[发明专利]基于半双工通信的安全告警信息中继方法

说明书

本发明公开了一种基于半双工通信的安全告警信息中继方法，本发明的方法采用功率控制和通信节点存储转发为安全告警信息的传输提供中继，使得广播车辆半双工的使用无线资源的情况下同时发送安全告警信息时，通过中继节点的存储转发广播消息弥补半双工广播问题带来的广播丢失问题，提高了安全告警信息的传输可靠性，保障了半双工广播问题发生时广播车辆依然可以接收到周围广播车辆的安全告警信息。本发明的方法将通信节点的信号覆盖范围和信道质量纳入决策相关因素，综合衡量系统容量、无线资源冲突和算法复杂性，求得权值最大的空闲通信节点作为中继节点，以一定的功率转发广播消息，进而有效解决半双工广播问题，减少无线资源冲突。

技术领域

本发明属于无线通讯技术领域，具体涉及一种基于半双工通信的安全告警信息中继方法的设计。

背景技术

安全告警信息是车联网中一种具有突发性的安全相关信息，用于车辆在发生或者发现危险时能对所有面临潜在危险的车辆提前预警，安全告警信息的及时可靠传输是车联网得以实现的基础之一。

V2V通信是物理位置邻近的车辆间的直接通信，物理位置邻近保证了较高的信息传输可靠性，直接通信保证了较低的传输时延。

2010年前后，IEEE发布了应用于车载专用短程通信中的车联网无线技术标准IEEE802.11p。该标准具有技术成熟、自组织模式支持V2V通信的优势，但是，由于802.11p在MAC层上采用了CSMA/CA机制，随着感知区域内车辆密度增加，丢包率会显著提高，在一些严重拥堵区域，数据包传递的时延和可靠性都不能保证。

LTE-V技术是现有LTE-D2D基础之上，针对车联网场景进行重新设计和修改，并实现人、车、路、云之间互联和信息传输的车联网无线通信技术。在蜂窝覆盖范围内，车联网通信采用集中式网络架构，由基站完成车辆的无线信道接入与无线信道分配，车辆间采用直连技术进行通信。密集场景中，集中式的调度方式提高了信道接入的概率，同时降低了通信节点间发生无线资源冲突的概率。

LTE在媒体接入控制层(MAC)层采用了多载波技术，该技术允许多个通信节点在同一时刻同一带宽上互不干扰(正交)的传输信息。信息被封装在帧内进行传输，每个帧包含了多个资源块(RB,Resource Block)。对于每个通信节点，当它作为接收端时，它会接收带宽上的整个信号，并将信号逐帧地解码，然后解析每个RB中的内容。通常情况下，由于自干扰的存在，通信节点只能进行信号的接收或者发送。这意味着无线资源只能以半双工的形式被使用。对于信息广播，半双工的使用无线资源意味着，当一个通信节点处于发送状态时，在整个帧的发送期间，所有在该节点信号覆盖范围内的其他通信节点必须处于接收状态。这意味着，要么通信节点以极低的频率发送广播，要么同时处于发送状态的这些通信节点将丢失彼此的广播信息。对于车辆密集场景，系统中存在着大量的安全告警信息的广播需求，广播不可避免的需要在同一时刻不同子载波上进行发送。由于无线资源只能被半双工的使用，当处于同一信号覆盖范围内的多个通信节点同时处于发送状态时，这些通信节点将收不到彼此的广播消息，它们互为通信盲点，这将造成很大的安全隐患。

目前，针对LTE-V中半双工广播问题的研究主要有以下两种：

(1)基于全双工天线(参考文献：Bazzi A,Masini B M,Zanella A.PerformanceAnalysis of V2V Beaconing Using LTE in Direct Mode With Full Duplex Radios[J].IEEE Wireless Communication Letters,2015,4(6):685-688.)：该文提出使用全双工天线解决LTE-V场景中的半双工广播问题，全双工天线技术通过削弱自干扰，将允许通信节点同时处于发送与接收状态。这意味着，在LTE-V场景中，车辆节点可以在发送广播帧的同时解码相同的广播帧，进而获取周围通信节点的广播信息。然而全双工天线技术目前尚未成熟到可以投入商用。