CN101350108B - 基于位置跟踪和多通道技术的车载通信方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种基于位置跟踪和多信道切换技术的车载通信方法及装置，应用于车载无线通信领域。本发明采用了一种多信道切换技术，通信中双方约定主要及备用数据信道及信道间的切换顺序，如当前信道质量无法满足通信要求时切换到备用信道，以保证通信的稳定；本发明还采用了一种基于位置跟踪的流切换技术，当两辆车超出通信覆盖范围时，通过位置信息和速度信息寻找数据中继车辆，保证通信的连续；本发明的硬件整体系统主要包含定位模块、车速测量模块、数据采集模块、存储器、处理器、数据发送和接收模块。

Description

基于位置跟踪和多通道技术的车载通信方法及装置 

技术领域

本发明涉及宽带无线车载通信领域，尤其涉及基于位置跟踪和多信道技术的车载通信方法及装置，可广泛应用于未来车载无线通信领域中。 

背景技术

随着车载无线网络技术的发展，未来车载无线通信系统期待提供稳定、高速的数据传输、更广的信号覆盖范围并支持高速移动性。目前，车载通信技术还主要应用于ETC(ElectronicToll Collection，即电子不停车收费系统)系统，主要是使用RFID(Radio FrequencyIdentification，即射频识别，俗称电子标签)技术，该技术通过车辆和路边收费单元的通信完成，它的通信距离短，功能单一。但随着智能交通的发展对未来车辆间的通信要求会越来越多。但是，由于车载网络的动态拓扑特性和车辆传输的范围限制，车载通信过程中会有以下问题： 

车辆移动的不确定性，车辆很容易离开数据传输范围，导致车辆间的数据传输不稳定，出现频繁中断连接的现象； 

在车载通信过程中，当前信道质量不满足要求时，接收方收到大量错误数据包，对通信质量有很大影响甚至可能造成连接中断。 

这些都会造成车载通信的用户满意度下降，而本发明致力于解决这两方面的问题。总之，今后对车载通信质量要求会越来越高，需要一种稳定可靠的数据传输装置来获得高性能的服务质量。本发明使用位置跟踪和多信道技术，能够基本满足需求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于位置跟踪和多信道技术的车载通信方法及装置，使得通信双方可以交互速度和位置信息，保证车辆间稳定不间断的进行数据通信。 

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是： 

本发明的提供一种基于位置跟踪和多信道技术的通信的方法，具体包括如下步骤： 

当前的数据发送车和接收车通过控制信道交互位置信息、速度信息以及信号强度，并通过主要和备用数据信道传输数据，在此过程中，约定主要及备用数据信道及信道间的切换顺序，当主要数据信道质量无法满足通信要求时，可以通过信道切换机制切换到备用信道，以保证通信的稳定；在数据信道切换前，数据接收车缓存一部分数据，以达到通信的稳定性。数据发送车根据位置信息和速度信息判断两辆车是否在通信覆盖范围内：如果在，继续进行通信；如果不在，进入下面的流切换阶段。 

当两辆车达到流切换阈值时，数据发送车根据位置信息和速度信息通过控制信道扫描寻找可供中继的数据中继车，数据发送车先与数据中继车建立通信连接，并将数据中继车的信息通过控制信道报告给当前的数据接收车；然后数据中继车与接收车建立通信连接，最后数据发送车与接收车断开通信连接。数据发送车和接收车通过数据中继车来继续传输数据。 

