CN103269520A - 基于wlan接入控制机制的通信方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于WLAN接入控制机制的通信方法及应用，将所采集的数据按基于WLAN接入控制机制的传输方式传输，基于WLAN接入控制机制是在MAC层的EDCA机制中添加一个用户优先级，将所添加的用户优先权设置为最高优先级，优先获得信道访问权。将所提出的基于WLAN接入控制机制的通信方法应用到车载通信系统中，保证车辆行驶中的安全消息在访问信道时，优先获得信道的访问权，无需与其他数据类型进行竞争，从而减少了安全信息的时间延迟，使其在网络中传输更为流畅，减少由于安全信息接收不及时造成的交通事故，同时减少地面交通网络的拥塞。
Description
技术领域
本发明涉及车载通信领域，更具体地，涉及一种基于WLAN接入控制机制的通信方法及该通信方法应用。
背景技术
随着汽车工业的蓬勃发展，城市交通拥堵、道路交通事故以及恶劣天气下道路交通安全成了亟待解决的问题。车载环境无线通信技术成为保障行车安全和提高交通效率的关键。车载通信的内容比较广泛，如自动取得前方交通路况、停车厂资讯、定点影音资讯的上传及下载等。在车辆间通信的应用模式就属于多点间的双向传输，应用于车辆防撞讯息的交换等。
将车载无线通信技术应用于交通安全领域，能够提高交通的安全系数，作用是减少交通事故，降低直接和非直接的经济损失，以及减少地面交通网络的拥塞。但是，车载通信有其自身的特点，在某些特定场景，如发生车祸或者车辆发现前面有障碍物，需要及时的发布安全预警信息，防止后面的车辆追尾，所以在发布安全消息必须满足实时性要求。
WLAN技术是一种新型无线通信技术，可以广泛应用于智能交通、辅助驾驶、车载娱乐等方面。伴随着语音、视频等多媒体业务的不断增多，用户对于QoS（服务质量）的需求与日俱增，业务的多样化需要网络为各种不同的用户业务提供不同的服务质量保证。
为了应对QoS的迫切需要，对音频、视频等多媒体业务进行区分服务，IEEE成立了802.11e工作组，提出了802.11e协议。增强分布式信道接入(EDCA)机制是IEEE802.11e协议中采用的基于竞争的信道访问机制，定义了8个用户优先级(User Priority，UP)，8类数据业务流分别映射到4个AC队列中，分别是：音频流(AC-VO，Voice)、视频流(AC-VI，Video)、尽力服务流(AC-BE，Best Effort)和背景流(AC-BK，Background)。二者对应关系如表1所示。EDCA机制中，为了让用户优先级较高的AC队列有更多机会竞争到信道的访问权，每个AC队列都有其对应的参数：仲裁帧间间隔(AIFS，Arbitration Inter-Frame Space)、最小竞争窗口值CWmin、最大竞争窗口值CWmax、传输机会限制(TXOPlimit)。
表1用户优先级与AC映射表
拥有较小的AIFS或者竞争窗口值(Contention window，CW)的AC队列将优先获得信道的访问权。每个AC队列在信道的竞争过程中，都拥有各自的AIFS[AC]，CWmin[AC]，CWmax[AC]，当竞争信道发生冲突时，就进入退避(backoff)程序。退避过程是，AC队列退避计时器减到0的队列访问信道，若计时器同时减到0，则优先级别最高的AC队列获得信道访问权，其他AC队列则又进入下一轮退避过程。在这过程中，因为较高传送优先级的AC队列其竞争窗口较小，故随机产生的退避值也较小，则其拥有较大的概率竞争到信道的访问权。
EDCA机制对4类不同数据业务进行了区分服务，优先级别高的AC队列(音频、视频)拥有更多机会竞争到信道访问权，因此它虽然保证了音频、视频流的信道访问权。但是低优先级流则可能因为高优先级流一直占用信道，导致低优先级流一直得不到服务而出现长时间的传输等待和饿死的现象，无法保证业务流传输的公平性，从而严重影响无线通信的性能。
而在车载通信中，车辆行车安全相关信息实时性要求极高，但是却并不属于视频流或语音流，因此EDCA并不能完全保证安全信息的及时传输，可能会导致安全信息长时间的传输等待和饿死现象，从而影响交通安全，进而阻碍WLAN技术在车载通信中的应用。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种基于WLAN接入控制机制的通信方法，该通信方法采用的控制机制是在EDCA机制的基础上增加一种数据流类型，将其的优先级设为最高级，即将现有MAC层上的的EDCA的8个优先级增加为9个优先级。
