CN103702362B - 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
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(WirelessAccess 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 (5)
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;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;
(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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