本发明的软件整体系统主要包含流切换单元、信道配置单元和数据发送和接收单元。 

流切换单元通过位置信息、速度信息等检测得出车辆的位置并根据位置变化做出移动预测，在此基础上，做出流切换判决以及数据中继车的选取，并来引导管理整个流切换过程； 

信道配置单元负责主要和备用数据信道间的切换管理以及传输位置、速度信息和切换信息的控制信道的管理； 

数据发送和接收单元负责数据和控制信号的发送和接收。 

本发明的硬件整体系统主要包含定位模块、车速测量模块、数据采集模块、存储器、处理器、数据发送和接收模块，处理器为基于ARMv5TE架构的嵌入式处理器。 

定位模块负责车辆位置信息的提取； 

车速测量模块负责车辆速度和车辆行驶方向的提取； 

数据采集模块负责传输数据的采集； 

存储器负责接收数据的存储及切换信道前的数据缓存； 

数据发送和接收模块负责数据的发送和接收以及信号强度的检测； 

处理器负责协调各个模块的工作以及数据的处理。 

由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：位置跟踪技术能实时确定通信车辆间的相对位置，以保证数据传输的不中断，为车辆间通信提供了稳定的性能；多信道间的协调技术能够为通信双方提供灵活便捷的通信方式。 

附图说明

图1是本发明车载通信装置硬件结构框图。 

图2是本发明功能模块图。 

图3是本发明信道切换和流切换流程图。 

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。 

本发明实施例在运行车辆之间进行通信时，采用多信道技术选取合适的数据信道传输数据，控制信道传输车辆位置和速度等控制信息；在两车超过通信覆盖范围时，根据位置、速度信息的变化来做移动预测，选取合适的中继车进行数据中继，保证数据通信的连续性。 

如图1所示，基于位置跟踪和多信道技术的车载通信装置采用以基于ARM架构的嵌入式处理器为核心的硬件结构，由定位模块、车速测量模块、数据采集模块、存储器、处理器、数据发送和接收模块构成，本发明需要处理器具备较高的运算处理能力；由于本发明使用在车载环境，要求处理器具有低功耗的特点；本发明需要支持多种业务的传输，要求处理器的外设接口丰富，并具有一定的多媒体处理能力和网络通信能力。综合以上各方面考虑，选择Intel公司的基于ARMv5TE架构的处理器Xscale pxa270。该处理器以高达600MHZ的时钟速度运行。Intel Xscale pxa270是Intel公司目前推出的在多媒体处理和网络传输领域的主流产品，并具有丰富的外设资源。 

如图2所示，该装置功能模块图，下面分两个方面介绍： 

信道切换和流切换既相互独立又相辅相成，是实现车载通信中高质量、高效率的数据传输的2种必需具备的功能。 

信道切换功能，由接收模块接收的数据包需经过差错检测等，并由数据处理模块通过门限判决机制来做出是否需要信道切换的判断。如需要切换则由数据处理模块控制信道配置模块进入信道切换流程，否则继续通信。 

流切换功能，位置、速度信息以及控制信令等消息经数据处理模块综合后发送到流切换模块。流切换模块根据此信息并结合自身的位置、速度等来做出是否需要流切换的预先判断，并将判决信息反馈给数据处理模块。如需要切换，则由数据处理模块发起流切换过程，否则继续通信。 

如图3所示，信道切换和流切换流程图流程如下： 

A车发起通信，约定信道。车辆A与B在建立通信连接的过程中预约信道，约定主要信道和备用信道，以及信道切换的门限。A与B有一张共同的信道切换参数表，表中包括：主要信道号，备用信道号，信道切换门限τ等执行信道切换所必需的参数。 

正常通信。在信道通信过程中B缓存数据，以保证在信道切换过程的通信连续。 

信道切换过程。如主要信道的通信质量很差，接收车B连续收到错误包的次数大于门限时，即n≥τ时，信道切换。B车将这一信息反馈给A车。根据信道切换参数表，A与B切换到备用信道，在备用信道握手成功后，继续通信。并根据通信情况更新信道切换参数表。 

A、B两车在通信时约定一个通信有效范围ε和一个距离切换门限值σ。两车在通信过程中实时交换双方的位置和速度信息，用来切换判决。当σ>d_a，b(d_a，b为A、B两车之间距离)， 则车辆间未达到切换条件时，两车保持正常通信；相反，σ<d_a，b<ε即则需要寻找中继，进行流切换。 

