CN105745982A - 车辆通信网络中的信道接入 - Google Patents

车辆通信网络中的信道接入 Download PDF

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Abstract

一种用于在车辆通信网络中接入信道的方法和系统，其中在所述信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙。所述方法可以包括：安装在第一节点上的第一通信装置从安装在第二节点上的第二通信装置接收信道分配公告消息，其中所述信道分配公告消息包括通信区域如何被分成M个区的信息和所述M个区与所述N个时隙之间的映射；所述第一通信装置基于所述第一节点的位置和所述信息确定所述第一节点定位在哪个区中；所述第一通信装置基于所述确定的区和所述映射来识别时隙；以及所述第一通信装置争用所述识别的时隙。

Description

车辆通信网络中的信道接入
技术领域
本发明总体涉及车辆通信网络中的信道接入。
背景技术
车辆环境中的无线接入(WAVE：WirelessAccessinVehicularEnvironment)标准中，针对信道协调和信道同步定义了同步间隔(Sync间隔)，如100ms长的间隔。每个Sync间隔进一步被分成50ms长的控制信道(CCH：ControlChannel)间隔和50ms长的服务信道(SCH：ServiceChannel)间隔。为防止接入冲突，使用带有冲突避免的载波侦听多路接入(CSMA/CA：CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)的机制。
发明内容
在一个实施方案中，提供一种用于在车辆通信网络中接入信道的方法，其中在信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙。所述方法可以包括：安装在第一节点上的第一通信装置从安装在第二节点上的第二通信装置接收信道分配公告消息，其中所述信道分配公告消息包括通信区域如何被分成M个区的信息和M个区与N个时隙之间的映射；第一通信装置基于第一节点的位置和所述信息确定第一节点定位在哪个区中；第一通信装置基于确定的区和映射来识别时隙；以及第一通信装置争用所述识别的时隙。
在一些实施方案中，通信区域可以基于第二节点的位置信息和通信半径确定。
在一些实施方案中，信道分配公告消息还可以包括其自身的寿命，在所述寿命之后信道分配公告消息过期。
在一些实施方案中，信道分配公告消息还可以包括时间戳，所述时间戳指示广播信道分配公告消息的时间点。如果第一通信装置接收多个信道分配公告消息，那么第一通信装置可以根据具有最早时间戳的信道分配公告消息争用时隙。
在一些实施方案中，映射可以基于哈希函数建立。
在一个实施方案中，提供一种用于在车辆通信网络中接入信道的方法，其中在信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙。所述方法可以包括：安装在第一节点上的第一通信装置从安装在第二节点上的第二通信装置接收信道分配公告消息，其中所述信道分配公告消息包括N个时隙与多个节点之间的映射，所述映射是基于节点的位置建立的；第一通信装置基于映射来识别时隙；以及所述第一通信装置争用所述识别的时隙。
在一个实施方案中，提供一种用于在车辆通信网络中接入信道的方法，其中在信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙。所述方法可以包括：安装在节点上的通信装置基于其位置信息来识别时隙；以及所述通信装置争用所述识别的时隙。
在一些实施方案中，通信装置可以基于N个时隙与多个节点之间的映射来识别时隙，其中所述映射可以基于节点的位置信息建立。
在一个实施方案中，提供一种用于在车辆通信网络中接入信道的方法，其中在信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙。所述方法可以包括：安装在第一节点上的第一通信装置基于第一节点的位置信息和通信半径获得通信区域；第一通信装置将通信区域分成M个区；以及第一通信装置广播包括M个区与N个时隙之间的映射的信道分配公告消息以通知通信区域内的节点：所述节点中的每个可以争用根据所述映射被分派给其所在的区的时隙。
在一些实施方案中，信道分配公告消息还可以包括其自身的寿命，在所述寿命之后第一通信装置广播新的信道分配公告消息。
在一些实施方案中，映射可以基于哈希函数建立。
