一种ITS带状蜂窝系统带宽自适应分配的信令控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种ITS带状蜂窝系统带宽自适应分配的信令控制方法，路侧基站采用中心激励模型，沿着道路间隔分布，基站采用定向天线，面向道路一侧，使得基站信号覆盖密度更高以及能量更加集中；车辆向基站发送CCS信道信令请求，基站接收到请求后，为相应的车辆划分信道带宽并将其反馈给车辆，同时根据预测信息判决通信车辆之间的距离，如果车辆距离在IEEE802.11P协议通信范围内，车辆接收到相关信令后，采用直接的D2D通信方式；如果车辆距离超过了标准距离，则车辆间通信采用通过基站转发的信息模式。上述策略与方法能够提升ITS车联网通信系统的信道容量、提高系统的带宽利用率、进而增加系统的用户数量，并且能够有效降低基站的功率损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种ITS带状蜂窝系统带宽自适应分配的信令控制方法
本专利技术属于通信
，尤其涉及一种智能交通系统ITS车联网中自组协作通信系统。
技术介绍
在传统无线蜂窝移动通信系统中，基站采用全向天线，信号以基站为中心向四周传播，呈面状覆盖区(即基站采用中心激励模型)；两个移动终端设备之间进行信息交互，一般都经历这样的过程：某移动终端向基站发送公共信道信令(CCS:CommonChannelSignaling)请求，基站接收请求后，为其划分相应信道带宽，并且返回给此移动终端，此后移动终端之间的数据业务通信均由通过基站划分的信道进行转接。引入本专利策略下带状蜂窝自适应分配的CCS信令控制方法，不仅能够降低基站的功率损耗，还能够增加基站能够容纳移动终端的数目，进而提升基站的能量与带宽利用效率。本专利总体策略为：路侧基站采用定向天线(即面向道路一侧)，使用中心激励模型；在道路车辆之间距离在1～2km范围内(具体距离根据基站发送功率和不同信道环境而定)，基站和移动终端之间通信的只是信令信息(包括为移动终端划分带宽资源的信令信息)，移动终端之间的数据业务则利用设备到设备通信(D2D：Device-to-Device)技术进行交互；在道路车辆之间距离超过此范围的，则采用传统的基站转接信令信息与数据业务的方式，进行信息交互。基于上述策略，本专利将D2D技术应用到智能交通系统(ITS:IntelligentTransportSystem)中，提出了一种新型方法：一种基于ITS的带状蜂窝系统带宽自适应分配的CCS信令控制方法。在该方法下，不仅能够将D2D技术与基站转接技术协同起来实现通信，还可以节约能源与提高带宽利用率，在ITS交通道路应用场景中，变得更加实用与高效。
技术实现思路
本专利的应用环境为道路交通中的智能车联网ITS系统。在该系统中，车辆通信信道的空间拓扑分布，相对传统“车辆-基站-车辆”模式下的网络空间拓扑分布，有着较大区别。主要区别有两方面：一方面是道路带状拓扑结构，限制了车辆运动范围与方向趋势以及基站信号的覆盖范围；另一方面，由于车联网的信道特点，使得车载移动终端相比于普通蜂窝网中的移动终端，具有相当的可预测性。这种可预测性，使得ITS下信道建模与系统信道带宽资源分配的研究工作，比较普通的无线蜂窝移动通信网络，更具有挑战性。目前，在无线蜂窝移动通信系统中，通信信道模型研究与实际组网工程已经有了一些典型通信信道应用协议与数据传输调度方案，但在ITS网络应用中仍有不足之处，需要根据实际道路环境下的信道特点、车载用户终端的运动特性、基站功率限制以及有限频谱带宽资源等情况，进行合理的自适应带宽资源分配与带宽传输调度的策略优化。