车辆通信中基于时间和空间相关性的资源调度方法

摘要

本发明公开了一种车辆通信中基于时间和空间相关性的资源调度方法，主要解决现有车辆通信网络中不同优先级资源在分发过程中同时竞争信道而导致资源碰撞几率高的问题。其步骤包括：(1)建立“资源属性”数据包；(2)发送“资源属性”数据包；(3)检查数据包是否存在；(4)判断资源是否满足被接收条件；(5)计算相关性，接收资源。本发明针对不同的资源设定优先级，使得紧急程度高，对车辆用户重要的资源能够得到优先传输。本发明在资源接收过程中采用时空相关性函数，按相关性函数值由大到小顺序接收的方法，克服了采用随机交换方式而造成资源碰撞率高的缺点。本发明解决了资源在传播过程中，优先级动态变化的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更进一步涉及车辆无线通信领域中的一种利用资源的时间和空间相关性实现资源调度的方法。该方法实现车辆通信网络中不同优先级资源的发送和接收，可以作为智能交通控制系统一个重要组成部分。

背景技术

近年来，随着车辆的爆发式增长和无处不在的信息需求，人们在车辆移动过程中的通信服务需求日益增大，车辆移动网络的研究已成为世界瞩目的焦点，同时也促进了车辆向智能化、网络化方向的发展。

Bo Xu等人在文献“Opportunistic Resource Exchange in Inter-vehicle Ad-hoc Networks”，Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Mobile Data Management(MDM’04)，0-7695-2070-7/04$20.00.2004IEEE，提出了一种基于资源的时间和空间相关性来实现资源的查询和存储的方法。该方法实现了资源在有限的内存空间内的有效存储和更新，同时能够比较快的实现资源发现。该方法按照资源的“相关性”由大到小的顺序存储于内存中。当内存存满，又有新的资源到达时，重新计算内存中所有资源的相关性函数值，相关性最小的被清除，新资源被保存。由于该方法仅涉及资源的发现，对于资源的分发，则用随机的方式交换，这种方法在有多个资源同时竞争信道时，容易发生资源碰撞。同时，由于没有对资源设定优先级，不能满足用户对紧急程度不同的资源的不同需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提出一种基于时间和空间相关性的资源调度方法，实现车辆通信网络中对不同优先级资源的发送和接收，减少资源碰撞的几率。

本发明实现的步骤包括如下：

(1)发送车辆建立与资源一一对应的“资源属性”数据包；

(2)将“资源属性”数据包通过无线信道发送给接收车辆；

(3)接收车辆检查数据包在内存空间中是否存在，若存在，则拒绝接收资源，传输过程结束；若不存在，则进行步骤(4)；

(4)通过“资源属性”数据包，判断资源是否满足被接收条件，若满足，则进行步骤(5)；若不满足，则拒绝接收，传输过程结束；

(5)接收资源：若只有一个资源待接收，则直接接收资源；若有多个资源同时需要接收，则进行步骤5a)和5b)；

5a)计算相关性函数值F(R)

$>\left(\begin{array}{cc}F\left(R\right)={\alpha }_j·t+{\beta }_j·d+{\gamma }_j& ({\alpha }_j\le 0,{\beta }_j\le 0)\\ d={[{(x_i-x_0)}^2+{(y_i-y_0)}^2]}^{\frac{1}{2}}& \\ t=t_i-t_0& \end{array}\right)$>

其中：t为车辆接收数据包的时刻t_i到资源产生时刻t₀的时间间隔；

d为车辆接收数据包时的位置(x_i，y_i)到资源产生地(x₀，y₀)的距离；

α_j、β_j、γ_j为常数，α_j、β_j分别表示时间间隔t和距离d的衰减因子，γ_j为优先级调节因子；α_j、β_j、γ_j数值的大小根据资源的种类j调用；

5b)排队：按照相关性函数值由大到小的顺序进行排队，依次接收资源。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