其技术方案为：
其具体实现方案为：
一种基于WLAN接入控制机制的通信方法，将所采集的数据按基于WLAN接入控制机制的传输方式传输，所述基于WLAN接入控制机制是在MAC层的EDCA机制中添加一个用户优先级，将所添加的用户优先权设置为最高优先级，优先获得信道访问权。
现有的EDCA机制中优先级高的分别是音视频流，一般音视频流都优先获得信道访问权，导致一些低优先级AC队列的业务很难竞争到信道的访问权，将得到很少或者得不到服务，因此会出现饿死的状态，从而严重影响无线通信的性能。而通信中，对实时性要求高的并非都是音视频流，在这种情况下，EDCA并不能完全保证用户所需传送的信息的实时性，且可能会导致相关的信息长时间的传输等待和信息，从而影响用户的使用质量。为此本发明首个先提出一种在EDCA机制上改进的接入控制机制，其在音视频流的优先等级之上设置另一个高的优先级，保证其在访问信道时，能优先获得信道的访问权，从而可以满足用户的需求，所添加的用户优先级可根据用户需要设定。
其中，添加用户优先级的方式为：
增加一种区别其他应用消息的数据流类型，所述数据流类型为安全信息；在MAC帧中添加安全信息帧的子类型，用于标识车辆安全相关消息；
在MAC帧设置安全信息的服务质量需求，并在管理帧中定义安全信息的QoS参数；
管理帧实现安全信息的EDCA参数的设置，使安全信息的AIFS或者竞争窗口值CW为0，具有信道访问的最高优先权，管理帧中帧体字段中存放了区分优先级的EDCA参数。
本发明的又一目的在于提出一种使用基于WLAN接入控制机制的通信方法的车载通信系统。车载通信中与安全相关的通信内容，如在城市交通或者高速公路上，发生交通事故，或遇到障碍物时发送的安全信息需要迅速处理，其对实时性的要求相对较高。为了使得车载系统中的安全消息能及时进行处理，本发明通过对其数据传输的机制进行改进。
为实现上述目的，其技术方案为：
一种车载通信系统，包括车载单元OBU、路侧单元RSU及路网控制中心，所述路侧单元RSU分别与车载单元OBU和路网控制中心进行通信，所述车载单元OBU及路侧单元RSU均设有消息传输模块，
所述消息传输模块按接入控制机制进行数据访问；具体为：判断访问无线信道中的各个应用消息是否含有安全消息，如含安全消息，则将安全消息优先获得信道访问权；其中接入控制机制的实现方式为：在EDCA机制中添加一个数据流类型，该数据流类型为安全信息，将所添加的安全信息的优先权设置为最高优先级，优先获得信道访问权。
其中，添加安全消息优先级的方式为：
增加一种区别其他应用消息的数据流类型，所述数据流类型为安全信息；在MAC帧中添加安全信息帧的子类型；
在MAC帧设置安全信息的服务质量需求，并在管理帧中定义安全信息的QoS参数；
管理帧实现安全信息的EDCA参数的设置，使安全信息的AIFS或者竞争窗口值CW为0，具有信道访问的最高优先权，管理帧中帧体字段中存放了区分优先级的EDCA参数。
上述技术方案使得车载通信的时的安全信息传输具有最高的优先级，保证安全信息的实时性，能显著提高交通的安全系数，减少交通事故。
其中所述安全信息为车辆安全相关信息，具体包括道路安全预警（如道路塌方等），车辆前方交通事故提醒，道路拥堵提醒等。
车载通信系统通信时，车载单元或路侧单元产生的行车安全消息从应用层向下进入到MAC层时，添加了安全消息标识，因安全消息AIFS和竞争窗口值都被设为0，则无需参与信道的竞争，在MAC层分配好了安全信息的传输顺序。当同时有多个信息需要传输时，优先传输安全信息，其他消息则等安全信息传输完毕后按EDCA机制竞争信道的访问权。
本发明的又一目的在于提出一种车载通信方法，保证基于WLAN的车载通信时能优先传输车辆的安全消息，提高行车安全。
为实现上述目的，其技术方案为：
一种车载通信方法，包括以下步骤：
在EDCA机制中增加一个优先级，将安全信息设置为最高优先级；
当车载单元OBU或路侧单元RSU中存在多个应用消息访问无线通道时，根据各应用消息的数据类型进行分类；
检测应用消息中是否存在安全信息，当存在安全信息，则安全信息优先得到信道的访问权，向周围发送安全信息。
所述添加用户优先级的方式为：