本专利技术的技术方案为：一种ITS带状蜂窝系统带宽自适应分配的信令控制方法，路侧基站采用中心激励模型，沿着道路间隔分布，基站采用定向天线，面向道路一侧，使得基站信号覆盖密度更高以及能量更加集中；基站信号覆盖区域和能量监测范围为正六边形区域，或者为等腰梯形区域；车辆向基站发送CCS信道信令请求，基站接收到请求后，为相应的车辆划分信道带宽并将其反馈给车辆，同时根据预测信息判决通信车辆之间的距离，如果车辆距离在IEEE802.11P协议通信范围内，车辆接收到相关信令后，采用直接的D2D通信方式；如果车辆距离超过了标准距离，则车辆间通信采用通过基站转发的信息模式。进一步，由于ITS中车辆位置的可预测性与基站呈线性分布特性，相邻基站的信号覆盖范围并不完全是相互独立的，它们会有信号覆盖重合区域。进一步，还包括当车辆从基站A驶向基站B时，在车辆即将驶入A与B的信号覆盖重合区域时，A将控制信令与信息业务发送给B，B根据A送达的内容，提前为车辆划分信道带宽资源，并将相应的CCS信令发送给相关车辆，此时A才能够中断向车辆发送CCS信令。进一步，CCS信令传输步骤为：步骤一、车载移动终端向基站接收端发送CCS信令请求和车辆实时信息，包括车辆位置、车辆所在车道、车辆速度、车辆加速度、车型、车牌号等实时信息；步骤二、基站接收端接收到车载移动终端发来的消息，内部处理机根据车辆实时信息计算车辆之间的距离，然后判决车距和标准距离之间的关系；步骤三、若车距小于标准距离，则车载移动终端数据业务采用D2D通信方式，信令业务通过基站转发；步骤四、若车距大于标准距离，则车载移动终端所有业务均通过基站进行转发；步骤五、基站内部处理机根据不同的通信方式为相应的车载移动终端划分信道带宽；步骤六、基站将CCS信令消息返回给相应的车载移动终端；步骤七、车载移动终端根据划分好的信道带宽以及通信方式开始信息交互；步骤八、重复上述七个过程，确保车载移动终端之间通信的可靠性。进一步，在车辆即将驶入A与B的信号覆盖重合区域时具体包括以下步骤：步骤1、车辆向基站A发送CCS信令请求以及车辆实时信息，包括车辆位置、车辆所在车道、车辆速度、车辆加速度、车型、车牌号实时信息；步骤2、基站A根据车辆实时信息，通过处理机预测车辆何时进入信号覆盖重合区域；步骤3、基站A发送端向车辆返回CCS信令，同时基站A向基站B发送车辆实时信息；步骤4、基站B接收端接收到基站A发送过来的车辆实时信息，预测车辆进入基站B信号覆盖区域的时间；步骤5、基站B的处理机根据预测车辆进入基站B信号覆盖区域的时间，提前为车辆划分好信道带宽；步骤6、基站B向车辆返回CCS信道信令信息，以及向基站A发送已经给车辆返回CCS信令信息；步骤7、基站A收到基站B发送的反馈信息，中断向车辆返回CCS信道信令，并解除对此车辆划分的信道带宽的占用；步骤8、若基站B未向基站A发送反馈信息以及没有向车辆发送CCS信道信令，则继续上述步骤1到步骤7的过程。区别于无线蜂窝移动通信系统，ITS自组织通信系统具有这样的特点：车辆间的通信网络拓扑分布是沿着道路走向的(即带状分布)。传统蜂窝移动通信系统的基站采用全向天线，以基站为中心，其信号覆盖范围呈面状(即基站采用中心激励模型)，如图1所示(图中，圆表示基站)。但ITS应用环境是道路，道路是近乎呈带状，并非蜂窝小区，因此在此基础上，基站沿着道路分布更加符合ITS的业务需求，如图2所示。基站沿着道路分布，在一定程度上节约了带宽资源，但随着5G技术与应用的即将到来，对基站功率控制与带宽资源分配将会提出更高的要求。