第一，由于本发明在依次接收资源时，采用针对不同的资源设定优先级的方法，使得紧急程度高，对车辆用户重要的资源能够得到优先传输，满足不同用户的需要。

第二，由于本发明在资源接收过程中采用时空相关性函数，按相关性函数值由大到小顺序接收的方法，克服了现有技术采用随机交换方式而造成的资源碰撞率高的缺点。

第三，本发明在资源接收过程中，虽然对不同紧急程度的资源设定了优先级，但在实际的传播过程中，并不是按照优先级由高到低的顺序接收，而是采用按照相关性函数值由大到小的顺序接收的方法，解决了资源在传播过程中，因持续时间增长和传播距离增大而导致资源紧急程度降低、实际优先级降低的问题，能更好的满足用户的实际需要。

附图说明

图1为本发明的流程图

图2为本发明优先级调节因子γ_j的设定方法说明图

具体实施方式

下面结合附图1对本发明做进一步的描述：

步骤1，建立“资源属性”数据包。发送车辆以资源起始产生的地点(x₀，y₀)、时间t₀、类别j、产生该资源的用户u建立“资源属性”数据包(x₀，y₀，t₀，j，u)。资源可以是与空间相关的，时间相关的或者时空相关的，因此不同资源的资源属性也是不同的。与时间相关的资源如“某时的股票信息”，其形式为(t₀，j，u)；与空间相关的资源如“加油站的位置信息”，其形式为(x₀，y₀，j，u)；与时空相关的资源如“某时某地发生交通事故”，其形式为(x₀，y₀，t₀，j，u)。每个资源与“资源属性”数据包是一一对应的。由此建立的“资源属性”数据包具有信息量小，对信道资源占用少的特点。

步骤2，发送“资源属性”数据包。发送车辆在发送资源前，先将该资源的“资源属性”数据包通过无线信道发送给接收车辆。

步骤3，检查数据包是否存在。接收车辆通过检查“资源属性”数据包在内存空间中是否存在，可以得知该资源是否已经接收过。若存在，则拒绝接收资源，传输过程结束。这样可以避免对同一资源的重复接收，减少对信道资源的浪费；若不存在，则进行步骤(4)接收车辆进一步判断资源是否满足被接收条件。

步骤4，判断资源是否满足被接收条件。由于信道资源的有限性，资源的传播在持续时间和传播范围上需要设定一定的界限。超过界限，资源不会被发送或接收。资源传播界限，要根据实际情况(资源影响范围，有效时间等)进行设定。如：“某时某个路口的交通灯是红灯”该信息没必要传播给整个城市的车辆，只要让该路口1千米左右范围内的车辆知道，能够让车辆及时做出调整即可。同时，由于红灯持续时间比较短，一般在30-60秒之间，若接收时刻到该信息产生的时刻间隔太长，对车辆用户来说该信息失去了利用价值，因此其时间界限可设置在20-40秒之间。

通过“资源属性”数据包，判断是否满足时域与空间域限制条件。若满足，则进行步骤(5)；若不满足，则拒绝接收，传输过程结束。

如果需要判断j类资源是否满足被接收条件时，j类资源的时间界限将被设定为t_j(max)，空间界限将被设定为d_j(max)。接收车辆在t_i时刻接收“资源属性”数据包时的对应位置为(x_i，y_i)。计算接收时刻t_i到资源产生时刻t₀的时间间隔t＝t_i-t₀和接收车辆位置(x_i，y_i)到资源产生位置(x₀，y₀)之间的距离判断t、d是否同时满足t＜＝t_j(max)和d＜＝d_j(max)两个条件。若满足，则进行步骤5a)；若不满足，则拒绝接收，传输过程结束。

步骤5，计算相关性，依次接收资源。若只有一个资源待接收，则直接接收资源。若有多个资源同时需要接收，则进行步骤5a)和5b)。

5a)计算相关性函数值F(R)。按照下列相关性函数公式，求解方程组得到j类资源在位置(x_i，y_i)，时刻t_i的相关性函数值。

$>\left(\begin{array}{cc}F\left(R\right)={\alpha }_j·t+{\beta }_j·d+{\gamma }_j& ({\alpha }_j\le 0,{\beta }_j\le 0)\\ d={[{(x_i-x_0)}^2+{(y_i-y_0)}^2]}^{\frac{1}{2}}& \\ t=t_i-t_0& \end{array}\right)$>