在一个实施方案中，提供一种用于在车辆通信网络中接入信道的系统，其中在信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙。所述系统可以包括：收发机；定位装置，所述定位装置用来获得上面安装有所述系统的第一节点的位置信息；以及处理装置，所述处理装置被配置来：在收发机从安装在第二节点上的通信装置接收信道分配公告消息之后，其中所述信道分配公告消息包括通信区域如何被分成M个区的信息和M个区与N个时隙之间的映射，基于第一节点的位置和所述信息确定第一节点定位在哪个区中；基于确定的区和映射来识别时隙；并且控制所述系统来争用所述识别的时隙。
在一些实施方案中，通信区域可以基于第二节点的位置信息和通信半径确定。
在一些实施方案中，信道分配公告消息还可以包括其自身的寿命，在所述寿命之后信道分配公告消息过期。
在一些实施方案中，映射可以基于哈希函数建立。
在一个实施方案中，提供一种用于在车辆通信网络中接入信道的系统，其中在信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙。所述系统可以包括：收发机；定位装置，所述定位装置用来获得上面安装有所述系统的第一节点的位置信息；以及处理装置，所述处理装置被配置来：基于第一节点的位置信息和通信半径获得通信区域；将通信区域分成M个区；生成信道分配消息，所述信道分配消息包括在所述M个区中分配N个时隙的方案；并且控制收发机来广播信道分配消息以通知通信区域内的节点：所述节点中的每个可以争用根据所述方案被分配给其所在的区的时隙。
在一些实施方案中，信道分配消息还可以包括其自身寿命，其中所述处理装置还可以被配置来控制所述收发机在所述寿命过期之后广播新的信道分配消息。
在一些实施方案中，分配方案可以基于哈希函数建立。
在一个实施方案中，提供一种用于在车辆通信网络中接入信道的系统，其中在信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙。所述系统可以包括：用于获得上面安装有所述系统的第一节点的位置信息的装置；用于从安装在第二节点上的通信装置接收信道分配公告消息的装置，其中所述信道分配公告消息包括通信区域如何被分成M个区的信息和M个区与N个时隙之间的映射；用于基于第一节点的位置和所述信息确定第一节点定位在哪个区的装置；用于基于确定的区和映射来识别时隙的装置；以及用于争用所述识别的时隙的装置。
在一个实施方案中，提供一种用于在车辆通信网络中接入信道的系统，其中在信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙。所述系统可以包括：用于获得上面安装有所述系统的第一节点的位置信息的装置；用于基于第一节点的位置信息和通信半径获得通信区域的装置；用于将通信区域分成M个区的装置；用于生成信道分配公告消息的装置，所述信道分配公告消息包括M个区与N个时隙之间的映射；以及用于广播信道分配公告消息的装置，以便通知通信区域内的节点：所述节点中的每个可以争用根据所述映射被分派给其所在的区的时隙。
附图说明
结合附图，本公开的前述和其他特征将从以下描述和所附权利要求书变得更充分明显。应理解，这些附图仅描绘根据本公开的若干实施方案，且因此不应被视为对本公开范围的限制，将通过使用附图来更明确且更详细地描述本公开。
图1示意性地示出根据一个实施方案的车辆通信网络；
图2示出根据一个实施方案的用于在车辆通信网络中接入信道的方法的示意性流程图；
图3示意性地示出被分成多个区的通信区域的实施例；
图4示意性地示出根据一个实施方案的周期的时隙化帧结构；
图5示意性地示出信道分配公告消息的实施例；
图6示意性地示出时隙与区之间的映射的实施例；以及
图7示意性地示出根据一个实施方案的用于在车辆通信网络中接入信道的系统。
具体实施方式
在以下详述中，参考附图，所述附图形成本发明的一部分。在附图中，类似符号通常标识类似部件，除非上下文另外指示。在详述、附图和权利要求中描述的示例性实施方案并不意味着限制。在不脱离本文提出的主题的精神或范围的情况下，可使用其他实施方案并且可做出其他改变。将容易理解的是，如本文中一般描述和图中所示出的本公开的各方面可以多种不同的配置加以布置、替换、组合和设计，所有这些不同的配置都被本公开明确涵盖并且成为本公开的一部分。
应当注意的是，在详述和权利要求中的术语“第一”、“第二”等，是用来区别类似元件的而不倾向于描述特定的相继或时间顺序。
在常规信道接入机制中，车辆在接入信道之前保持侦听信道(CCH或SCH)。如果信道可用，那么通信区域中的所有车辆试图争用信道资源，这可能导致大量的信道接入冲突。在高节点密度的环境中，信道接入效率将会降低。
图1示意性地示出根据一个实施方案的车辆通信网络。
例如，如图1中所示，第一节点20的通信区域100内有多个节点(车辆V1、车辆V2、车辆V3、车辆V4和车辆V5)。可以基于第一节点20的位置信息和通信半径计算出通信区域100。第一节点20可以是路边单元(RSU：RoadsideUnit)、车载单元(OBU：On-boardUnit)或步行装置。
图2示出根据一个实施方案的用于在车辆通信网络中接入信道的方法10的示意性流程图。
