張勇 張靜 蘇穎

摘 要： 設(shè)計(jì)了自動(dòng)駕駛車(chē)輛在高速移動(dòng)場(chǎng)景下車(chē)聯(lián)網(wǎng)的低時(shí)延數(shù)據(jù)傳輸方案.采用多徑開(kāi)環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸方式，依靠功能強(qiáng)大的霧結(jié)點(diǎn)服務(wù)器，將宏結(jié)點(diǎn)與微結(jié)點(diǎn)組合接入點(diǎn)群，對(duì)用戶(hù)的請(qǐng)求資源做出分配及調(diào)度.仿真實(shí)驗(yàn)表明，該方案數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率略高于傳統(tǒng)的長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）車(chē)聯(lián)網(wǎng)方案的誤碼率，但時(shí)延可以降到1 ms以?xún)?nèi).

關(guān)鍵詞： 高速移動(dòng)場(chǎng)景車(chē)聯(lián)網(wǎng); 開(kāi)環(huán)通信; 霧結(jié)點(diǎn)服務(wù)器

中圖分類(lèi)號(hào)： TN 929.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)： 1000-5137（2019）01-0033-05

Abstract： In this paper，a low-latency data transmission scheme for autonomous vehicles in high-speed mobile scenarios was designed.In this proposed scheme the macro-nodes and micro-nodes were combined to form an access group dependent on a powerful fog node server so as to implement allocation and schedule of user-requested resources.The simulating experiment demonstrated that the delay of the present scheme was reduced to less than 1 ms compared to the traditional long term evolution （LTE） scheme while the data transmission error rate was slightly higher.

Key words： high-speed mobile vehicle network; open-loop communication; fog node server

0 引 言

車(chē)聯(lián)網(wǎng)融合了物聯(lián)網(wǎng)、智能交通、車(chē)載信息服務(wù)和云計(jì)算等技術(shù)，其加強(qiáng)了汽車(chē)對(duì)周?chē)h(huán)境的感知判斷，避免交通的堵塞和碰撞，已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外企業(yè)研究的熱點(diǎn).傳統(tǒng)的長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）通信系統(tǒng)允許的最大傳輸時(shí)延為100 ms，而車(chē)聯(lián)網(wǎng)需要對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要將時(shí)延控制在1 ms以?xún)?nèi)[1].

車(chē)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接入方案通?；贚TE 設(shè)備間（D2D）通信網(wǎng)絡(luò).D2D通信可在蜂窩系統(tǒng)的控制下，允許終端用戶(hù)通過(guò)共享小區(qū)資源在一定范圍內(nèi)直接進(jìn)行通信，它的數(shù)據(jù)流量不經(jīng)過(guò)基站和核心網(wǎng)，因而可減小通信時(shí)延，減輕基站壓力，緩解核心網(wǎng)負(fù)載，提高頻譜利用率和系統(tǒng)吞吐量[2-3].基于 LTE的 D2D 通信系統(tǒng)可為混合智能交通的車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)排除故障[4]，還可根據(jù)高速行駛車(chē)輛中的地理位置信息，通過(guò)信道復(fù)用和功率控制，最大化系統(tǒng)總速率[5].在分布式 D2D 通信架構(gòu)中，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行分簇，使不同車(chē)輛之間形成多個(gè)動(dòng)態(tài)簇，可有效減少車(chē)聯(lián)網(wǎng)的通信時(shí)延[6].

本文作者為自動(dòng)駕駛車(chē)輛在高速移動(dòng)場(chǎng)景下的車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，提出了一套新的數(shù)據(jù)傳輸方案，將分布式霧結(jié)點(diǎn)服務(wù)器中的宏結(jié)點(diǎn)與微結(jié)點(diǎn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)資源調(diào)度.通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了方案的有效性.

