CN103873177A - 基于车载网络的安全信息传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于车载网络的安全信息传输方法，应用于包括发送方和接收方的车车通信中，所述安全信息传输方法包括：S1，发送携带临时安全信息传输信道标识的常规车载环境下的无线接入服务公告信息给所述接收方；S2，发送安全信息，并在分析出控制信道间隔内有剩余可传输字节时，将所述安全信息分成添加剩余分组标记的第一片段以及未添加剩余分组标记的第二片段，并将所述第一片段在控制信道间隔内传输给所述接收方，将所述第二片段在服务信道间隔内传输给所述接收方；S3，返回到常规消息传输状态，继续传输信息。本发明能够使安全信息在服务信道间隔内传输，大大降低传输时延，改善频谱效率。

Description

基于车载网络的安全信息传输方法
技术领域
本发明属于车载无线网络通信领域，涉及一种安全信息的传输方法，特别是涉及一种基于车载网络的安全信息传输方法。
背景技术
车载网络通信能够提高车辆驾驶舒适度，减少交通事故，已成为现代汽车电子技术发展的必然趋势。车载网络通信也是实现智能交通系统Intelligent Transport System，简称(ITS)的核心技术。车辆通信环境下的无线接入系统(Wireless Access in Vehicular Environments，简称WAVE)允许车辆运行在专用短程通信技术(Dedicated Short Range Communications，简称DSRC)频带上。DSRC是国际上专门用于车辆通信的技术，IEEE 802.11p主要规定了DSRC协议的媒体访问控制层(Media Access Control Layer，简称MAC)和物理层(Physical layer，简称PHY)标准，IEEE 1609标准则是以802.11p通信协议为基础的高层标准，针对无线通信技术应用于车辆环境时所定义出的通信系统架构以及一系列标准化的服务和接口。
DSRC/WAVE设备工作在5.9G频段，工作频带共占用75MHz，其中5MHz为防护频带，剩余70MHz被分为7个10MHz的信道，包含1个控制信道(control channel,简称CCH)和6个服务信道(service channel,简称SCH)。而时间被分成交替变换的50ms的控制信道间隔(controlchannel intervals,简称CCHI)和50ms的服务信道间隔(service channel intercals,简称SCHI)。如图1所示的DSRC/WAVE同步间隔，一个CCH间隔时间段和一个SCH间隔时间段(100ms)组成了一个同步间隔(sync interval)，CCH间隔和SCH间隔由4ms保护间隔(GI)分开，用于完成信道切换。CCH信道传输管理信息，如WAVE服务公告以及如碰撞预警和紧急刹车等高优先级车辆安全信息，SAE J2735标准建议这类高优先级信息的传输时延低于10ms。考虑到单信道(single-radio)设备无法在同一信道内同时收发信息，因此为了保证所有设备都能收听到管理信息和安全信息，WAVE要求在CCH间隔内，所有设备必须监听CCH。此外，非安全信息通过SCH间隔传输。为了传输非安全信息，在SCH间隔内，单信道设备不得不从CCH信道切换到任意一个SCH信道。而待发送的安全信息只能等到下一个CCH间隔到来才能在CCH信道上传输。这对于时延敏感的安全信息传输而言，该方案可能引入较大时延。
现有技术中，例如，“多信道车载网络上的广播信息（Broadcasting messages inmulti-channel vehicular networks）”US 2011/0128902中描述了车辆环境下的安全信息广播机制。该专利假设信息源端车辆(source vehicle)能够运行在一条或多条信道上。在车辆环境中，一旦该车辆在SCH间隔内检测到事故发生并且生成一个与该事故相应的安全信息，该信息指出源端车辆将要广播该信息的‘当前信道(current channels)’和‘下一条信道(next channels)’。当前信道是指源端车辆检测到发生的事故并传输该事故对应的安全信息的信道；而下一条(传输)信道是指源端车辆随后传输该安全信息的(其他)信道。源端车辆的邻居节点车辆成为中继车辆，接收源端发来的广播信息。然后，每个接收到该安全信息的中继车辆在其它信道(‘当前信道’和‘下一条信道’除外的信道)上重复广播该信息。传输的安全信息的格式如图2所示。为了保证所有运行在任意信道上的车辆都能在SCH间隔内收到该安全信息，该专利是必须在所有信道上重复广播相同的安全信息，这势必会引起极大的资源损耗。