当需要流切换时，A车开始扫描可供中继的车辆。A车发送需要获得其他车辆位置和速度信息的请求，其他车辆在收到请求后，将位置和速度信息反馈给A车。A车按照一定规则，找出最适合用来中继传输的C车。中继车的选择要满足以下条件： 

$t_n=\frac{\mathrm{\&sigma;}-d}{|v_c-v_a|}\&le;\mathrm{\&delta;};$ d为中继车到A车的距离，δ为剩余数据所要传送的时间 

$t_m=\frac{\mathrm{\&sigma;}-l}{|v_c-v_b|}\&le;\mathrm{\&delta;};$ 1为中继车到B车的距离，δ为剩余数据要传送的时间 

t_n≤t_m

选定C车后，A车在保持与B车通信的同时，向C车发送中继REQ。A车在收到C车的中继ACK后，A车将B车的相关信息传给C车。然后，A车与B车进行沟通，提出要进行流切换的请求，并传送C车的相关消息给B车。 

B、C通过握手机制建立通信连接，将连接确认消息转给A车，然后A、B车断开连接。A将流切换到C上，由C车负责将剩余数据传给B车，保持流传输的稳定性。 

当进行流切换后，假如之后A、B两车的车距小于流切换门限值，但是C车能保证A、B两车正常通信，则无需再进行流切换，而A、B、C三车仍然保持实时车速、位置等信息交互。 

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种车载通信方法，其特征在于：数据发送车和接收车通过位置跟踪定时交互位置信息、速度信息及信号强度，且通过主要和备用信道传输数据；还约定主要及备用数据信道及信道间的切换顺序，在当前所使用的信道的噪声大于噪声门限时，切换信道；数据发送车根据位置信息和速度信息判断数据发送车和接收车是否在通信覆盖范围内，在当前车距大于流切换门限但是还处于车辆的通信范围内时，转换至流切换。

2.如权利要求1所述的车载通信方法，其特征在于：流切换的过程为：数据发送车选定中继车，并建立通信链路，同时将此中继车的信息发送给数据接收车；数据接收车与中继车建立通信链路，发送确认消息给数据发送车；数据发送车与数据接收车之间的通信链路断开；数据发送车与数据接收车通过中继车进行通信。

3.如权利要求2所述的车载通信方法，其特征在于：中继车的选择要满足以下条件：

$t_n=\frac{\mathrm{\&sigma;}-d}{|v_c-v_a|}\&le;\mathrm{\&delta;};$

$t_m=\frac{\mathrm{\&sigma;}-l}{|v_c-v_b|}\&le;\mathrm{\&delta;};$

t_n≤t_m，其中，d为中继车到数据发送车的距离；l为中继车到数据接收车的距离；δ为剩余数据所要传送的时间；σ为距离切换门限值；v_a、v_b和v_c分别表示数据发送车、数据接收车和中继车的速度；t_n代表数据发送车和中继车的最大数据传输时间；t_m代表数据接收车和中继车的最小数据传输时间。

4.如权利要求1所述的车载通信方法，其特征在于：在执行信道切换前数据接收车预先缓存数据，以保证信道切换过程中通信的连续。

5.一种基于跟踪和多信道技术的车载通信装置，其特征在于：通信装置由定位模块、车速测量模块、数据采集模块、存储器、处理器、数据发送和接收模块构成，所述的处理器为基于ARMv5TE架构的嵌入式处理器；定位模块负责车辆位置信息的提取；车速测量模块负责车辆速度和车辆行驶方向的提取；数据采集模块负责传输数据的采集；存储器负责接收数据的存储及切换信道前的数据缓存；数据发送和接收模块负责数据的发送和接收以及信号强度的检测；处理器负责协调各个模块的工作以及数据的处理。

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