本发明具体涉及一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输系统，还涉及一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输方法，属于车联网技术领域。
背景技术：
随着移动终端的快速普及，人们已经对移动终端及其app应用产生了使用依赖。同样在行车过程中，大多倾向于利用移动终端app应用查找目的地位置和兴趣点信息，获取新的行车路线及实时交通资讯等。现有的车辆安全系统大多使用2g/3g移动通信技术，车辆终端与平台直接进行通信，无法实现车辆与相邻车辆或前后多个车辆进行信息交换。现有的车辆安全系统的信息输出不够灵活，而人们对手机的依赖程度提高，移动终端的高度集成管理系统逐渐受到大家的青睐。车辆安全信息是由多个不同领域的安全器件来提供的，通过点对多点的方式，对每一个传感器拟用户化，实时的进行多个器件信息传输的系统将逐步取代老式的信息集中采集系统，正如v2x车联网通信系统的崛起。
目前传统的车辆安全系统比较复杂、繁琐，缺乏高度化的集中管理，并且车辆安全系统的传输效率低且不可靠、高时延、低带宽、传感器处理信息速度滞后，并且一般的移动设备对于这种大数据的分析效率极其低下，这些都有产生致命错误的可能。同时现有的车辆安全系统不能够顺应时代的潮流，没有顺应着现代人的生活方式，没有嵌入到高度集中化管理的移动设备里。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输方法，解决了传统的车辆安全系统比较复杂、繁琐，缺乏高度化的集中管理的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输系统，包括部署在车辆上的多个车辆安全传感器模块，车主移动设备和mec移动边缘计算平台；
所有车辆安全传感器模块与车主移动设备之间构建单蜂窝多d2d链路安全传输系统；
车辆安全传感器模块，用于采集车辆安全信息，并将车辆安全信息发送至车主移动设备；
车主移动设备，用于接收所有车辆安全传感器模块的车辆安全信息，并将所有车辆安全信息上传至mec移动边缘计算平台，以及接收车主移动设备返回的分析结果；
mec移动边缘计算平台，用于对所有车辆安全信息进行分析，并将分析结果返回至车主移动设备。
进一步的，所有车辆安全传感器模块与车主移动设备之间基于5g网络通信。
相应的，本发明还提供了一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输方法，包括：
将每一个车辆安全传感器模块当作一个d2d用户节点，车主移动设备作为蜂窝用户，构建单蜂窝多d2d链路安全传输系统；
所有车辆安全传感器模块将采集的车辆安全信息发送至车主移动设备；
车主移动设备接收所有车辆安全传感器模块的车辆安全信息，并将所有车辆安全信息上传至mec移动边缘计算平台；
车主移动设备接收mec移动边缘计算平台返回的车辆安全信息的分析结果。
进一步的，所述所有车辆安全传感器模块将采集的车辆安全信息发送至车主移动设备，包括：
所有车辆安全传感器模块将采集的车辆安全信息分时发送至车主移动设备。
进一步的，所有d2d用户节点均服从均匀泊松分布。
进一步的，所述单蜂窝多d2d链路安全传输系统为蜂窝异构网络。
进一步的，所述单蜂窝多d2d链路安全传输系统满足d2d发射端的最大发射功率和蜂窝用户的最小发射功率的两个动态平衡条件。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1)本发明在车辆安全传感器模块与移动设备之间采用了d2d一对多直通技术，将车辆传感器模块的数据采集与传输速率降低到毫秒级，提高了移动终端的采集效率，进一步提高了数据的可靠性。
2)本发明采用了d2d通信系统和mec移动边缘计算平台的部署策略相结合可以实现低延迟、高带宽、低功耗的优势。mec移动边缘计算平台自身承载着高性能的计算能力并能够快速收集分布式的信息，所以通过它们的部署能够显著优化车辆信息传输效率和速度，使车联网更加智能化。
附图说明
图1为本发明车辆安全系统整体大致结构图；