而在现实生活中，汽车在高速公路上发生碰撞的场景如图3所示，假如在某个时刻，汽车V1与V2发生碰撞，若碰撞被成功检测并生成对应的安全信息，理论上，该安全信息应该立即传输给周围车辆。然而，如果生成信息的时刻恰巧在CCH间隔末端，发送该安全信息所需时间超出剩余的CCH时间，那么该信息将被存储，直到下一个CCH间隔到来才有机会发送。由于存在SCH间隔和保护间隔，车辆可能需要等待54ms才能回到CCH间隔，进行信息传输，而这个时延可能导致连环碰撞的发生。因此，54ms的时延过长，应该被缩短。
此外，如果在SCH间隔内，在CCH信道上传输安全信息，WAVE无法保证所有的车辆都能监听到安全信息。因为在SCH间隔内，如果单信道车辆有非安全信息需要传输，该单信道车辆只能从CCH信道切换到SCH信道才能进行传输。这就意味着该单信道车辆在SCH间隔内无法同时监听CCH信道，无法接收安全信息，后果十分严重。尽管如此，但如果能够保证整个网络在SCH间隔内收发安全信息，这将极大地缩短传输时延，提高安全信息传输效率，是迫切需要解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于车载网络的安全信息传输方法，用于解决现有技术中安全信息传输时延过长，传输效率较低。无法在SCH内收发安全信息的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于车载网络的安全信息传输方法，所述安全信息传输方法应用于包括发送方和接收方的车车通信中，所述安全信息传输方法包括：
S1，发送携带临时安全信息传输信道标识的常规车载环境下的无线接入服务公告信息给所述接收方；
S2，发送安全信息，并在分析出控制信道间隔内有剩余可传输字节时，将所述安全信息分成添加剩余分组标记的第一片段以及未添加剩余分组标记的第二片段，并将所述第一片段在控制信道间隔内传输给所述接收方，将所述第二片段在服务信道间隔内传输给所述接收方；
S3，返回到常规消息传输状态，继续传输信息。
优选地，所述步骤S1还包括：为服务信道间隔指定临时安全信息传输信道，并将临时安全信息传输信道信息添加到所述常规车载环境下的无线接入服务公告信息上。
优选地，所述步骤S2还包括：
S21，如果安全信息的发送方在控制信道间隔的末端没有足够时间完整地传输整个安全信息，那么分析剩余多少字节能够在控制信道间隔内传输；
S22，将安全信息分成两个片段，即第一片段和第二片段，为第一片段添加剩余分组标记，在控制信道间隔内传输携带剩余分组标记的第一片段；
S23，在保护间隔中切换到服务信道间隔内的临时的安全信息传输信道，发送方不进行资源竞争，直接传输剩余的安全信息，即第二片段；同时，所有接收方暂停信道竞争，接收剩余安全信息片段。
优选地，在所述第一片段上添加剩余分组标记是为了证明控制信道间隔的剩余时间无法完整传输整个安全信息。
优选地，所述临时安全信息传输信道信息添加在常规车载环境下的无线接入服务公告信息内构成了缩短的车载环境下的无线接入服务公告信息。
优选地，服务信道能够传输安全信息和非安全信息。
如上所述，本发明所述的基于车载网络的安全信息传输方法，具有以下有益效果：
1、极大地减少了安全信息传输时延；
2、缓解冲突概率，进一步降低了传输时延；
3、改善了频谱效率；
4、有效利用无线资源。
附图说明
图1显示为专用短程通信技术/无线接入系统同步间隔示意图。
图2显示为服务信道间隔内传输的安全信息格式示意图。
图3显示为汽车在高速公路上发生碰撞的场景示意图。
图4显示为本发明的基于车载网络的安全信息传输方法的方法流程图。
图5a显示为本发明的基于车载网络的安全信息传输方法中携带临时安全信息传输信道信息的常规车载环境下的无线接入服务公告信息的帧格式示意图。
