CN103702362A - 一种wave系统中的多信道操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种WAVE系统中的多信道操作方法。其包括如下步骤：当节点不需要提供服务或者还没接收到WSA时，节点将一直工作在CCH上，当节点发送WSA后，将交替在CCH和SCH上进行切换,其他节点接收到WSA后，将在下一个SCH间隔到来时切换到SCH上。此时用户节点将发送一个WSA_ACK数据包给提供者节点。当提供者节点发送完数据后将回到CCH和SCH交替切换的状态，如果没有其他服务需要提供则一直工作在CCH上。用户节点在一个信道间隔内都没有收到数据则切换回CCH。本发明采用了自适应方法进行多信道切换，适用于所有场景并且不需要路边设施作为辅助设施，能够很好的提高网络吞吐量和降低网络平均时延。

Description

一种WAVE系统中的多信道操作方法
技术领域
本发明属于车载自组网技术，具体涉及一种车载环境下的无线接入（Wireless Access in Vehicular Environments，WAVE）系统中的自适应多信道操作方法。
背景技术
随着智能交通的发展，IEEE工作组专门制定了用于车载自组网通信的WAVE标准。WAVE包括IEEE1609.x和IEEE802.11p两部分，其中IEEE802.11p定义了物理层和一部分媒体接入控制（Media Access Control，MAC）层，IEEE1609.4作为802.11p MAC层的扩展，位于802.11p MAC层之上，实现了多信道操作，有效地协同控制信道（Control Channel，CCH）和多个服务信道（Service  Channel，SCH）之间的切换，实现各种信息的高效传输。出于成本的考虑，大部分车辆节点只配备一个无线收发器，在这种情况下，为了利用各个信道的资源，就需要在不同信道之间来回进行切换，但是随之而来的是信道利用率低、时间同步和同步碰撞等问题。原始多信道操作方法的信道利用率最多只有一半，而且由于信道切换造成节点普通数据的传输时延较大。
发明内容
本发明的目的在于克服原始多信道操作方法的不足，提供一种WAVE系统中的多信道操作方法。本发明采用自适应技术，不需要额外的辅助设施，适用于所有场景，能很好地提高吞吐量和降低网络时延。本发明通过如下技术方案实现。
    一种WAVE系统中的多信道操作方法，包括如下步骤：
（1）WAVE服务广告（WAVE Service Advertisement，WSA）应答：在CCH上时，如果用户节点认为提供者节点提供的服务满足自身要求，则在下一个SCH间隔到来时切换到相应的SCH上，并且发送一个WSA_ACK（WAVE Service Advertisement_Acknowledgment）数据包给提供者节点；
（2）自适应扩展SCH间隔：当两个正在SCH上进行数据传输的节点没有收到安全消息时会一直在该SCH上，直到数据发送完毕，当提供者节点发送完数据后，它将回到CCH和SCH交替切换的状态，如果没有其他服务需要提供则一直工作在CCH上；而用户节点在一个信道间隔内都没有收到数据，则认为数据接收完毕并自适应地切换回CCH。
除了以上步骤之外还包括安全消息接收与发送，在安全信息发送中，需要发送安全消息的节点首先在CCH发送WSM（WAVE Short Message，WSM）安全消息，当SCH间隔到来时切换到SCH，在该SCH上不断发送WSM安全消息直到当前SCH间隔结束。
上述方法的步骤（1）中，在此基础上，当提供者节点和用户节点切换到SCH上时，它们都会启动一个基于WAVE短消息协议，该协议是用来在SCH上监听WSM安全消息的，当检测到丢包或接收到WSM安全消息时切换到CCH上接收安全消息。
安全信息发送过程具体为：需要发送安全消息的节点首先在CCH上发送，然后在SCH间隔上不断发送WSM安全消息直到当前SCH间隔结束，这个发送过程不需要经过退避过程就直接发送，每发送完三个WSM就顺次切换到其他SCH上发送，保证在其他SCH上的节点都能接收到WSM安全消息，如此不断重复安全信息发送过程。
上述方法的步骤（1）中，WSA_ACK为扩展的WSA，在WSA的基础上增加了一个字节的应答域，且只用到字节中的第0位，当第0位为1时表示用户节点成功接收到WSA。
上述方法的步骤（2）中，当在SCH上进行数据传输操作的节点没有收到安全消息时会一直停留在该SCH上，直到数据发送完成，停留的时间取决于所需要传输的数据量；提供者节点发送完数据后在下一个CCH间隔到来时自动切换回CCH上；由于提供者节点已经回到CCH上，此时用户节点将接收不到数据，如果在一个信道间隔内都没有收到数据，用户节点则认为数据已经接收完毕而自适应地切换回CCH，此过程并不需要额外的确认数据包。
与现有技术相比本发明的优点与积极效果有：
    1.原始多信道操作方法规定CCH与SCH以50ms间隔进行交替切换，并且CCH不能传输用户节点数据，从而造成信道利用率低下，本发明通过自适应方法，很好地克服了该缺点，在很大程度上提高了吞吐量和降低网络时延。
2.无线网络中的广播不使用应答机制，因此提供者节点根本不知道其他节点是否已经成功接收到数据，针对这一点，增加了WSA应答，使得提供者节点可以确认有用户节点在使用其提供的服务，从而增加了数据传输的可靠性。
    3.本发明兼顾了安全消息产生的情况，当安全消息在CCH上发送完毕时，会在下一个SCH间隔到来时切换到各个SCH上发送WSM安全消息，其目的是为了让正在SCH上通信的节点可以知道安全消息的产生，从而结束数据传输操作，切换到CCH接收安全消息。
 