图2为本发明车辆安全信息上发到mec移动边缘计算的大致架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的创新思路是：把每一个车辆安全传感器模块模拟成一个实际的网络通信用户，通过构建基于5g的单蜂窝多d2d链路系统把每一个车辆安全传感器节点连接起来，各个分工不同的传感器各自独立地、并行的、快速地以分时的方式将数据传送给移动边缘计算平台进行数据信息的分析，将分析的结果下发回移动终端供驾驶员进行参考。
本发明的一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输系统，采用了d2d一对多通信系统和移动边缘计算的部署策略相结合的系统，在这种系统下，数据信息的传输可以实现低延迟、高带宽、低功耗的优势。
所述mec是运用在移动通信系统(mobile)，边缘节点(edg)，并承担大量计算任务(compute)的移动边缘计算平台，可利用无线接入网络就近提供电信用户it所需服务和云端计算功能，而创造出一个具备高性能、低延迟与高带宽的电信级服务环境，加速网络中各项内容、服务及应用的快速下载，让消费者享有不间断的高质量网络体验。
所述的d2d链路是指两个对等的用户节点之间直接进行通信的一种通信方式。
如图1所示为本发明具体实施例的方法流程图。本发明的一种基于车联网mec架构和d2d链路的车辆安全传输方法，包括以下步骤：
步骤1)为车上每一个车辆安全传感器模块增加一个支持5g协议的无线通信设备，作为每一个安全传感器模块的信息传输模块。
通常车辆上安装有多个车辆安全传感器模块，每个车辆安全传感器模块都只负责实时采集一种车辆安全信息，例如：车辆行驶平稳信息、路面状况信息、车辆自身状况信息等。
步骤2)将每一个车辆安全传感器模块当作一个d2d用户节点，车主移动设备作为蜂窝用户，公用移动通信基站作为外部基站，构建基于5g的单蜂窝多d2d链路安全传输系统。
车辆安全传感器模块到车主移动设备的信息传输是一个极小范围的信息传输系统，由于本系统是一个基于5g的单蜂窝多d2d链路系统，并且每个安全传感器模块与车主移动设备建立的多条d2d链路构成。此系统蜂窝链路采用正交模式，即单个子信道分配给单个蜂窝链路，通过调整d2d链路功率和蜂窝通信功率并采用时分复用，即可实现系统性能最优。
实现系统性能最优的具体过程为：
2.1)基于5g的单蜂窝多d2d链路系统中所有d2d用户节点均服从均匀泊松分布(ppp)。
建立多条d2d传输链路，每个车辆安全传感器模块作为一个节点与车主移动设备进行d2d通信。考虑到在以车辆为单位作为一个小区域，此区域内不仅有车辆安全传感器模块的信息传输，还有驾驶员的向外蜂窝通信的数据传输(如驾驶员打电话)、路过车辆的众多数据信息的传输，在传统的情况下可能会产生信号之间的相互干扰主要有两部分：
(1)多个车辆安全传感器模块与终端设备建立的多对d2d链路的信息传输之间的干扰(不同链路数据的同时传输，必定产生干扰)；
(2)车辆安全传感器模块的d2d链路与驾驶员用户向外蜂窝通信产生的蜂窝通信链路之间的干扰。
为了最大限度的优化d2d链路和蜂窝通信链路的传输，需要考虑d2d链路和蜂窝链路的数据传输的互相干扰，如果存在多条d2d链路共同复用一个蜂窝网络链时，对于蜂窝网络链来讲，则还需要考虑所有d2d链路在的叠加干扰，而本系统由于采用了分时传输的方式，所以只需要考虑单条d2d通信链路与蜂窝链路的互相干扰。
由于本系统可能包含多种类型的车辆安全传感器模块(安全传感器不一定全是同一家厂商生产、又或者每一个传感器采用的通信协议不同)，所以本系统采用针对不同设备协调运作场景而产生的网络-蜂窝异构网络。对于蜂窝异构网络来说，蜂窝通信的优先级要高于d2d通信，只有在蜂窝链路满足阈值条件的前提下，才有可能建立d2d链路，所以本系统着重考虑蜂窝通信的质量。
其次，对于d2d网络链来讲，需要考虑是否存在其他的d2d链路的干扰，但是由于本系统采用的是分时传输系统，所以多条d2d通信传输链路不可能同时存在，所以d2d通信链路之间的互相干扰可以忽略不计。
2.2)为保证蜂窝通信链路的数据传输质量，就需要考虑d2d链路对蜂窝通信链路的互相干扰。
假设第i对d2d用户节点(安全传感器模块)要建立d2d链路，与己经建立的d2d链路(第j对d2d节点)复用同一蜂窝网络链，为了能保证复用的蜂窝网络链质量，则要求基站收到的sir(信号干扰比)大于此阈值γc。
