 上的一种创新，主要针对以往简单的上传调度方法未能考虑到的多路边单元如何优化选 择问题进行改进，提出了一种基于动态选择路边单元的车载自组网的上传方法(Dynamic Roadside Unit Selection Scheme，DRS)。 0009 为实现上述目的本发明采用的技术方案为： 0010 一种基于动态选择路边单元的车载自组网的上传方法，其步骤如下： 0011 1.获取通讯范围覆盖车辆当前位置的路边单元信息 0012 车辆驶入某个路边单元通讯范围时，路边单元向。
11、该车辆发送信息，告知车辆已经 驶入该路边单元的通讯范围，可以与之进行通讯，路边单元发送的信息包括路边单元的编 号信息、位置信息以及当前路边单元已有的车辆连接数信息。 0013 2.获取车辆到不同路边单元的距离和路边单元的连接数 0014 当车辆获取到多于一个路边单元的信息后，记录每一个路边单元所发送的编号信 息、位置信息以及车辆连接数信息，并通过车载GPS设备获取当前车辆位置，计算车辆与每 一个路边单元之间的距离。 0015 3.计算上传因子 0016 选择距离最近的两个路边单元，定义沿着车辆行驶方向，靠前的为RSU 1 ，靠后的为 RSU 2 ，以计算出的车辆RSU 1 和RSU 2 的距离。
12、分别存储到D RSU1 和D RSU2 中，从相应路边单元获取 的车辆连接数存储到K RSU1 和K RSU2 中，将D RSU1 、D RSU2 、K RSU1 和K RSU2 代入公式(1)，计算出上传因 子t； 0017 0018 其中a和b的取值，根据实际需要来确定。进一步的，参数a、b均为大于0的实 数。 0019 4.确定车辆上传的目的路边单元 0020 判断t值与0的大小，若t大于0，则采用RSU 1 作为上传的目的路边单元，反之，则 采用RSU 2 作为上传的目的路边单元。 0021 5.第4步执行完成以后，若该车辆还需要上传数据至路边单元，则重新回到第1步 继续执行。 002。
13、2 本发明与已有技术相比，其有益技术效果体现在： 0023 本发明同时考虑到了车辆到路边单元的距离和该路边单元的通讯质量，引入动态 选择路边单元的策略，通过控制车辆上传的目的节点来增加车辆上传的效率和成功率，做 到了真正意义上的高效。 附图说明 0024 图1基于动态选择路边单元的车载自组网的上传方法流程示意图； 0025 图2本发明服务调度架构示意图； 0026 图3本发明仿真场景示意图； 0027 图3(a)为VISSIM下的仿真，图3(b)为OPNET下的仿真； 0028 图4公式(1)不同a、b参数下路边单元数据接收率比较曲线图； 说 明 书CN 102413423 A CN 1024。
14、13436 A 3/5页 5 0029 图4(a)为a1、b0.5的情况，图4(b)为a1、b1的情况，图4(c)为a 1、b2的情况； 0030 图5不同交通密度下路边单元数据接收率比较曲线图； 0031 图5a)为低交通密度，图5(b)为高交通密度； 0032 图6不同数据量下车辆数据包丢失率比较曲线图； 0033 图6a)为每10秒停止时间间隙2秒、数据包发送间隙为1秒的情况； 0034 图6b)为每10秒停止时间间隙2秒、数据包发送间隙为0.5秒的情况； 0035 图6c)为无停止时间间隙、数据包发送间隙为0.5秒的情况； 0036 符号说明： 0037 VANET： 车载自组网络 0。
15、038 SDF： 最短距离优先方法 0039 LCF： 最少连接数优先方法 0040 DRS： 基于动态选择的上传方法 0041 D RSU1 ： 路边单元1到车辆的距离 0042 D RSU2 ： 路边单元2到车辆的距离 0043 K RSU1 ： 路边单元1通讯范围内车辆数目 0044 K RSU2 ： 路边单元2通讯范围内车辆数目 0045 t： 上传因子 0046 a： 上传因子计算公式中距离修正权值 0047 b： 上传因子计算公式中车辆数目修正权值 具体实施方式 0048 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好地理解本发明。 0049 图2所示的是一个车载网络的架构，。