参照图2，在S101中，安装在第一节点上的第一通信装置基于第一节点的位置信息和通信半径获得通信区域。
在一些实施方案中，第一通信装置可以首先从安装在第一节点上的定位装置(例如，全球定位系统(GPS：GlobalPositionSystem))获得第一节点的位置信息，并且然后基于第一节点的位置信息和通信半径计算通信区域。
在S103中，安装在第二节点上的第二通信装置与车辆通信网络中的其他节点交换周期性消息。
在一些实施方案中，周期性消息可以是基本安全消息(BSM：BasicSafetyMessage)。根据WAVE标准在车辆通信网络中将BSM每秒广播十次。BSM可以包括第二节点的信息，如位置、速度、加速状态和刹车状态信息。在一些实施方案中，可以在CCH中广播BSM。
在S105中，第一通信装置接收在通信区域内的节点之间交换的周期性消息，并且确定通信区域内的节点的数量。
在一些实施方案中，第一通信装置可以监测CCH来接收在通信区域内的节点之间交换的BSM。通过接收来自不同节点的周期性消息，第一通信装置可以确定通信区域内的节点的数量。
在S107中，第一通信装置将通信区域分成M个区。
图3示出通信区域100如何被分成M个区的实施例。
如图3中所示，第一通信装置用i行和j列将通信区域100分成M个区。在一些实施方案中，可以基于通信区域内的节点的数量确定区的数量以避免太多车辆在相同的区内。在一些实施方案中，区的数量可以是预定数量。在一些实施方案中，区可具有正方形形状、矩形形状、六边形形状或不规则形状。
在S109中，第一通信装置广播信道分配公告消息，所述信道分配公告消息包括M个区与信道中的周期的N个时隙之间的映射。
在通信区域被分成多个区之后，可以根据区的数量将周期分成多个时隙。在一些实施方案中，周期可以是CCH间隔。在一些实施方案中，周期可以是SCH间隔。在一些实施方案中，周期可以是CCH间隔和SCH间隔。在一些实施方案中，周期的时隙的数量可以是预定的。
图4示意性地示出根据一个实施方案的周期的时隙化帧结构。
在一些实施方案中，参照图4，周期200被分成N个等距时隙(时隙1、时隙2、时隙3……时隙N)以及为其他目的保留的保留时隙。等距时隙的数量N可以等于区的数量M。保留时隙可以在周期200的末尾。
在一些实施方案中，周期可以被分成N个等距时隙。等距时隙的数量N可以大于或者小于区的数量M。
在一些实施方案中，第一通信装置可以在CCH中广播信道分配公告消息。
图5示意性地示出信道分配公告消息300的实施例。
参照图5，信道分配公告消息300包括映射函数和映射参数。映射函数和映射参数指示N个时隙与M个区之间的映射。映射函数和映射参数可用来基于节点的位置信息将通信区域的区中的节点映射至周期的时隙。在一些实施方案中，映射函数可以是哈希函数，并且映射参数是区的数量和时隙的数量。在一些实施方案中，映射函数可以是预定义的函数。
参照图5，信道分配公告消息300还可以包括第一节点的位置信息和通信半径，所述第一节点的位置信息和通信半径指示通信区域的位置和范围。第一节点的位置信息和通信半径可用来确定接收到信道分配公告消息的节点是否在通信区域中。在一些实施方案中，信道分配公告消息300还可以包括其自身的寿命。信道分配公告消息的寿命指示N个时隙与M个区之间的映射的有效期。第一通信装置可以在映射过期之后广播新的信道分配公告消息。在一些实施方案中，信道分配公告消息300还可以包括时间戳，所述时间戳指示广播信道分配公告消息的时间点。时间戳可用来确定哪个信道分配公告消息被首先广播。如果安装在第二节点上的第二通信装置接收多个信道分配公告消息，那么第二通信装置可以根据第一广播信道分配公告消息争用时隙。
在S111中，第二通信装置从第一通信装置接收信道分配公告消息。
在S113中，第二通信装置确定第二节点定位在哪个区中。
在一些实施方案中，在接收信道分配公告消息之后，第二通信装置可以从安装在第二节点上的定位装置(例如GPS装置)获得第二节点的位置信息。然后第二通信装置可以基于第二节点的位置信息确定第二节点定位在哪个区中。
在S115中，第二通信装置基于确定的区和映射来识别时隙，并且争用识别的时隙。
在一些实施方案中，N个时隙与M个区之间的映射可以基于哈希函数建立。第二通信装置可以从信道分配公告消息提取映射函数和映射参数以获得分派给第二节点所在的区的时隙的索引。
例如，第二通信装置根据等式(1)获得时隙的索引：
I＝(y％n)*m+x％m等式(1)
其中I表示分派给第二节点所在的区的时隙的索引；x表示对应于第二通信装置的经度的横坐标；y表示对应于第二通信装置的纬度的纵座标；“％”表示模运算符；并且通信区域被分成m*n个区。
在一些实施方案中，N个时隙与M个区之间的映射可以基于预定义的函数建立。例如，在预定义的函数中预定义N个时隙的索引与M个区的索引之间的映射。在接收信道分配公告消息之后，第二通信装置可以确定第二节点所在的区的索引，并且然后根据区的索引和预定义的函数获得时隙的索引。
