[發明專利]一種用于車路協同系統的車載終端無線接入方法

有效

• 申請號: 201310403499.6
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN103476091A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王云鵬;田大新;周建山;魯光泉;余貴珍;羅浩;原勇;段續庭
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04W48/08
• 分類號: H04W48/08;H04W48/16
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種用于車路協同系統的車載終端無線接入方法，其特征在于：在無線網絡環境中，各個車輛初始進入無線網絡環境時，車輛上的車載終端接入無線信號最強的無線網絡；且各個車輛由t時刻開始，每間隔時間dt進行一次無線網絡切換接入，具體方法如下：

步驟1：在t時刻獲取車輛上的車載終端信息；

令無線網絡環境中全部車輛個數為n；車輛標識為i，i=1、2、3、......、n；則通過車輛i上的無線網絡接入模塊，獲取車輛i上的車載終端在t時刻的車載終端信息，具體為：

A、通過多網接口管理子模塊接收路側各無線網絡的AP或基站天線發射的無線信號，根據無線信號判斷可用的無線網絡，并將可用的無線網絡構成可接入的無線網絡候選集合CandidateNetSet_i；

B、通過多網接口管理子模塊接收多網接口管理子模塊接入的無線網絡j的信令消息，j為無線網絡標識，j=1、2、3、......、m；m為無線網絡環境中全部無線網絡個數；多網接口管理子模塊還從無線網絡j的信令消息中獲取無線網絡j的QoS參數信息，包括無線網絡j的可用帶寬currentNetB_j、無線傳輸時延currentNetD_j和網絡丟包率currentNetPLR_j，并將所述無線網絡j的QoS參數信息傳輸給無線網絡QoS信息評估子模塊；同時，無線網絡QoS信息評估子模塊采集車輛i上的車載終端運行的網絡應用程序k_i的QoS需求指標信息，包括網絡帶寬需求指標上下限參數和無線傳輸時延需求指標上下限參數和網絡丟包率需求指標上下限參數和k為網絡應用程序標識，k=1、2、3、......、p；p為網絡應用程序數量；

C、無線網絡QoS信息評估子模塊根據無線網絡j的QoS參數信息和車輛i上的車載終端運行的全部網絡應用程序的QoS需求指標信息，得到車輛i上的車載終端QoS需求上限參數與下限參數；車輛i上的車載終端QoS需求上限參數包含帶寬需求上限參數MTUpB_i、時延需求上限參數MTUpD_i、丟包率需求上限參數MTUpPLR_i；車輛上的車載終端QoS需求下限參數包含帶寬需求下限參數MTLowB_i、時延需求下限參數MTLowD_i、丟包率需求下限參數MTLowPLR_i為：

MTUpBi=Σki∈ApplicationSetiappUpBkiMTLowBi=Σki∈ApplicationSetiappLowBkiMTUpDi=minki∈ApplicationSeti{appUpDki}MTLowDi=maxki∈ApplicationSeti{appLowDki}MTUpPLRi=minki∈ApplicationSeti{appUpPLRki}MTLowPLRi=maxki∈ApplicationSeti{appLowPLRki}---(1)]]>

式(1)中，ApplicationSet_i表示車輛i上的車載終端運行的全部網絡應用程序構成的集合；

D、無線網絡QoS信息評估子模塊根據車輛i上的車載終端QoS需求上限參數與下限參數，得到車輛i上的車載終端QoS效用參數，包括網絡帶寬效用參數UtilityB_i、傳輸時延效用參數UtilityD_i、網絡丟包效用參數UtilityPLR_i；

UtilityBi=min{currentNetBi,MTUpBi}-MTLowBiMTUpBi-MTLowBiUtilityDi=MTUpDi-max{currentNetDi,MTLowDi}MTUpDi-MTLowDiUtilityPLRi=MTUpPLRi-max{currentNetPLRi,MTLowPLRi}MTUpPLRi-MTLowPLRi---(2)]]>