其限制条件表达式为：
其中，pc代表蜂窝功率；dc，o表示蜂窝用户到基站的距离；pi代表第i对d2d链路的功率；pj代表第j对d2d链路的功率；di，o表示第i条d2d链路到基站的距离；dj，o表示第j条d2d链路到基站的距离；α为路径损耗指数。
当i＝j时，表示只有一条d2d链路复用该资源，此时不存在其他的d2d链路。当i≠j时，表示存在复用同一资源的其他d2d链路。随着d2d链路数目的增加，干扰将会继续叠加。本系统每一个时刻只产生一条d2d链路，所以采用i＝j的公式，式中的距离是随着车辆行驶而动态的变动，功率也会随之动态的变动，二者只要维持一个动态的平衡即可。
假设，在某一个时刻，基站的坐标为(0，0)，驾驶员(蜂窝用户)的坐标为(m，n)，第i个d2d发射端(车辆安全传感器模块的发射端)的坐标为(xi，yi)，由于每一时刻只产生一条d2d链路，所以带入上述的i＝j的限制公式，得到如下公式：
公式表明：在满足蜂窝通信的服务质量的同时，复用其频谱资源的安全传感器模块的d2d发射端必须在以基站为圆心，r为半径的圆形区域外部，r代表建立d2d链路与基站的最小距离。
此公式还表明：r还决定于蜂窝用户的坐标和发射功率，d2d发射端的发射功率以及sir的目标阈值。由于蜂窝用户与车辆传感器的位置确定，d2d发射端的发射功率存在一个极大值，而蜂窝用户的发射功率存在一个极小值，才能够保证蜂窝链路和d2d通信链路的通信质量。根据此思路，对上述限制条件表达式进行求导，就可以得到d2d发射端的最大发射功率和蜂窝用户的最小发射功率表达式：
其中，pd(max)代表d2d发射端的最大发射功率；pc(min)代表蜂窝用户的最小发射功率。
由此公式得出，只要满足d2d发射端的最大发射功率和蜂窝用户的最小发射功率，保持基站与蜂窝用户的动态平衡，就可以保证d2d通信链路和蜂窝通信链路的通信质量。
步骤3)在步骤2)构建的基于5g的单蜂窝多d2d链路的系统基础上，建立一对多的分时通信系统。所有车辆安全传感器模块的车辆安全信息分时通过单蜂窝多d2d链路发送至车主移动设备。
车主移动终端(移动设备)作为主机，其余车辆安全传感器模块作为从机，对于所有的主机与从机，必须保证它们的发射/接收的传输带宽相同、发射接收地址相同、发射/接收频道不相同、发射接收/速率相同，才可以建立起主机与从机的稳定链接。
假设有一台主机和5台从机，设置从机的频道分别是10，20，30，40，50。此时主机首先与第一个从机在频道10进行d2d通信，间隔1ms，再切入到频道20与第二个主机通信，间隔1ms，以此类推不断地循环，此时相当于车主移动设备与多个车辆安全传感器模块实时的并行信息传输。
步骤4)车主移动设备采用一对多d2d实时通信的方式接收所有车辆安全传感器模块的大量的车辆安全信息，并且利用mec移动边缘计算平台实时的对数据进行分析，分析获得车辆周边信息、车辆安全信息等重要数据。
mec侧重的是在移动网络边缘给用户提供it服务的环境和云计算的能力，意在靠近移动用户来减少网络操作和服务交付的时延。mec处于无线网络接入点和有线网络之间，因为传统的无线接入网拥有业务本地化和近距离部署的优势，从而带来的是高带宽和低时延的传输能力。mec模式下通过将网络业务“下沉”到更加接近用户的无线网络接入侧，直接的好处就是用户能明显感受到传输时延减小，网络拥塞情况被显著控制。从而数据的分析与传送的速度大大地增加了。
mec移动边缘计算平台是现有的平台，提供车辆安全检测的相关功能、提供对车辆安全信息数据的分析并预测的功能。通过接收并分析来自车辆的安全数据，mec移动边缘计算平台能够在低于20ms的延迟内传播危险警告和延迟敏感信息。低延迟使得行驶车辆能够在极短时间内接受到分析之后的数据，从而让驾驶员可以立即做出反应。
步骤5)mec移动边缘计算平台将计算分析得到的实时数据返回至车主移动设备，为驾驶员提供所需要的车辆周边信息、车辆安全信息等重要信息。并且根据这些信息为驾驶员提供重要的警告。
本发明在车辆安全传感器模块与车主移动设备之间采用了d2d一对多直通技术，将车辆传感器的数据采集与传输速率降低到毫秒级，提高了移动终端的采集效率，进一步提高了数据的可靠性。