16、路边单元放置在道路的两侧。车辆在道路行 驶过程中一旦经过路边单元的通讯范围，即可以与路边单元进行通讯时，车辆向路边单元 发送请求报文然后等待服务报文。当车辆处于多个路边单元的通讯范围时，如图2中标注 “？”的车辆，如何选择上传的目的地址成为了一个问题。该车辆按照图1所示的流程，采用 本发明的上传策略。通过采用本发明所提出的方法，能够快速的确定目的单元，提高数据发 送的效率和成功率。 0050 示范性实例分析： 0051 路边单元数据接收率(Data Traffic Rcvd)是衡量上传方法是否高效的重要指 标。数据接收率是指路边单元每秒所获取到数据包的数量。由于路边单元的处理能力以及 信道带宽。
17、有限，如何通过合理的安排上传的目的单元，从而使得路边单元最大限度的对请 求报文进行获取，以及尽可能的提高信道带宽利用率是上传方法重点考虑的问题。 0052 车辆数据包丢失率(Dropped Data Packets)是另外一个衡量上传方法是否高效 的重要指标。车辆数据包丢失的越多，说明车辆当前的通讯质量越糟糕，针对上传方法而 言，就是选择的路边单元越不合理。数据包丢失率反映在相同数据流量下，上传方法选择路 边单元的合理程度，同时反映在车辆通讯较多，网络通讯状况较差，路边单元处理能力不足 以及信道带宽受限的情况下，上传方法的生存性。 说 明 书CN 102413423 A CN 10241343。
18、6 A 4/5页 6 0053 基于动态选择路边单元的上传方法主要是在传统上传方法基础上，同时考虑到了 车辆到路边单元的距离和该路边单元的通讯质量，引入动态选择策略，通过车辆动态的获 取周围路边单元的参数，依据性能优先的原则进行选择，从而增加车辆上传的效率和成功 率。 0054 为了验证基于动态选择路边单元的上传方法的有效性，笔者分别从路边单元数据 接收率和车辆数据包丢失率等方面对所提出的方法进行仿真，并与笔者之前提出的SDF方 法进行比较分析。使用的仿真工具是被业界公认的微观交通仿真工具VISSIM和网络及通 讯仿真工具OPNET。 0055 实验所部署的仿真场景如下所示： 0056 如图3。
19、(a)所示为VISSIM下3000米3000米的街道场景。场景中心是一个十字 路口。不同的车辆从道路的四个方向按照交通规则以不同的速度行驶。 0057 如图3(b)所示，截取图3(a)街道场景的一条路段在OPNET上进行网络仿真，沿道 路每隔300米部署一个路边单元，车辆在道路上采用不同的上传算法随机同路边单元进行 通讯。为了使得图3(b)的仿真数据有说服力，在图3(b)中，移动节点的移动参数与VISSIM 仿真中所对应车辆的移动参数完全一致。 0058 在VISSIM上仿真两种不同交通流量，分别为低交通密度和高交通密度。低交通密 度标准为每60秒驶过27辆车，高交通密度标准为每60秒钟驶过6。
20、0辆车。在本发明中针 对不同交通流量分别进行实验。 0059 运行在OPNET上的仿真参数如下所示： 0060 1)仅考虑到从车辆到路边单元的一跳通讯，也就是说车辆与车辆之间的通讯、路 边单元到路边单元之间的通讯不在考虑范围之内。 0061 2)所有OPNET上的仿真，通讯开始时间即为车辆出现的时间，通讯结束时间设置 为无。 0062 3)OPNET上的特殊参数：停止时间间隙，在不同的实验环境下不同。 0063 4)数据包大小设置为1024字节，但是数据包发送时间间隙在不同实验环境下不 同。 0064 5)OPNET上的车辆参数与VISSIM一致，车辆的速度从50公里每小时到80公里每 小时不。
21、等。 0065 在路边单元上提供6种不同的服务，具体服务类型如下所示： 0066 1)旅馆、商店等非安全信息；2)区域地图查询；3)罚单信息；4)路线信息；5)道路 阻塞声音信息；6)车祸等紧急安全信息。 0067 图4为公式(1)不同a、b参数下路边单元数据接收率比较曲线图，其中图4(a)为 a1、b0.5的情况，图4(b)为a1、b1的情况，图4(c)为a1、b2的情况。 为了单纯的比较a和b两个参数，在实验中将其他参数设置为相同：交通流量为低交通密 度；停止时间间隙为每10秒停止2秒；数据包发送间隙为1秒。图4的场景1(scenario1) 是基于SDF的实验结果，而场景2(scenar。
22、io2)则基于DRS。 0068 从图4中可得，在实验场景下，当a值为1、b值为0.5时，两个场景的数据接收率 基本相同，这是因为b为0.5时，DRS方法计算公式(1)中的K RSU1 和K RSU2 之差对总体t的取 值影响不大，这时起主导作用的还是D RSU1 和D RSU2 之差。而SDF则上传时仅仅考虑与车辆的 说 明 书CN 102413423 A CN 102413436 A 5/5页 7 距离这一个因素，也就是D RSU1 和D RSU2 之差。因此图4(a)中两条曲线基本一致。 0069 当a值为1、b值为1时，场景2的数据接收率比场景1的要高一些，这是因为b为 1时，DRS方。