增加一种区别其他应用消息的数据流类型，所述数据流类型为安全信息；在MAC帧中添加安全信息帧的子类型；
在MAC帧设置安全信息的服务质量需求，并在管理帧中定义安全信息的QoS参数；
管理帧实现安全信息的EDCA参数的设置，使安全信息的AIFS或者竞争窗口值CW为0，具有信道访问的最高优先权，管理帧中帧体字段中存放了区分优先级的EDCA参数。
优选地，所述检查安全信息是否存在的方式为：在MAC帧中添加安全信息帧的子类型，用于标识车辆安全相关消息。具体为增加一种数据流类型：SecureMessage（安全信息），使安全信息区别于其他应用消息。为了将安全信息和其他应用消息区别开来，在MAC帧Frame Control字段的Subtype(子类型)字段增加一个类型，子类型值设为1110，称为SecureMessage（安全信息帧）
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出的基于WLAN接入控制机制的通信方法，在对所采集的数据进行传输时，对数据业务进行分类，保证服务质量要求高的服务优先传输；其中基于WLAN接入控制机制是在EDCA的基础上增加一个数据业务类型，添加一个用户优先级，把安全信息设为最高级，优先获得信道的访问权，保证安全信息的实时性要求，提高通信性能。
将所提出的接入控制机制应用到车载通信系统中，保证车辆行驶中的安全消息在访问信道时，优先获得信道的访问权，无需与其他数据类型进行竞争，从而减少了安全信息的时间延迟，使其在网络中传输更为流畅，减少由于安全信息接收不及时造成的交通事故，同时减少地面交通网络的拥塞。
附图说明
图1为本发明实施例车载通信的网络系统的结构图。
图2为本发明消息访问流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述，但本发明的实施方式并不限于此。
一种基于WLAN接入控制机制的通信方法，将所采集的数据按基于WLAN接入控制机制的传输方式传输，所述基于WLAN接入控制机制是在MAC层的EDCA机制中添加一个用户优先级，将所添加的用户优先权设置为最高优先级，优先获得信道访问权。
其中，添加用户优先级的方式为：
增加一种区别其他应用消息的数据流类型，所述数据流类型为安全信息；在MAC帧中添加安全信息帧的子类型；
在MAC帧设置安全信息的服务质量需求，并在管理帧中定义安全信息的QoS参数；
管理帧实现安全信息的EDCA参数的设置，使安全信息的AIFS或者竞争窗口值CW为0，具有信道访问的最高优先权，管理帧中帧体字段中存放了区分优先级的EDCA参数。
如图1，本发明采用接入控制机制的车载通信的网络系统的结构图；
车载通信的网络系统由3部分组成，包括车载单元(Onboard Unit，OBU)、路侧单元(Roadside Unit，RSU)以及路网控制中心。
OBU是安装在汽车上无线电收发设备,可以与RSU以及其它OBU进行通信。相当于无线通信系统中的移动终端，但是增加了适用于车载环境无线通信的功能，可以与RSU以及其它OBU构建车载无线通信网络。
RSU又称路旁单元，是安装在路旁的一种无线电收发设备。它可以为在其覆盖区域的OBU提供无线接入服务，但是增加了车载环境无线通信功能，可以广播消息给OBU或者与这些OBU进行数据交换。如果需要还可以为其覆盖区域的OBU提供信道分配和操作指令。
网管人员能够在控制中心从OBU和RSU中采集实时动态数据，然后形成控制指令通过RSU发送给相应的OBU。另外，控制中心还可以根据不同需要连接到不同的服务器（智能交通系统，应用服务系统，鉴别服务器AS等），为OBU提供不同种类的服务。
上述车载单元OBU及路侧单元RSU均设有消息传输模块，
所述消息传输模块按接入控制机制进行数据访问；具体为：判断访问无线信道中的各个应用消息是否含有安全消息，如含安全消息，则将安全消息优先获得信道访问权；其中接入控制机制的实现方式为：在EDCA机制中添加一个数据流类型，该数据流类型为安全信息，将所添加的安全信息的优先权设置为最高优先级，优先获得信道访问权。
如图2所示，当有多个应用消息访问无线信道时，首先检测其中是否有安全相关信息，如果有，则优先获得信道的访问权，向周围发送安全信息，然后其他数据按EDCA退避机制竞争信道的访问权，视频、语音等多媒体实时业务能够比不太敏感的一般数据通信更快地接入无线网络，从而实现实时通信；如果检测其中不含有安全信息，则按EDCA退避机制竞争信道的访问权，用户优先级较高的消息更有机会优先获得信道的访问权，保证服务质量要求高的消息的服务。
