蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法技术

本发明专利技术公开了一种蜂窝‑VANET异构网络的上行通信分簇方法，包括如下步骤：簇的形成和对车辆节点的接入控制；以及簇的选择。本发明专利技术基于蜂窝网络的信令负荷，自适应的调整分簇数量；与传统方法相比，本发明专利技术在信令负荷不超出蜂窝网络可承受能力的前提下，最大可能地减少簇形成与维护的信令负荷和运算复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，涉及VANET(车辆自组织网络)异构网络的下行通信技术，具体为一种蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法。
技术介绍
蜂窝网络的优势在于能够提供较大的数据速率、广泛的覆盖和QoS保障，但是仍然有可能存在局部区域覆盖不良、蜂窝小区边缘用户的频谱效率较低、在拥塞场景下时延较高等问题。车辆自组织网络具有廉价、组网灵活等优势，并且由于其无中心的网络结构，相邻节点之间直接进行数据传输，时延非常小，但是其无线信道质量不稳定，网络拓扑结构变化较快，并且容量有限。在这种背景下，能够结合蜂窝网络和车辆自组织网络优势的蜂窝-车辆自组织异构无线网络，自然而然的就引起了研究者的极大关注。在上行信息传输方面，大量的车辆节点在一段时间内连续向基站发送小数据包会造成蜂窝网络极大的信令负荷，因为每处理一次车辆节点的接入请求，基站就需要与车辆节点交互一次信令。Benslimane等人在文献《Dynamicclustering-basedadaptivemobilegatewaymanagementinintegratedVANET—3GHeterogeneousWirelessNetworks》(BenslimaneA,TalebT,SivarajR.Dynamicclustering-basedadaptivemobilegatewaymanagementinintegratedVANET—3GHeterogeneousWirelessNetworks,SelectedAreasinCommunications,IEEEJournalon,2011,29(3):559-570.)中针对上行信令负荷问题，提出一个分簇算法。簇内的车辆使用车辆自组织网络与簇头车辆通信，发送信息给簇头，簇头与基站之间通过蜂窝网络通信，把簇内各节点的信息传给基站。这样，基站只需要与簇头交互信令即可，大大减少了信令负荷。但是该算法在设计过程中，不考虑基站的实际负荷状况，单纯的最小化簇的数量，使得簇的形成和维护复杂度高，在车辆自组织网络中需要交互的信令量极大。Remy等人在文献《LTE4V2X—Collection,disseminationandmulti-hopforwarding》(RemyG,SenouciSM,JanF,etal.LTE4V2X—Collection,disseminationandmulti-hopforwarding,Communications(ICC),2012IEEEInternationalConferenceon.IEEE,2012:120-125.)也采用相似的分簇结构，不同之处在于，簇的形成和管理由基站负责，这种方式在一定程度上简化簇的形成和维护，但是由于簇的形成和维护需要周期性的进行，所以额外增加基站的大量处理负荷，并且，文献中也没有利用蜂窝网络的信息进行优化设计。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，结合蜂窝网络的信令负荷控制，设计一个针对小数据包的上行分簇传输方案，降低簇形成与维护的复杂度，降低信令负荷。为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：一种蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，包括如下步骤：簇的形成和对车辆节点的接入控制；以及簇的选择。更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，还包括簇头更新。更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，还包括簇的维护。更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，所述簇的形成和对车辆节点的接入控制包括：车辆节点向基站发送接入请求，(1)如果蜂窝网络信令负荷低于门限值vth1，则基站允许该车辆节点直接接入蜂窝网络，并向车辆节点回复信令；vth1为预设定的可调参数。更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，所述簇的形成和对车辆节点的接入控制还包括：(2)如果蜂窝网络的信令负荷高于门限值vth1，但是小于门限值vth2，则给该车辆节点回复信令，令其查找一跳邻居节点中是否有簇头；如果有簇头，则选择一个簇头接入蜂窝网络，如果没有簇头，则该车辆节点向基站重新发起接入请求，基站将接收其接入请求；vth2为预设定的可调参数，vth2>vth1。更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，所述簇的形成和对车辆节点的接入控制还包括：(3)如果蜂窝网络信令负荷高于门限值vth2，则该车辆节点查找一跳邻居车辆节点中是否有簇头，如果有簇头，则选择一个簇头接入蜂窝网络；如果没有簇头，则延迟给定的时间值T后，重新发起向基站发送数据请求，T>0，T值可调。更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，所述簇头选择包括：成功接入蜂窝网络的车辆节点作为其他车辆节点的候选簇头；且当所述一跳邻居车辆节点中有多个簇头供选择时，选择链路持续时间长和\\或接收信号强度高和\\或簇内接入节点少的簇头请求接入。更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，基站回复车辆节点的信令包含至少两个比特位有效信息；其中至少一比特位的赋值信息表示基站是否允许车辆节点接入蜂窝网络；并且其中至少还有一比特位赋值信息表示车辆节点在一跳邻居车辆节点查找不到簇头时，重新向基站发起接入请求或者延迟给定的时间值T之后再发起接入请求，T>0，T值可调。更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，车辆节点在其周期性广播的信标信息中增加至少一个比特位表示其是否接入网络和/或是否是簇头。更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，所述簇头更新包括：当一跳邻居车辆节点中有多个簇头可供选择时，选择链路持续时间长、接收信号强度高、簇内接入节点少的簇头。更进一步的，上述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法中，所述簇的维护包括：作为簇头的车辆节点在自身的数据传输结束，并且此后持续的一段时间T1内，如果没有接收到其他车辆节点的接入请求，则释放蜂窝网络资源，簇自动解散；T1>0，T1可调。采用上述技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术基于蜂窝网络的信令负荷，自适应的调整分簇数量；与传统方法相比，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝‑VANET异构网络的上行通信分簇方法，其特征在于：包括如下步骤：簇的形成和对车辆节点的接入控制；以及簇的选择。

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，其特征在于：包括
如下步骤：
簇的形成和对车辆节点的接入控制；以及
簇的选择。
2.根据权利要求1所述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，
其特征在于：还包括簇头更新。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方
法，其特征在于：还包括簇的维护。
4.根据权利要求1所述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，
其特征在于：所述簇的形成和对车辆节点的接入控制包括：车辆节点向基站发
送接入请求，
(1)如果蜂窝网络信令负荷低于门限值vth1，则基站允许该车辆节点直
接接入蜂窝网络，并向车辆节点回复信令；vth1为预设定的可调参数。
5.根据权利要求4所述的蜂窝-VANET异构网络的上行通信分簇方法，
其特征在于：所述簇的形成和对车辆节点的接入控制还包括：
(2)如果蜂窝网络的信令负荷高于门限值vth1，但是小于门限值vth2，
则给该车辆节点回复信令，令其查找一跳邻居节点中是否有簇头；如果有簇头，
则选择一个簇头接入蜂窝网络，如果没有簇头，则该车辆节点向基站重新发起
接入请求，基站将接收其接入请求；vth2为预设定的可调参数，vth2>vth1；
所述簇的形成和对车辆节点的接入控制还包括：
(3)如果蜂窝网络信令负荷高于门限值vth2，则该车辆节点查找一跳邻
居车辆节点中是否有簇头，如果有簇头，则选择一个簇头接入蜂窝网络；如果
没有簇头，则延迟给定的时间值T后，重新发起向基站发送数据请求，T>0，
T值可调。...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯振杰，刘国英，郑霞，
申请(专利权)人：冯振杰，刘国英，郑霞，
类型：发明
国别省市：河南;41