CN105359578A - 在基于tdma协议的无线通信网络信道中传送高优先级消息 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于在车载自组织网络中传送高优先级消息的方法和系统。在通信信道中，定义了时隙，并且N个连续时隙构成一个周期，其中，每个周期的第m时隙经保留用于传送抢占消息。该方法可包括：选择比高优先级消息具有更低优先级的在第一q时隙中传送的子帧；在第一q时隙后面的第一m时隙中传送表示第二q时隙将被占用以传送高优先级消息的抢占消息，第二q时隙在第一m时隙后面；并且在第二q时隙中传送高优先级消息。通过使用所述方法和系统，具有更高优先级的消息甚至可以在非常拥堵的条件下及时传送。

Description

在基于TDMA协议的无线通信网络信道中传送高优先级消息
技术领域
本公开主要涉及在基于时分多址协议的无线通信网络的通信信道中传送高优先级消息。
背景技术
在基于时隙ALOHA协议的自组织网络中，车辆可与周围车辆交换信息，所述信息通常可包括事件驱动的分散环境通知消息(DENM)和定期协同感知消息(CAM)等。在节点拥堵的环境中，如果节点具有待广播的高优先级事件驱动的DENM并且没有广播该消息的空闲时隙，则可能导致安全问题。为解决该问题，由H.AgustinCozzetti等人在“ScalabilityandQoSinMS-AlohaVANETs：ForcedSlotRe-UseVersusPre-Emption”中提出一种抢占机制。在该解决方案中，当节点A需要在信道中广播高优先级消息时，它首先分析用于整个帧周期的信道。如果所有时隙被占用，则节点A扫描该帧中的帧信息字段(FI)以选择在时隙中传输的具有较低优先级的子帧并抢占该时隙。
发明内容
不过，常规的抢占解决方案会导致冲突，因此，不能保证及时传送高优先级消息。因此，需要一种在基于时分多址协议的无线通信网络的通信信道中传送高优先级消息的更可靠方法。
在一个实施例中，提供一种在基于时分多址协议的无线通信网络的通信信道中传送高优先级消息的方法。在通信信道中，定义了时隙，并且N个连续时隙构成一个周期，其中，每个周期的第m时隙经保留用于传送抢占消息。该方法可包括：选择比高优先级消息具有更低优先级的在第一q时隙中传送的子帧；在第一q时隙后面的第一m时隙中传送表示第二q时隙将将被占用以传送高优先级消息的抢占消息，第二q时隙在第一m时隙后面；并且在第二q时隙中传送高优先级消息。
在一些实施例中，如果第一q时隙在第一周期中并且q大于m，则第一m时隙和第二q时隙可在是第一周期后面的下一周期的第二周期中。
在一些实施例中，如果第一q时隙在第一周期中并且m大于q，则第一m时隙可在是第一周期后面的下一周期的第二周期中，以及第二q时隙可在是第二周期后面的下一周期的第三周期中。
在一些实施例中，如果第一q时隙在第一周期中并且第m时隙是最后时隙，则第一m时隙可在第一周期中，以及第二q时隙可在是第一周期后面的下一周期的第二周期中。
在一些实施例中，抢占消息可包括用于表示哪个时隙将被高优先级消息占用的时隙编号；节点标识，用于表示哪个节点传送抢占消息；以及高优先级消息的优先级。
在一些实施例中，时分多址协议可以是RR-ALOHA协议、RR-ALOHA+协议和MS-ALOHA协议中的一种协议。无线通信网络可以是车载自组织网络。
在一个实施例中，提供一种在基于时分多址协议的无线通信网络的通信信道中传送高优先级消息的系统。在通信信道中，定义了时隙，并且N个连续时隙构成一个周期，其中，每个周期的第m时隙经保留用于传送抢占消息。该系统可包括处理装置和通信装置，其中，处理装置可经配置用于选择比高优先级消息具有更低优先级的在第一q时隙中传送的子帧；控制所述通信装置在第一q时隙后面的第一m时隙中传送表示第二q时隙将被占用以传送高优先级消息的抢占消息，第二q时隙在第一m时隙后面；并且控制所述通信装置在第二q时隙中传送高优先级消息。
在一些实施例中，如果第一q时隙在第一周期中并且q大于m，则第一m时隙和第二q时隙可在是第一周期后面的下一周期的第二周期中。