23、法公式(1)中的K RSU1 和K RSU2 之差对总体t的产生了一定了影响，这时K RSU1 和 K RSU2 之差修正了因为单纯考虑路边单元与车辆的距离这一个因素所造成的问题。而SDF则 上传时仅仅考虑D RSU1 和D RSU2 之差这一个因素，路边单元的连接数多少、信道是否忙碌等因 素并未考虑。因此图4(b)中场景2要比场景1的效果好。 0070 然而当b大于1时，场景2的性能开始逐渐下降，当a值为1、b值为2时，场景1 的数据接收率就明显比场景2的要高，如图4(c)所示。这是因为b为2时，DRS方法公式 (1)中的K RSU1 和K RSU2 之差不但没有起到修正距离因素的作用，反而。
24、将路边单元连接数这一 因素变成主导因素，这样距离成为了次要因素，而路边单元的通讯范围是有限制的，一旦驶 出通讯范围，车辆上的数据包就不能发送至路边单元，只能予以丢弃。因此图4(c)中场景 1反而要比场景2的效果好。 0071 在图4(a)、图4(b)和图4(c)的基础之上，笔者进一步细化a和b的取值，做了大 量实验。通过比较最终得出公式(1)中参数a和b的取值为1、1时，效果最好。 0072 图5为不同交通密度下路边单元数据接收率比较曲线图，其中图5(a)为低交通密 度，图5(b)为高交通密度。为了单纯的比较交通密度参数，在实验中将其他参数设置为相 同：公式(1)中参数a和b的取值为1、1；停。
25、止时间间隙为每10秒停止2秒；数据包发送间 隙为1秒。图5的场景1(scenario1)是基于SDF的实验结果，而场景2(scenario2)则基 于DRS。 0073 从图5中可得，无论是低交通密度还是高交通密度，场景2总是要比场景1的路边 单元数据接收率高，这说明本发明所提出的方法适用于一般的情况。通过图5(a)和图5(b) 的对比可知，当交通流量比较大，交通密度比较高时，DRS方法相比SDF来说，效果更加明 显。 0074 图6为不同数据量下车辆数据包丢失率比较曲线图，其中图6(a)为每10秒停止 时间间隙2秒、数据包发送间隙为1秒，图6(b)为每10秒停止时间间隙2秒、数据包发送间 隙。
26、为0.5秒，图6(c)为无停止时间间隙、数据包发送间隙为0.5秒。为了单纯的比较交通 密度参数，在实验中将其他参数设置为相同：公式(1)中交通流量为低交通密度；参数a和 b的取值为1、1。图6的场景1(scenario1)是基于SDF的实验结果，而场景2(scenario2) 则基于DRS。 0075 从图6中可得，无论是数据包发送间隙或者OPNET中停止时间间隙如何，场景2总 是要比场景1的车辆数据包丢失率低，这说明本发明所提出的方法适用于一般的情况。通 过图6(a)、图6(b)和图6(c)的对比可知，当车辆发送的数据量越大，DRS方法相比SDF来 说，效果也就越明显。 0076 综上所述，。
27、基于动态选择路边单元的车载自组网的上传方法在路边单元数据接收 率和车辆数据包丢失率等方面相较SDF方法而言都表现出了良好的性能。而且随着路边单 元通讯范围内车辆数目的增多、发送报文的数量的增大，本方法与SDF方法相比仍然能够 表现出较好的性能，显示了良好的可扩展性。 说 明 书CN 102413423 A CN 102413436 A 1/8页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102413423 A CN 102413436 A 2/8页 9 图2 图3(a) 说 明 书 附 图CN 102413423 A CN 102413436 A 3/8页 10 图3 图4(a) 说 明 书 附 图CN 102413423 A CN 102413436 A 4/8页 11 图4 说 明 书 附 图CN 102413423 A CN 102413436 A 5/8页 12 图5 说 明 书 附 图CN 102413423 A CN 102413436 A 6/8页 13 图6(a) 说 明 书 附 图CN 102413423 A CN 102413436 A 7/8页 14 图6(b) 说 明 书 附 图CN 102413423 A CN 102413436 A 8/8页 15 图6 说 明 书 附 图CN 102413423 A 。