本发明采用了d2d通信系统和移动边缘计算的部署策略相结合可以实现低延迟、高带宽、低功耗的优势。mec服务器自身承载着高性能的计算能力并能够快速收集分布式的信息，所以通过它们的部署能够显著优化车辆信息传输效率和速度，使车联网更加智能化。
实施例2
参见图2所示，本发明的一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输系统，包括部署在车辆上的多个车辆安全传感器模块，车主移动设备和mec移动边缘计算平台；
所有车辆安全传感器模块与车主移动设备之间构建单蜂窝多d2d链路安全传输系统；
车辆安全传感器模块，用于采集车辆安全信息，并将车辆安全信息发送至车主移动设备；
车主移动设备，用于接收所有车辆安全传感器模块的车辆安全信息，并将所有车辆安全信息上传至mec移动边缘计算平台，以及接收车主移动设备返回的分析结果；
mec移动边缘计算平台，用于对所有车辆安全信息进行分析，并将分析结果返回至车主移动设备。
进一步的，所有车辆安全传感器模块与车主移动设备之间基于5g网络通信。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
1.一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输系统，其特征是，包括部署在车辆上的多个车辆安全传感器模块，车主移动设备和mec移动边缘计算平台；
所有车辆安全传感器模块与车主移动设备之间构建单蜂窝多d2d链路安全传输系统；
车辆安全传感器模块，用于采集车辆安全信息，并将车辆安全信息发送至车主移动设备；
车主移动设备，用于接收所有车辆安全传感器模块的车辆安全信息，并将所有车辆安全信息上传至mec移动边缘计算平台，以及接收车主移动设备返回的分析结果；
mec移动边缘计算平台，用于对所有车辆安全信息进行分析，并将分析结果返回至车主移动设备。
2.根据权利要求1所述的一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输系统，其特征是，所有车辆安全传感器模块与车主移动设备之间基于5g网络通信。
3.根据权利要求2所述的一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输系统，其特征是，所述单蜂窝多d2d链路安全传输系统为蜂窝异构网络。
4.一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输方法，其特征是，包括：
将每一个车辆安全传感器模块当作一个d2d用户节点，车主移动设备作为蜂窝用户，构建单蜂窝多d2d链路安全传输系统；
所有车辆安全传感器模块将采集的车辆安全信息发送至车主移动设备；
车主移动设备接收所有车辆安全传感器模块的车辆安全信息，并将所有车辆安全信息上传至mec移动边缘计算平台；
车主移动设备接收mec移动边缘计算平台返回的车辆安全信息的分析结果。
5.根据权利要求4所述的一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输方法，其特征是，所有车辆安全传感器模块与车主移动设备之间基于5g网络通信。
6.根据权利要求4所述的一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输方法，其特征是，所述所有车辆安全传感器模块将采集的车辆安全信息发送至车主移动设备，包括：
所有车辆安全传感器模块将采集的车辆安全信息分时发送至车主移动设备。
7.根据权利要求4所述的一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输方法，其特征是，所有d2d用户节点均服从均匀泊松分布。
8.根据权利要求4所述的一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输方法，其特征是，所述单蜂窝多d2d链路安全传输系统为蜂窝异构网络。
9.根据权利要求4所述的一种基于车联网mec和d2d链路的车辆安全传输方法，其特征是，所述单蜂窝多d2d链路安全传输系统满足d2d发射端的最大发射功率和蜂窝用户的最小发射功率的两个动态平衡条件。
技术总结