在一些实施例中，如果第一q时隙在第一周期中并且m大于q，则第一m时隙可在是第一周期后面的下一周期的第二周期中，以及第二q时隙可在是第二周期后面的下一周期的第三周期中。
在一些实施例中，如果第一q时隙在第一周期中并且第m时隙是最后时隙，则第一m时隙可在第一周期中，以及第二q时隙可在是第一周期后面的下一周期的第二周期中。
在一些实施例中，抢占消息可包括用于表示哪个时隙将被高优先级消息占用的时隙编号；节点标识，用于表示哪个节点传送抢占消息；以及高优先级消息的优先级。
在一些实施例中，时分多址协议可以是RR-ALOHA协议、RR-ALOHA+协议和MS-ALOHA协议中的一种协议。无线通信网络可以是车载自组织网络。
在一个实施例中，提供一种在基于时分多址协议的无线通信网络的通信信道中传送高优先级消息的系统。在通信信道中，定义了时隙，并且N个连续时隙构成一个周期，其中，每个周期的第m时隙经保留用于传送抢占消息。该系统可包括：处理装置，所述处理装置用于选择比高优先级消息具有更低优先级的在第一q时隙中传送的子帧；以及通信装置，所述通信装置基于所述处理装置的选择，在第一q时隙后面的第一m时隙中传送表示第二q时隙将被占用以传送高优先级消息的抢占消息，第二q时隙在第一m时隙后面；并且在第二q时隙中传送高优先级消息。
附图说明
通过结合附图的下列具体实施方式以及所附权利要求，本公开的上述和其他特征将变得更加明显。应当理解的是，这些附图仅示出根据本公开的几个实施例，因此不应视为意图限制本公开的范围，本公开将通过使用附图来描述另外的特异性和细节。
图1示意性地示出RR-ALOHA协议的常规数据帧结构；
图2示出根据一个实施例的在车载自组织网络中的通信方法S10的示意性流程图；
图3示意性地示出传送抢占消息和高优先级消息的示例；以及
图4示意性地示出根据一个实施例的RR-ALOHA协议的数据帧结构。
具体实施方式
在下面的具体实施方式中，参考了附图并且附图构成具体实施方式的一部分。在附图中，类似的符号通常识别类似的部件，除非上下文另有明确指示。在具体实施方式、附图和权利要求中描述的例示性的实施例并不意味着限制。在没有偏离本文陈述的主题的实质或范围的情况下，可采用其他实施例，并且可进行其他变化。还应当理解的是，如本文所述和在附图中示出的本公开的各个方面可以在各种各样的不同配置中布置、替换、组合和设计，所有这些是可以明确预期并构成本公开的一部分的。
车载自组织网络(VANET)中的车辆可使用基于时分多址(TDMA)的协议与周围车辆交换信息。适用于VANET的最具代表性的一种基于TDMA的协议是基于RR-ALOHA的协议。基于RR-ALOHA的协议可包括三种不同的版本，其可以是RR-ALOHA协议、RR-ALOHA+协议或MS-ALOHA协议。
RR-ALOHA协议的常规数据帧结构在图1中示出。参考图1，数据帧包括N个子帧。在RR-ALOHA协议中，定义了具有预定长度的时隙，并且每个子帧在一个时隙中传送。N个连续时隙构成一周期，并且数据帧可以在一个周期中传送。N是大于2的正整数。在车载自组织网络中的节点(例如，车辆)可能需要时隙作为其广播某些消息的基本信道(BCH)。
参考图1，子帧可包括有效载荷、帧信息(FI)字段和保护时间(Tg)。帧信息字段包括分别对应于一个周期的N个时隙的N个子帧信息字段。例如，参考图1，标为“0”(FI0)的子帧信息字段可对应于时隙1，以及标为“1”(FI1)的子帧信息字段对应于时隙2，等等。子帧信息字段可用于表示对应时隙的状态。
如图1所示，子帧信息字段可包括：具有八位的源临时标识(STI)字段；具有两位的优先级状态字段(PSF)；具有一位的BUSY字段；以及具有一位的点到点传输标识(FTP)字段。STI字段用于表示哪个车辆占用对应于当前子帧信息字段的时隙。PSF字段用于表示在对应于当前子帧信息字段的时隙中传输的子帧的优先级。BUSY字段用于表示对应于当前子帧信息字段的时隙忙还是不忙。并且FTP字段用于表示在对应于当前子帧信息字段的时隙中传输的子帧是否是广播包。
更详细地，如果发送器节点认为对应时隙被占用，则BUSY字段可设置为“1”；否则，它可设置为“0”。另外，在对应时隙被占用的情况下，STI字段可识别占用所述时隙的节点。
通常，车辆间通信可包括四种类型的信息，其在下面以优先级的降序示出：