因此，基于图2，又提出一种改进的带状蜂窝移动通信系统：路侧基站依旧采用中心激励模型，沿着道路间隔分布，但采用定向天线(即面向道路一侧)，这样沿着道路分布的基站所呈现的蜂窝移动通信系统覆盖范围仍然为带状拓扑结构，如图3所示。路侧基站采用定向天线，相同基站工作频率与发射功率下，基站监测区域面积减小，这使得在基站监测范围内的功率和带宽资源更加集中。显然在基站带状分布并在道路两侧采用定向天线新的策略下，信道带宽利用率与基站范围的最大车载终端用户数(用户容量)，均能得到一定的提高与增加。传统无线蜂窝移动通信系统中，移动用户间通信的数据业务和信令业务都是通过基站转发的，通信过程为：车载发送终端向基站发送CCS信道信令请求，基站接收到信令请求后，为相应的车辆划分信道带宽资源；然后将相关的带宽分配信令转发给相应准备收发数据业务的车载终端；接着，车载发送终端开始向基站发送数据业务，最后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ITS带状蜂窝系统带宽自适应分配的信令控制方法，其特征在于，路侧基站采用中心激励模型，沿着道路间隔分布，基站采用定向天线，面向道路一侧，使得基站信号覆盖密度更高以及能量更加集中；基站信号覆盖区域和能量监测范围为正六边形区域，或者为等腰梯形区域；车辆向基站发送CCS信道信令请求，基站接收到请求后，为相应的车辆划分信道带宽并将其反馈给车辆，同时根据预测信息判决通信车辆之间的距离，如果车辆距离在IEEE802.11P协议通信范围内，车辆接收到相关信令后，采用直接的D2D通信方式；如果车辆距离超过了标准距离，则车辆间通信采用通过基站转发的信息模式。

【技术特征摘要】
1.一种ITS带状蜂窝系统带宽自适应分配的信令控制方法，其特征在于，路侧基站采用中心激励模型，沿着道路间隔分布，基站采用定向天线，面向道路一侧，使得基站信号覆盖密度更高以及能量更加集中；基站信号覆盖区域和能量监测范围为正六边形区域，或者为等腰梯形区域；车辆向基站发送CCS信道信令请求，基站接收到请求后，为相应的车辆划分信道带宽并将其反馈给车辆，同时根据预测信息判决通信车辆之间的距离，如果车辆距离在IEEE802.11P协议通信范围内，车辆接收到相关信令后，采用直接的D2D通信方式；如果车辆距离超过了标准距离，则车辆间通信采用通过基站转发的信息模式。2.根据权利要求1所述的一种ITS带状蜂窝系统带宽自适应分配的信令控制方法，其特征在于，由于ITS中车辆位置的可预测性与基站呈线性分布特性，相邻基站的信号覆盖范围并不完全是相互独立的，它们会有信号覆盖重合区域。3.根据权利要求1所述的一种ITS带状蜂窝系统带宽自适应分配的信令控制方法，其特征在于，还包括当车辆从基站A驶向基站B时，在车辆即将驶入A与B的信号覆盖重合区域时，A将控制信令与信息业务发送给B，B根据A送达的内容，提前为车辆划分信道带宽资源，并将相应的CCS信令发送给相关车辆，此时A才能够中断向车辆发送CCS信令。4.根据权利要求3所述的一种ITS带状蜂窝系统带宽自适应分配的信令控制方法，其特征在于，CCS信令传输步骤为：步骤一、车载移动终端向基站接收端发送CCS信令请求和车辆实时信息，包括车辆位置、车辆所在车道、车辆速度、车辆加速度、车型、车牌号等实时信息；步骤二、基站接收端接收到车载移动终端发来的消息，内部处理机根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李康飞，江晓明，朱娜，童欣，戴舒雅，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32