图5b显示为本发明的基于车载网络的安全信息传输方法中缩短的车载环境下的无线接入服务公告信息的帧格式示意图。
图6显示为本发明的基于车载网络的安全信息传输方法中步骤S2的流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。
在车辆环境下，信息通过网络节点传播。信息主要分为管理信息，安全信息和非安全信息。根据车辆环境的标准协议，管理信息和安全信息在控制信道间隔(control channel intervals,简称CCHI)的控制信道(control channel，简称CCH)上传输，非安全信息在服务信道间隔(servicechannel intervals，简称SCHI)的服务信道(service channel，简称SCH)上传输。当网络节点有信息向外发布时，它首先通过信道竞争获取资源，若成功获得资源，节点广播信息。
本发明所述的基于车载网络的安全信息传输方法要求车载网络需满足两个假设条件：
(1)车辆发送方已知CCH间隔内的剩余时间是否能够完整地传输一条安全信息或WSA服务公告（Wireless Access in Vehicular Environments Service Advertisement，简称WSA）信息；
(2)车辆发送方能将一条安全信息分成两个分组片段(packet segment)进行独立传输。
因此，基于上述假设，本实施例提供一种基于车载网络的安全信息传输方法，所述安全信息传输方法应用于包括发送方和接收方的车车通信中，如图4所示，所述安全信息传输方法包括：
S1，发送携带临时安全信息传输信道标识的常规车载环境下的无线接入服务公告信息给所述接收方。车载网络协议要求车载环境下的无线接入服务公告信息，即WSA信息，和高优先级安全信息能够在CCH间隔内传播。为了方便区分，当前车辆标准协议规定的WSA信息在本实施例中称为常规车载环境下的无线接入服务公告信息。为了确保安全信息在任何时间段（包括SCH间隔）内能够立即传输出去，该步骤还包括为SCH间隔指定临时安全信息传输信道，并将临时安全信息传输信道信息添加到常规车载环境下的无线接入服务公告信息上，然后广播所述信息，告知其他车辆在随后的一个SCH间隔或多个SCH间隔内将信道从CCH切换到指定的SCH信道，使得SCH间隔内的所有车辆能够在同一条SCH信道上继续监听安全信息。需注意的是，这里指定的传输通道可以是任意的一条SCH信道。在SCH间隔内，SCH信道能够传输安全信息和非安全信息。
如图5a所示，所述临时安全信息传输信道信息添加在常规车载环境下的无线接入服务公告信息内，又构成了如图5b所示的缩短的车载环境下的无线接入服务公告信息。其中，所述临时安全信息传输信道信息的内容可以非常简略，例如，只包括信道ID。如图5b所示的缩短的车载环境下的无线接入服务公告信息的帧格式可用来传播临时安全信息传输信道信息。接收到所述临时安全信息传输信道信息的车辆在随后的SCH间隔（可能包含一个SCH间隔，也可能包含多个SCH间隔）内切换到指定的SCH信道上。在SCH间隔内，在所有车辆切换到相同的SCH信道后，安全信息就能在SCH间隔内成功收发。
在传统的安全信息传输方法中，在CCH间隔内，如果有足够时间传输所有的安全信息，安全信息就能够在CCH间隔内完整传输。如果剩余时间无法完整传输一条安全信息，那么发送方会等待下一个CCH间隔到来后继续传输。由于未能完整传输安全信息只能等待下一个CCH间隔到来才有传输机会。本实施例中，在SCH间隔内，指定一个临时的安全信息传输信道用于传输剩余的安全信息。
S2，接收到携带临时安全信息传输信道的WSA信息后，发送安全信息，并在分析出CCH间隔内有剩余可传输多少字节，这表明在CCH间隔内不能完整传输安全信息，将安全信息分成添加剩余分组标记的第一片段以及未添加剩余分组标记的第二片段，并将所述第一片段在在CCH间隔内传输给接收方，将所述第二片段在服务信道间隔内传输给接收方。具体步骤S2如图6所示，包括：
S21，如果安全信息的发送方在CCH间隔的末端没有足够时间完整地传输整个安全信息，那么分析剩余多少字节能够在CCH间隔内传输；