●DENM(分散环境通知消息)。这是事件驱动的用于警告驾驶员发生紧急情况的消息；
●CAM(协同感知消息)。这是用于定期传送车辆状态信息的消息；
●用于交通应用的消息。这个消息用于携带交通管理并向驾驶员提供交通状况和道路信息；以及
●用于非安全应用的消息。这个消息用于普通的舒适或娱乐应用。
DENM具有最高优先级，因为它们在紧急情况下产生，以及CAM具有次优先级，因为它们是定期消息。因为第四消息不涉及安全，所以它们具有最低优先级。
在下文中，用于在基于RR-ALOHA协议的无线通信网络的通信信道中传送高优先级消息的方法的实施例将在图1和图2中详细描述。图2示出根据一个实施例的在车载自组织网络中的通信方法的示意性流程图。
在S101中，第一车辆接收包括N个时隙的第一周期的多个子帧，其中，第m时隙经保留用于传送抢占消息，以及第q时隙被第二消息占用。
根据一个实施例，在每个周期中的一个时隙，例如第m时隙可经保留用于传送抢占消息，该时隙可称为抢占时隙。
在一些实施例中，第二车辆可在第一周期的第q时隙中传送第二消息。一般来讲，如果车辆需要传送消息，则它可基于收到的帧信息选择未占用时隙，并随后在所选的时隙中传送所述消息。如上所述，第二消息包含表示第一周期中的第q时隙被第二车辆占用来传送第二消息的帧信息(FI)。在此情况下，例如，对应于第q时隙的BUSY字段设置为“1”，以及对应于第q时隙的STI字段设置为占用第q时隙的第二车辆的标识。
基于所收到的第一车辆的子帧，第一车辆可以获得对应于第q时隙的子帧信息并知道第一周期的第q时隙的状态。
在S103中，第一车辆确定第一周期中是否具有传送第一消息的未占用时隙。在一些实施例中，第一车辆可以扫描除抢占时隙以外的第一周期以确定第一周期中是否具有未占用时隙。
在一些实施例中，如果第一周期中具有自由时隙，则，第一车辆可保留所述自由时隙来传送第一消息。
在S105中，如果存在未占用时隙，第一车辆选择在第q时隙中传送的第二消息。第一车辆尝试在后续周期的第q时隙中传送它的第一消息。
存在第一周期中的所有时隙被占用的情况。具体地，第一周期中除了抢占时隙以外的每个时隙被占用。为了及时传送第一消息，第一车辆可选择子帧，例如在第一周期的第q时隙中传送的第二消息，并在后续周期的第q时隙中传送它的第一消息。为成功做到这点，需要第一消息具有比在第一周期的第q时隙中传送的第二消息更高的优先级。
在一些实施例中，在时隙中传送的具有最低优先级的子帧可被将在所述时隙中传送高优先级消息的第一车辆选择。
在S107中，第一车辆在第m时隙中广播表示后续周期中的第q时隙将被占用来传送第一消息的第一抢占消息。
用于传送抢占消息的时隙的保留可具有几种不同的情况。如图3所示，用斜线标记的时隙表示抢占时隙(第m时隙)，以及用点标记的时隙表示将被更高优先级消息占用的时隙(第q时隙)。
首先，每个周期中的第一时隙可经保留用于传送抢占消息。在此情况下，所选的第q时隙总是在相同周期中的第一时隙后面，即，q大于m。
其次，每个周期中的最后时隙可经保留用于传送抢占消息。在此情况下，所选的第q时隙总是在相同周期中的最后时隙前面，即，m大于q。并且，第一车辆可扫描除了最后时隙以外的整个第一周期。
第三，每个周期中间的时隙可经保留用于传送抢占消息。在此情况下，所选的第q时隙可在相同周期中的所述时隙前面或后面。
图4示意性地示出根据一个实施例的RR-ALOHA协议的数据帧结构。参考图4，每个周期的最后时隙(第N时隙)经保留用于传送抢占消息。在一些实施例中，所述抢占消息可包括：用于表示哪个时隙将被高优先级消息占用的时隙字段，例如，第q时隙；用于表示传送抢占消息的车辆例如第一车辆的标识的STI字段；以及用于表示高优先级消息的优先级的PSF字段。STI字段可具有8位以及PSF字段可具有2位。
在一些实施例中，为识别子帧的优先级的标识，PSF字段可定义如下：
●PSF等于00表示DENM；
●PSF等于01表示CAM；
●PSF等于10表示用于交通应用的消息；以及
●PSF等于11表示用于非安全应用的消息。
在S201中，网络中的第二车辆从第一车辆接收第一抢占消息。在收到抢占消息时，第二车辆可知道后续周期中被第二消息占用的第q时隙将被第一车辆的第一消息抢占，因为第一消息具有比第二消息更高的优先级。