本方案具体操作如下：
（1）增加一种数据流类型：SecureMessage（安全信息），使安全信息区别于其他应用消息。为了将安全信息和其他应用消息区别开来，在MAC帧FrameControl字段的Subtype(子类型)字段增加一个类型，子类型值设为1110，称为SecureMessage（安全信息帧）；
（2）在MAC帧的QoS Control字段设置最高的服务质量需求，管理帧中的TSPEC element（数据流规格）定义安全信息所希望的QoS参数；
（3）由管理帧来实现安全信息的EDCA参数的设置，使其AIFS或者竞争窗口值(Contention window，CW)为0，具有信道访问的最高优先权，管理帧中帧体字段的QoS Info字段和EDCA parameter set存放了区分优先级的EDCA参数；
新的用户优先级与AC映射如表2所示，将安全信息的优先级设为8，即最高级；
表2
（4）当车载单元（或路侧单元）产生的行车安全消息从应用层向下进入到MAC时，添加了安全消息标识，因其AIFS和竞争窗口值都被设为0，则无需参与信道的竞争，在MAC层分配好了安全信息的传输顺序。当同时有多个信息需要传输时，优先传输安全信息，其他消息则等安全信息传输完毕后按EDCA机制竞争信道的访问权。
以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于WLAN接入控制机制的通信方法，其特征在于，将所采集的数据按基于WLAN接入控制机制的传输方式传输，所述基于WLAN接入控制机制是在MAC层的EDCA机制中添加一个用户优先级，将所添加的用户优先权设置为最高优先级，优先获得信道访问权。
2.根据权利要求1所述的基于WLAN接入控制机制的通信方法，其特征在于，所述添加用户优先级的方式为：
增加一种区别其他应用消息的数据流类型，所述数据流类型为安全信息；在MAC帧中添加安全信息帧的子类型，用于标识车辆安全相关消息；
在MAC帧设置安全信息的服务质量需求，并在管理帧中定义安全信息的QoS参数；
管理帧实现安全信息的EDCA参数的设置，使安全信息的AIFS或者竞争窗口值CW为0，具有信道访问的最高优先权，管理帧中帧体字段中存放了区分优先级的EDCA参数。
3.一种应用权利要求1或2所述的基于WLAN接入控制机制的通信方法的车载通信系统，包括车载单元OBU、路侧单元RSU及路网控制中心，所述路侧单元RSU分别与车载单元OBU和路网控制中心进行通信，所述车载单元OBU及路侧单元RSU均设有消息传输模块，其特征在于，
所述消息传输模块按权利要求1或2所述的控制机制进行数据访问；具体为：判断访问无线信道中的各个应用消息是否含有安全消息，如含安全消息，则将安全消息优先获得信道访问权。
4.根据权利要求3所述的车载通信系统，其特征在于，所述安全信息为车辆安全相关信息，具体包括道路安全预警、车辆前方交通事故提醒和/或道路拥堵提醒。
5.一种车载通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
在EDCA机制中增加一个优先级，将安全信息设置为最高优先级；
当车载单元OBU或路侧单元RSU中存在多个应用消息访问无线通道时，根据各应用消息的数据类型进行分类；
检测应用消息中是否存在安全信息，当存在安全信息，则安全信息优先得到信道的访问权，向周围发送安全信息。
6.根据权利要求5所述的车载通信方法，其特征在于，所述添加用户优先级的方式为：
增加一种区别其他应用消息的数据流类型，所述数据流类型为安全信息；在MAC帧中添加安全信息帧的子类型；
在MAC帧设置安全信息的服务质量需求，并在管理帧中定义安全信息的QoS参数；
管理帧实现安全信息的EDCA参数的设置，使安全信息的AIFS或者竞争窗口值CW为0，具有信道访问的最高优先权，管理帧中帧体字段中存放了区分优先级的EDCA参数。
7.根据权利要求5所述的车载通信方法，其特征在于，所述检查安全信息是否存在的方式为：在MAC帧中添加安全信息帧的子类型，用于标识车辆安全相关消息。
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