E、無線網絡QoS信息評估子模塊根據車輛i上的車載終端QoS效用參數，采用加權平均方法得到車輛i上的車載終端QoS綜合滿意度MTSatisfaction_i；

MTSatisfaction_i=w₁×UtilityB_i+w₂×UtilityD_i+w₃×UtilityPLR_i?????(3)

式(3)中，需滿足：w₁、w₂、w₃均權重系數，為大于0的實常數，且w₁+w₂+w₃=1；

F、車輛i上的車載終端將得到的MTUpB_i、UtilityB_i和MTSatisfaction_i作為車輛i的車載終端信息，由多網管理子模塊通過信令消息廣播給無線資源管理模塊；

步驟2：無線資源管理模塊將接入無線網絡j的車輛i上的車載終端構成集合MTset_j，并利用集合MTset_j內車輛i上的車載終端信息中的MTSatisfaction_i，得到無線網絡j的QoS效用值GroupUtility_j；

GroupUtilityj=Πi∈MTsetj(1-MTSatisfactioni)---(4)]]>

同時，無線資源管理模塊還利用集合MTset_j內車輛i的上的車載終端信息中MTUpB_i，得到無線網絡j的帶寬資源分配效用值NetUtilityB_j；

ΔNetBj=min{0,(Capacityj-Σi∈MTsetjMTUpBi)}NetUtilityBj=21+exp(-g×ΔNetBj)---(5)]]>

式(5)中，Capacity_j表示該無線網絡j的帶寬總容量，根據實際應用，無線網絡j的具體技術標準設置，g為正實常數；

步驟3：無線資源管理模塊將得到的GroupUtility_j和NetUtilityB_j以及集合內車輛i上的車載終端信息中的UtilityB_i，通過Internet的有線方式傳輸給聯合無線資源管理模塊；

步驟4：確定車輛i上的車載終端切換接入的目標無線網絡；

聯合無線資源管理模塊將無線網絡環境中的全部無線網絡構成集合NetSet，并將接入各個無線網絡的車輛上的車載終端構成車載終端集合MT，隨后利用聯合無線資源管理模塊接收到的GroupUtility_j、NetUtilityB_j和集合MT內車輛i上的車載終端信息中的UtilityB_i進行決策，具體如下：

a、聯合無線資源管理模塊利用得到QoS全局滿意度參數GlobalSatisfactio；

GlobalSatisfaction=1-Πj∈NetSetGroupUtilityj---(6)]]>

b、聯合無線資源管理模塊利用參數NetUtilityB_j，得到無線網絡帶寬資源分配全局效用參數GlobalUtilityB；

GlobalUtilityB=Πj∈NetSetNetUtilityBj---(7)]]>

c、聯合無線資源管理模塊利用集合MTset_j內車輛i上的車載終端信息中的UtilityB_i，得到無線網絡帶寬資源分配全局公平性參數GlobalAllocationFI；

FI=(Σj∈MTUtilityBi)2|MT|×[Σj∈MT(UtilityBi)2GlobalAllocationFI=h(FI)---(8)]]>

式(8)中，|MT|表示集合MT中元素的個數，h(Fi)為：

h(FI)=0;FI≤0(2×FI)r1+(2×FI)r;0<FI≤0.51-(2-2×FI)r1+(2-2×FI);0.5<FI≤11;FI>1---(9)]]>

式(9)中，r為正整數，r>2；

d、聯合無線資源管理模塊最終根據GlobalSatisfa、GlobalUtilityB、GlobalAllocationFI，得到綜合量化參數值α(t₁)：

α(t1)=α(t1-dt)+dt×[GAF-α(t1-dt)]GAF=(β1×GlobalSatisfaction+β2×GlobalAllocationFI)×GlobalUtilityB---(10)]]>