附图说明
图1为自适应多信道操作方法示意图。
图2为WSA_ACK帧格式图。
图3为自适应多信道操作方法实现流程图。
图4为安全消息发送操作示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步说明。假定SCH上只有两两节点在进行信息交互，并且丢包是由于碰撞引起的。当节点没有收到安全消息时会一直停留上SCH上，直到非安全消息传输完毕。当检测到丢包或接收到WSM安全消息时切换到CCH上接收安全消息。具体实现如下：
（1）与原始多信道操作一样以50ms作为一个信道间隔，当节点不需要提供服务或者还没接收到WSA时，节点将一直工作CCH上，当节点发送WSA后，将交替在CCH和SCH上进行切换，并且在往后的每一个CCH间隔上该节点将发送四个WSA。其他的某个节点接收到WSA后，将在下一个SCH间隔到来时切换到SCH上。因为此时提供者节点也切换到了SCH上，用户节点将发送一个确认数据包给提供者节点，如图1所示，这个数据包叫做WSA_ACK，WAS_ACK是扩展的WSA，可以在SCH上传输，它在WSA的基础上增加了一个字节的应答域，但只用到其中的第0位，当第0位为1时表示用户节点成功接收到WSA，WSA_ACK的帧格式如图2所示，目的是告诉提供者节点一直在该SCH上发送数据。
（2）当提供者节点发送完数据后，它将回到CCH和SCH交替切换的状态，如果没有其他服务需要提供则一直工作在CCH上。而用户节点在一个信道间隔内都没有收到数据，则认为数据接收完毕而切换回CCH，如果此时用户节点没有订阅其他服务，它将一直在CCH上，也即回到初始状态。根据该机制，可以知道提供者节点从发送数据完成到切换回CCH的时间不会超过两个信道间隔，同样，用户节点接收完数据到切换回CCH的时间不会超过三个信道间隔，自适应多信道操作方法的工作流程如图3所示。
（3）当提供者节点和用户节点切换到SCH上时，它们都会启动一个基于WAVE短消息协议，该协议是用来在SCH上监听安全消息的。需要发送安全消息的节点会在SCH间隔上不断发送WSM安全消息直到当前SCH间隔结束，这个发送过程不需要经过退避过程就直接发送。每发送完三个WSM就切换到其他SCH上发送，保证在其他SCH上的节点都能接收到WSM消息，如此不断重复这个过程，如图4所示。当正在进行数据交互的节点接收到该WSM消息或者检测到碰撞时，将停止数据交互，切换到CCH上接收安全消息，因此节点切换到CCH间隔的时间不会超过一个信道间隔，可以及时接收CCH上的安全消息。当下一个SCH间隔到来时切换回到原来的SCH上继续数据传输。

Claims (6)

1.一种WAVE系统中的多信道操作方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）WSA应答：在控制信道CCH上时，如果用户节点认为提供者节点提供的服务满足自身要求，则在下一个服务信道SCH间隔到来时切换到相应的SCH上，并且发送一个WSA_ACK数据包给提供者节点；
（2）自适应扩展SCH间隔：当两个正在SCH上进行数据传输的节点没有收到安全消息时会一直在该SCH上，直到数据发送完毕，当提供者节点发送完数据后，它将回到CCH和SCH交替切换的状态，如果没有其他服务需要提供则一直工作在CCH上；而用户节点在一个信道间隔内都没有收到数据，则认为数据接收完毕并自适应地切换回CCH。
2.根据权利要求1所述的WAVE系统中的多信道操作方法，其特征在于还包括安全消息接收与发送，所述安全消息发送中，需要发送安全消息的节点首先在CCH上发送WSM安全消息，当SCH间隔到来时切换到SCH，在该SCH上不断发送WSM安全消息直到当前SCH间隔结束。
3.根据权利要求2所述的WAVE系统中的多信道操作方法，其特征在于所述安全消息接收中，当提供者节点和用户节点切换到SCH上时，它们都会启动一个基于WAVE短消息协议，该协议是用来在SCH上监听WSM安全消息的，当检测到丢包或接收到WSM安全消息时切换到CCH上接收安全消息。
4.根据权利要求2所述的WAVE系统中的多信道操作方法，其特征在于所述安全信息发送过程具体为：需要发送安全消息的节点首先在CCH上发送，然后在SCH间隔上不断发送WSM安全消息直到当前SCH间隔结束，这个发送过程不需要经过退避过程就直接发送，每发送完三个WSM就顺次切换到其他SCH上发送，保证在其他SCH上的节点都能接收到WSM安全消息，如此不断重复安全信息发送过程。
5.根据权利要求1所述的WAVE系统中的多信道操作方法，其特征在于所述WSA_ACK为扩展的WSA，扩展的WSA是在WSA的基础上增加了一个字节的应答域，且只用到字节中的第0位，当第0位为1时表示用户节点成功接收到WSA。
6.根据权利要求1所述的WAVE系统中的多信道操作方法，其特征在于步骤（2）中，当在SCH上进行数据传输操作的节点没有收到安全消息时会一直停留在该SCH上，直到数据发送完成，停留的时间取决于所需要传输的数据量；提供者节点发送完数据后在下一个CCH间隔到来时自动切换回CCH上；由于提供者节点已经回到CCH上，此时用户节点将接收不到数据，如果在一个信道间隔内都没有收到数据，用户节点则认为数据已经接收完毕而自适应地切换回CCH，此过程并不需要额外的确认数据包。
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