在S203中，第二车辆停止在后续周期的第q时隙中传送第二消息。
第二车辆可基于从第一车辆收到的第一抢占消息同意退出第二消息对第q时隙的占用，因为它知道它的第二消息具有比第一消息更低的优先级。因此，后续周期中的第q时隙向第一消息解锁。因此，可以避免使用常规抢占解决方案可能造成的第q时隙的冲突。
在S109中，第一车辆在后续周期的第q时隙中传送第一消息。由于用于传送抢占消息的时隙的保留可能具有不同的情况，因此抢占消息和高优先级消息的传送可具有不同的情况，分别在图3a)-d)中示出。
参考图3a)，如果每个周期中的第一时隙经保留用于传送抢占消息，则第一车辆在第二周期的第一时隙中广播表示第二周期中的第q时隙将被占用以传送第一消息的第一抢占消息，第二周期是在第一周期后面的下一周期。并且第一车辆在第二周期的第q时隙中传送第一消息。
参考图3b)，如果每个周期中的最后时隙经保留用于传送抢占消息，则第一车辆在第一周期的最后时隙中广播表示第二周期中的第q时隙将被占用以传送第一消息的抢占消息，第二周期是在第一周期后面的下一周期。并且第一车辆在第二周期的第q时隙中传送第一消息。
在一些实施例中，如果每个周期中间的时隙经保留用于传送抢占消息，则第一消息的传输存在另外两种情况。
参考图3c)，如果第q时隙是在第一周期中的第m时隙后面(即，q大于m)，则第一车辆在第二周期的第m时隙中广播表示第二周期中的第q时隙将被占用以传送第一消息的第一抢占消息，第二周期是在第一周期后面的下一周期。并且第一车辆在第二周期的第q时隙中传送第一消息。
参考图3d)，如果第q时隙是在第一周期中的第m时隙前面(即，m大于q)，则第一车辆在是第一周期后面的下一周期的第二周期的第m时隙中广播表示第三周期中的第q时隙将被占用以传送第一消息的第一抢占消息，第三周期是在第二周期后面的下一周期。并且第一车辆在第三周期的第q时隙中传送第一消息。
在第一车辆传送第一消息后，网络中的车辆可知道在第q时隙中传送的子帧的变化，并更新它们的帧信息。
由于在第一周期的第q时隙中传送的第二消息被第一车辆的具有更高优先级的第一消息抢占，第二车辆可扫描第一周期后面的下一周期以选择未占用时隙来传送它的消息。
根据本公开的一个实施例，提供一种在基于时分多址协议的无线通信网络的通信信道中传送高优先级消息的系统。在通信信道中，定义了时隙，并且N个连续时隙构成一个周期，其中，每个周期的第m时隙经保留用于传送抢占消息。用于传送高优先级消息的系统可安装在车辆上并可使用基于RR-ALOHA的协议来通信。基于RR-ALOHA的协议可包括三种不同的版本，其可以是RR-ALOHA协议、RR-ALOHA+协议或MS-ALOHA协议。
在一些实施例中，该系统可包括处理装置和通信装置。处理装置可经配置用于选择在第一q时隙中传送的比高优先级消息具有更低优先级的子帧。通信装置可经配置用于基于所述处理装置的选择，在第一q时隙后面的第一m时隙中传送表示第二q时隙将被占用以传送高优先级消息的抢占消息，第二q时隙在第一m时隙后面；并且在第二q时隙中传送高优先级消息。
在一些实施例中，所述处理装置和由所述处理装置控制的通信装置可经配置用于执行方法S10的S101-S109。在一些实施例中，所述处理装置可以是CPU、DSP等或它们的任何组合。
通过使用根据上述实施例的方法和系统，具有更高优先级的消息诸如事件驱动的DENM或CAM可以及时传送，甚至在非常拥堵的条件下。
本系统各个方面在硬件和软件的具体实施中几乎没有区别；硬件或软件的运用通常是表示成本对效能折衷的设计选择。例如，如果实施者确定速度和准确度是最重要的，则实施者可主要选择硬件和/或固件车辆；如果灵活性是最重要的，则实施者可主要选择软件的具体所述；或可再另选，实施者可选择硬件、软件和/或固件的一些组合。
虽然本文已公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域的技术人员来说是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例用于例示性而非限制目的，本公开的真实范围和实质由所附权利要求指出。