应注意到的是，在将M个区映射至N个时隙之后，相同的区中的节点将共用相同的时隙来进行数据传输。例如，如图6所示，区k中的车辆V11和车辆V14将共用时隙k。
在一些实施方案中，可以采用CSMA/CA机制、ALOHA机制或者其他机制来进行相同的区中的车辆之间的信道资源争用。
例如，区k中的车辆V11和车辆V14将共用时隙k，并且采用CSMA/CA机制来进行信道资源争用。在传输前，车辆V11首先在时隙k期间监听信道以确定区k中的另一车辆是否正在传输。如果检测到另一车辆，那么车辆V11等待一段时间，以便另一车辆停止传输。在一些实施方案中，CSMA/CA机制中可以使用请求发送(RTS：RequesttoSend)/允许发送(CTS：CleartoSend)消息来调解在时隙k期间对信道的接入。车辆V11传输RST消息。如果车辆V11接收CTS消息，那么车辆V11在信道中传输。
因为车辆通信环境是高度动态的，所以N个时隙与M个区之间的映射不保持静态，并且需要频繁地刷新。在一些实施方案中，在信道分配公告消息的寿命过期之后，安装在第二节点上的第二通信装置可以生成并且广播新的信道分配公告消息以指示新一轮的信道资源分配。
应注意到的是，在周期的末尾处的保留时隙可以被分配给不支持根据本公开中的实施方案的用于信道接入的方法的车辆。在一些实施方案中，那些车辆可以在保留时隙期间争取接入信道，以使得通信效率可以不降低。
通过使用根据本公开的实施方案的方法，在车辆之间的信道接入冲突将极大地减少，因为信道资源得到相对均匀地分配。因为节点通常均匀地分布在路上并且时隙与区之间的映射是基于位置信息，所以信道资源的分配相对均匀。因此，所述方法可以充分利用信道资源，从而改善信道的通信效率。
根据本公开的一个实施方案，提供一种用于在车辆通信网络中接入信道的系统。
参照图7，系统400可以包括收发机401、定位装置403和处理装置405。
收发机401可以在车辆通信信道中传输和接收消息。定位装置403可以获得上面安装有所述系统的节点的位置信息。在一些实施方案中，定位装置403可以是GPS装置。系统400可以执行方法10的步骤。在一些实施方案中，处理装置405可以是CPU、GPU、DSP等等，或其任何组合。
通过使用根据本公开的实施方案的方法和系统，可以减少车辆通信网络中的节点之间的信道接入冲突。
系统各方面的硬件实施与软件实施之间区别很小；硬件或软件的使用一般是代表成本与效率折衷的设计选择。例如，如果实施者确定速度和准确度是最重要的，那么实施者可选择以硬件和/或固件车辆为主；如果灵活性是最重要的，那么实施者可选择以软件实施为主；或者，再一次可选地，实施者可选择硬件、软件和/或固件的某种组合。
虽然本文已公开各种方面和实施方案，但是其它方面和实施方案对本领域技术人员来说将是显而易见的。本文公开的各种方面和实施方案是出于说明目的，并且不意图是限制性的，其真实的范围和精神是由以上权利要求书指示。

Claims (17)

1.一种用于在车辆通信网络中接入信道的方法，其特征在于，其中在所述信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙，所述方法包括：
安装在第一节点上的第一通信装置从安装在第二节点上的第二通信装置接收信道分配公告消息，其中所述信道分配公告消息包括通信区域如何被分成M个区的信息和所述M个区与所述N个时隙之间的映射；
所述第一通信装置基于所述第一节点的位置和所述信息确定所述第一节点定位在哪个区中；
所述第一通信装置基于所述确定的区和所述映射来识别时隙；以及
所述第一通信装置争用所述识别的时隙。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述通信区域是基于所述第二节点的位置信息和通信半径确定的。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述信道分配公告消息还包括其自身的寿命，在所述寿命之后所述信道分配公告消息过期。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述映射是基于哈希函数建立的。
5.一种用于在车辆通信网络中接入信道的方法，其特征在于，其中在所述信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙，所述方法包括：
安装在第一节点上的第一通信装置从安装在第二节点上的第二通信装置接收信道分配公告消息，其中所述信道分配公告消息包括所述N个时隙与多个节点之间的映射，所述映射是基于所述节点的位置建立的；
所述第一通信装置基于所述映射来识别时隙；以及
所述第一通信装置争用所述识别的时隙。