1 高速移動(dòng)場(chǎng)景下的低時(shí)延數(shù)據(jù)傳輸方案設(shè)計(jì)

高速移動(dòng)場(chǎng)景下，車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信低時(shí)延的數(shù)據(jù)傳輸方案如圖1所示.圖1中，由接入點(diǎn)與宏結(jié)點(diǎn)完成對(duì)自動(dòng)駕駛車(chē)輛的通信，并以接入點(diǎn)代替D2D通信，有效提高邊緣用戶(hù)接入的穩(wěn)定性.每個(gè)宏結(jié)點(diǎn)管理范圍內(nèi)的接入點(diǎn)群，每個(gè)接入點(diǎn)群由n個(gè)接入點(diǎn)組成.

該方案采用開(kāi)環(huán)無(wú)線(xiàn)通信，車(chē)輛終端采用路徑分集的接收方式，保證接收信號(hào)的完整性.每個(gè)接入點(diǎn)群可控制的資源調(diào)度范圍有限，并且每個(gè)接入點(diǎn)能夠自行對(duì)可控范圍內(nèi)的自動(dòng)駕駛車(chē)輛進(jìn)行資源調(diào)度，若車(chē)輛在每個(gè)接入點(diǎn)群都能夠完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，不進(jìn)行切換，則接入點(diǎn)群就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛車(chē)輛低時(shí)延高可靠的數(shù)據(jù)傳輸.

LTE車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信的總數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延D計(jì)算方法如下：

在該方案中，宏結(jié)點(diǎn)為L(zhǎng)TE宏基站，通信范圍能夠覆蓋幾十公里，處理在覆蓋范圍內(nèi)的接入點(diǎn)群的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及超出接入點(diǎn)群調(diào)度能力范圍的車(chē)輛終端請(qǐng)求資源數(shù)據(jù).接入點(diǎn)是一種霧結(jié)點(diǎn)接入服務(wù)器，具有本地緩存、鄰近終端、計(jì)算存儲(chǔ)功能強(qiáng)大等特點(diǎn).宏結(jié)點(diǎn)與接入點(diǎn)群采用松耦合的資源調(diào)度方式，從而在空間上解決車(chē)輛穿越不同接入點(diǎn)群時(shí)的快速切換問(wèn)題.

2 基于多徑分集的開(kāi)環(huán)通信方式

在高速移動(dòng)場(chǎng)景下，小范圍的接入點(diǎn)群內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)象為網(wǎng)頁(yè)、自動(dòng)駕駛車(chē)輛的環(huán)境感知等數(shù)據(jù)資源較小的業(yè)務(wù)，而宏結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸對(duì)象為視頻、游戲等數(shù)據(jù)資源較大的業(yè)務(wù)，仍然要求可靠的數(shù)據(jù)傳輸.為滿(mǎn)足用戶(hù)實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)需求，同時(shí)由于自動(dòng)駕駛車(chē)輛對(duì)環(huán)境的敏感程度高，故在接入點(diǎn)群范圍內(nèi)采取路徑分集的開(kāi)環(huán)通信方式.

設(shè)在高速移動(dòng)場(chǎng)景下n個(gè)接入點(diǎn)服從泊松分布，則經(jīng)由第j條信道不中斷地傳輸數(shù)據(jù)的概率Pj可以表示為：

3 實(shí)驗(yàn)仿真與分析

本研究仿真參數(shù)和通信方式如表1所示.

4 結(jié) 論

本文作者針對(duì)高速移動(dòng)場(chǎng)景下的車(chē)聯(lián)網(wǎng)提出了一種低時(shí)延的數(shù)據(jù)傳輸方案.采取宏結(jié)點(diǎn)與霧結(jié)點(diǎn)相結(jié)合的數(shù)據(jù)傳輸方式，可有效地解決由于信道的快速時(shí)變所導(dǎo)致的小區(qū)不穩(wěn)定切換問(wèn)題。采用多徑分集的開(kāi)環(huán)通信方式，以較小的數(shù)據(jù)傳輸可靠性代價(jià)換得網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延的大幅降低，霧結(jié)點(diǎn)服務(wù)器作為微結(jié)點(diǎn)可使移動(dòng)網(wǎng)邊緣接入不穩(wěn)定的問(wèn)題得到一定改善.

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（責(zé)任編輯：郁 慧，包震宇）