其中：t为车辆接收数据包的时刻t_i到资源产生时刻t₀的时间间隔；

d为车辆接收数据包时的位置(x_i，y_i)到资源产生地(x₀，y₀)的距离；

α_j、β_j、γ_j为常数。α_j、β_j分别表示时间间隔t和距离d的衰减因子，γ_j为优先级调节因子。α_j、β_j、γ_j数值的大小根据资源的种类j调用。

α_j、β_j的设定。

因为资源的相关性随着距离d的增加而减少，随着时间间隔t的增加而减少，所以α_j≤0，β_j≤0。α_j/β_j的值越大，表示相关性对于时间的敏感性比空间的越强；相反，则对空间的敏感性更强。由于某些资源仅与空间相关或时间相关，如与空间相关的“某建筑物的位置”，或者与时间相关的“某时的股票信息”。对于只与空间相关的，设定α_j＝0，只与时间相关的，设定β_j＝0。

γ_j的设定。

对于不同的资源，一方面，由于用户的需求、紧急程度等因素的不同，其传输过程中传输顺序就不同，所以需要设定优先级，使其紧急程度高，重要的信息优先传输；另一方面，随着传播距离d的增加和持续时间t的增长，资源对于用户的紧急程度或影响程度会降低，其优先级会降低，因此需要设定一个动态变化的优先级。

下面结合附图2对优先级调节因子γ_j的设定做进一步的描述：

图2(a)，表示资源R₁“某地某时发生交通事故，交通堵塞”，其参数为α₁、β₁、t_1(max)、d_1(max)；图2(b)，表示资源R₂“车辆在某时某地的状态信息(速度，位置，加速度，刹车…)”，其参数为α₂、β₂、t_2(max)、d_2(max)；图2(c)，表示资源R₃“加油站的位置信息”，其参数为α₃＝0，β₃、d_3(max)。这三类信息，资源R₁紧急程度最高，资源R₂次之，资源R₃最低。虽然资源R₁紧急程度最高，但是随着距离的增加，其对于用户的重要性就会下降。也就是说，对于较远处的车辆该信息的重要程度就没有资源R₂程度高，用户更希望先接收到资源R₂。因此，设定在d₁(d₁＜d_1(max))范围内，资源R₁拥有最高优先级。

资源R₁：在d₁范围内，

资源R₂：F(R₂)_{max(d＝0，t＝0)}＝γ₂

$>F{\left(R_2\right)}_{\min (d=d_{2\left(\max \right)},t=t_{2\left(\max \right)})}={\alpha }_2·t_{2\left(\max \right)}+{\beta }_2·d_{2\left(\max \right)}+{\gamma }_2$>

资源R₃：F(R₃)_max(d＝0)＝γ₃

通过下列的不等式组，确定γ₁、γ₂、γ₃的取值范围。

$>\left(\begin{array}{c}F{\left(R_1\right)}_{\min (d=d_1,t=t_{1\left(\max \right)})}\ge F{\left(R_2\right)}_{\max (d=0,t=0)}\\ F{\left(R_2\right)}_{\min (d=d_{2\left(\max \right)},t=t_{2\left(\max \right)})}\ge F{\left(R_3\right)}_{\max (d=0)}\end{array}\right)$>

化简得到

$>\left(\begin{array}{c}{\gamma }_1\ge {\gamma }_2-{\alpha }_1·t_{1\left(\max \right)}-{\beta }_1·d_1\\ {\gamma }_2\ge {\gamma }_3-{\alpha }_2·t_{2\left(\max \right)}-{\beta }_2·d_{2\left(\max \right)}\end{array}\right)$>

所以，γ₁、γ₂、γ₃数值的选择只要满足上述关系即可达到目的。

5b)排队。按照相关性函数值由大到小的顺序进行排队，依次接收资源。