6.一种用于在车辆通信网络中接入信道的方法，其特征在于，其中在所述信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙，所述方法包括：
安装在节点上的通信装置基于其位置信息来识别时隙；以及
所述通信装置争用所述识别的时隙。
7.一种用于在车辆通信网络中接入信道的方法，其特征在于，其中在所述信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙，所述方法包括：
安装在第一节点上的第一通信装置基于所述第一节点的位置信息和通信半径获得通信区域；
所述第一通信装置将所述通信区域分成M个区；以及
所述第一通信装置广播包括所述M个区与所述N个时隙之间的映射的信道分配公告消息以通知所述通信区域内的节点：所述节点中的每个可以争用根据所述映射被分派给其所在的区的时隙。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述信道分配公告消息还包括其自身的寿命，在所述寿命之后所述第一通信装置广播新的信道分配公告消息。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述映射是基于哈希函数建立的。
10.一种用于在车辆通信网络中接入信道的系统，其特征在于，其中在所述信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙，所述系统包括收发机；定位装置，所述定位装置用来获得上面安装有所述系统的第一节点的位置信息；以及处理装置，所述处理装置被配置来：
在所述收发机接收信道分配公告消息之后，所述信道分配公告消息包括通信区域如何被分成M个区的信息和所述M个区与所述N个时隙之间的映射，基于所述第一节点的位置信息和所述信息确定所述第一节点定位在哪个区中；
基于所述确定的区和所述映射来识别时隙；并且
控制所述系统来争用所述识别的时隙。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，其中所述信道分配公告消息还包括其自身的寿命，在所述寿命之后所述信道分配公告消息过期。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，其中所述映射是基于哈希函数建立的。
13.一种用于在车辆通信网络中接入信道的系统，其特征在于，其中在所述信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙，所述系统包括收发机；定位装置，所述定位装置用来获得上面安装有所述系统的第一节点的位置信息；以及处理装置，所述处理装置被配置来：
基于所述第一节点的所述位置信息和通信半径获得通信区域；
将所述通信区域分成M个区；
生成信道分配消息，所述信道分配消息包括在所述M个区中分配所述N个时隙的方案；并且
控制所述收发机来广播所述信道分配消息以通知所述通信区域内的节点：所述节点中的每个可以争用根据所述方案被分配给其所在的区的时隙。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，其中所述信道分配消息还包括其自身的寿命，其中所述处理装置还被配置来控制所述收发机在所述寿命过期之后广播新的信道分配消息。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，其中所述分配方案是基于哈希函数建立的。
16.一种用于在车辆通信网络中接入信道的系统，其特征在于，其中在所述信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙，所述系统包括：
用于获得上面安装有所述系统的第一节点的位置信息的装置；
用于从安装在第二节点上的通信装置接收信道分配公告消息的装置，其中所述信道分配公告消息包括通信区域如何被分成M个区的信息和所述M个区与所述N个时隙之间的映射；
用于基于所述第一节点的位置和所述信息确定所述第一节点定位在哪个区中的装置；
用于基于所述确定的区和所述映射来识别时隙的装置；以及
用于争用所述识别的时隙的装置。
17.一种用于在车辆通信网络中接入信道的系统，其特征在于，其中在所述信道中限定连续周期，所述连续周期中的每个包括N个时隙，所述系统包括：
用于获得上面安装有所述系统的第一节点的位置信息的装置；
用于基于所述第一节点的所述位置信息和通信半径获得通信区域的装置；
用于将所述通信区域分成M个区的装置；
用于生成信道分配公告消息的装置，所述信道分配公告消息包括所述M个区与所述N个时隙之间的映射；以及
用于广播所述信道分配公告消息的装置，以便通知所述通信区域内的节点：所述节点中的每个可以争用根据所述映射被分派给其所在的区的时隙。
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