Claims (12)

1.一种在基于时分多址协议的无线通信网络的通信信道中传送高优先级消息的方法，其特征在于，在所述通信信道中定义了时隙，并且N个连续时隙构成一个周期，其中，每个周期的第m时隙经保存用于传送抢占消息，所述方法包括：
选择在第一q时隙中传送的比所述高优先级消息具有更低优先级的子帧；
在所述第一q时隙后面的第一m时隙中传送表示第二q时隙将被占用以传送所述高优先级消息的抢占消息，所述第二q时隙在所述第一m时隙后面；并且
在所述第二q时隙中传送所述高优先级消息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述第一q时隙在第一周期中并且q大于m，则所述第一m时隙和所述第二q时隙在是所述第一周期后面的下一周期的第二周期中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述第一q时隙在第一周期中并且m大于q，则所述第一m时隙在是所述第一周期后面的下一周期的第二周期中，并且所述第二q时隙在是所述第二周期后面的下一周期的第三周期中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述第一q时隙在第一周期中并且所述第m时隙是最后时隙，则所述第一m时隙在所述第一周期中，以及所述第二q时隙在是所述第一周期后面的下一周期的第二周期中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抢占消息包括用于表示哪个时隙将被高优先级消息占用的时隙编号；节点标识，用于表示哪个节点传送所述抢占消息；以及所述高优先级消息的优先级。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时分多址协议是RR-ALOHA协议、RR-ALOHA+协议和MS-ALOHA协议中的一种协议。
7.一种在基于时分多址协议的无线通信网络的通信信道中传送高优先级消息的系统，其特征在于，在所述通信信道中定义了时隙，并且N个连续时隙构成一个周期，其中，每个周期的第m时隙经保存用于传送抢占消息，所述系统包括：
处理装置，所述处理装置经配置用于选择在第一q时隙中传送的比所述高优先级消息具有更低优先级的子帧；以及
通信装置，所述通信装置经配置用于基于所述处理装置的选择，在所述第一q时隙后面的第一m时隙中传送表示第二q时隙将被占用以传送高优先级消息的抢占消息，所述第二q时隙在所述第一m时隙后面；并且在所述第二q时隙中传送所述高优先级消息。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，如果所述第一q时隙在第一周期中并且q大于m，则所述第一m时隙和所述第二q时隙在是所述第一周期后面的下一周期的第二周期中。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，如果所述第一q时隙在第一周期中并且m大于q，则所述第一m时隙在是所述第一周期后面的下一周期的第二周期中，并且所述第二q时隙在是所述第二周期后面的下一周期的第三周期中。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，如果所述第一q时隙在第一周期中并且所述第m时隙是最后时隙，则所述第一m时隙在所述第一周期中，以及所述第二q时隙在是所述第一周期后面的下一周期的第二周期中。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述抢占消息包括用于表示哪个时隙将被高优先级消息占用的时隙编号；节点标识，用于表示哪个节点传送所述抢占消息；以及所述高优先级消息的优先级。
12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述时分多址协议是RR-ALOHA协议、RR-ALOHA+协议和MS-ALOHA协议中的一种协议。
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