S22，将安全信息分成两个片段，即第一片段和第二片段，为第一片段添加剩余分组标记，在CCH间隔内传输携带剩余分组标记的第一片段至接收方；在第一片段上添加剩余分组标记是为了证明CCH间隔的剩余时间无法完整传输整个安全信息。
S23，所有车辆会在保护间隔中切换到SCH间隔内的临时的安全信息传输信道，发送方不进行资源竞争，直接传输剩余的安全信息至接收方，即未添加剩余分组标记的第二片段。同时，所有接收方暂停信道竞争，接收剩余安全信息片段。
S3，所有车辆返回到常规消息传输状态，继续传输信息。
本发明所述的基于车载网络的安全信息传输方法首先极大地减少了安全信息传输时延。假设网络能够在SCH间隔时间段内生成安全信息。如果安全信息是在CCH间隔内生成的，但CCH间隔剩余时间无法完整传输该信息，根据现有的协议标准，它的传输时延至少达到54ms(包括保护间隔)。假设网络的时隙是1ms，当生成的消息是在SCH间隔的第k个时隙上生成的，由于SCH间隔不能传输安全信息，它的时延至少是(54-k)ms。因此平均传输时延至少是
Figure BDA00002586255500061
但是如果使用本发明，抛开保护间隔，安全信息是能够立即传播的。所以本发明能加速安全信息传播速度，减少时延。其次，缓解冲突概率，进一步降低传输时延。在本发明中，当CCH间隔的剩余时间能够传输一部分安全信息时，信息源发送方传输携带剩余分组标记的部分安全信息，在信道切换后，发送方切换到指定的临时的安全信息传输信道，继续传输剩余的安全信息。在这种情况下，所有的接收方能够在SCH间隔初始阶段暂停资源竞争，减少了冲突概率。再者，本发明充分利用CCH间隔传输安全信息，尽量减少SCH间隔内传输安全信息的字节数。这进一步降低了安全信息的传输时延。最后，本发明改善了频谱效率。本发明要求安全信息在SCH间隔内传输时，只能在指定的临时的安全信息传输信道上传播。安全信息无需在多个信道上重复广播。这样便提高了频谱效率。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种基于车载网络的安全信息传输方法，应用于包括发送方和接收方的车车通信中，其特征在于，所述安全信息传输方法包括：
S1，发送携带临时安全信息传输信道标识的常规车载环境下的无线接入服务公告信息给所述接收方；
S2，发送安全信息，并在分析出控制信道间隔内有剩余可传输字节时，将所述安全信息分成添加剩余分组标记的第一片段以及未添加剩余分组标记的第二片段，并将所述第一片段在控制信道间隔内传输给所述接收方，将所述第二片段在服务信道间隔内传输给所述接收方；
S3，返回到常规消息传输状态，继续传输信息。
2.根据权利要求1所述的基于车载网络的安全信息传输方法，其特征在于：所述步骤S1还包括：为服务信道间隔指定临时安全信息传输信道，并将临时安全信息传输信道信息添加到所述常规车载环境下的无线接入服务公告信息上。
3.根据权利要求1所述的基于车载网络的安全信息传输方法，其特征在于：所述步骤S2还包括：
S21，如果安全信息的发送方在控制信道间隔的末端没有足够时间完整地传输整个安全信息，那么分析剩余多少字节能够在控制信道间隔内传输；
S22，将安全信息分成两个片段，即第一片段和第二片段，为第一片段添加剩余分组标记，在控制信道间隔内传输携带剩余分组标记的第一片段；
S23，在保护间隔中切换到服务信道间隔内的临时的安全信息传输信道，发送方不进行资源竞争，直接传输剩余的安全信息，即第二片段；同时，所有接收方暂停信道竞争，接收剩余安全信息片段。
4.根据权利要求3所述的基于车载网络的安全信息传输方法，其特征在于：在所述第一片段上添加剩余分组标记是为了证明控制信道间隔的剩余时间无法完整传输整个安全信息。
5.根据权利要求1所述的基于车载网络的安全信息传输方法，其特征在于：所述临时安全信息传输信道信息添加在常规车载环境下的无线接入服务公告信息内构成了缩短的车载环境下的无线接入服务公告信息。 
6.根据权利要求1所述的基于车载网络的安全信息传输方法，其特征在于：服务信道能够传输安全信息和非安全信息。 
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