式(10)中，α(t₁-dt)表示t₁-dt時刻的綜合量化參數值，t₁為進行步驟d的時刻；參數β₁和β₂需滿足：β₁+β₂=1，且β₁與β₂均為大于0的實常數；

e、聯合無線資源管理模塊根據綜合量化參數α(t₁)，利用多項式數學模型得到參數syn和deg：

syn=Σl=0nal×[α(t1)]ldeg=α(t1)---(11)]]>

式(11)中，參數n為正整數；參數a_l需滿足：a_n>0且a_l≥0，l=0，1，…，n-1，a_l均為實常數；

f、聯合無線資源管理模塊根據參數syn和deg，調用車載終端無線接入決策動力系統模型，得到車輛i上的車載終端對應各個無線網絡的決策向量X_i(t₂)：

X_i(t₂)=[x_i1(t₂)，x_i2(t₂)，x_i3(t₂)，……，x_ij(t₂)，……，x_im(t₂)]^T，i∈MT?????(12)

式(3)中，

xij(t2)=xij(t2-dt)+dt×[syn1+(xmaxi(t2-dt)-xij(t2-dt))2-deg×xij(t2-dt)+ηij];]]>

x_ij(t₂-dt)表示在t₂-dt時刻車輛i對應無線網絡j的決策向量分量，t₂為進行步驟f的時刻；參數η_ij為車輛i對應無線網絡j的均值為0、標準偏差為1的高斯白噪聲因子；

g、聯合無線資源管理模塊根據決策向量X_i(t₂)，得到車輛i上的車載終端下一個時間間隔(t+dt，t+2×dt]內接入的目標無線網絡j^*，作為決策信息：

j*=argmaxj∈NetSet{xij(t2)|xij(t2)∈Xi(t2)}---(13)]]>

h、聯合無線資源管理模塊通過Internet的有線方式將車輛i上的車載終端無線接入決策信息j^*發送給車輛i的車載終端在t時刻所接入的無線網絡j的無線資源管理模塊，i∈MTset_j，j∈NetSet；

步驟5：無線網絡j的無線資源管理模塊接收聯合無線資源管理模塊發送的決策信息j^*，通過信令消息廣播給當前與無線網絡j連接的車載終端i，i∈MTset_j，j∈NetSet；

步驟6：車輛i上的車載終端多網接口管理子模塊接收信令消息發送的無線接入決策信息j^*，進行判斷，具體為：

I、如果j^*∈CandidateNetSet_i，則車輛i上的車載終端多網接口管理模塊將連接網絡的端口切換到無線網絡j^*的端口，并在下一個時間間隔(t+dt，t+2×dt]內保持與該無線網j^*的無線連接，利用該無線網絡j^*為終端上所有的網絡應用程序提供業務服務；

II、如果則車輛i上的車載終端多網接口管理子模塊進一步判斷t時刻多網接口管理子模塊所接入的無線網絡j是否屬于集合CandidateNetSet_i：如果j∈CandidateNetSet_i，則車輛i上的車載終端在下一個時間間隔(t+dt，t+2×dt]保持與該無線網絡j的連接；若則車輛i上的車載終端多網接口管理子模塊選取集合CandidateNetSet_i中信號強度最大的無線網絡作為下一個時間間隔(t+dt，t+2×dt]的接入網絡；

III、如果車輛i上的車載終端仍然處于無線網絡環境且繼續需要無線網絡提供業務服務，則該車載終端i的無線網絡接入模塊在下一個時間間隔結束時刻t+dt返回步驟1，繼續執行；否則，車輛i上的車載終端無線網絡接入模塊終止工作。

2.如權利要求1所述一種用于車路協同系統的車載終端無線接入方法，其特征在于：所述多網接口管理子模塊和無線網絡QoS信息評估子模塊的無線網絡接入模塊部署在車載終端上；無線資源管理模塊部署在路側的無線網絡的AP或者基站中；聯合無線資源管理模塊部署在Internet網絡中。