CN108271273B - 一种信道接入方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种信道接入方法,包括:接收第一终端发送的安全应用信息;检测与所述第一终端处于邻居关系的第二终端当前所处的信道状态,确定所述信道状态为忙时,进入退避状态,并获取所述第二终端进入退避状态时的地理位置信息和接收的信号强度指示(RSSI)信息;根据所述地理位置信息和所述RSSI信息,计算退避时长;根据所述退避时长,对所述安全应用信息进行转发。本发明还同时公开了一种信道接入系统。
Description
技术领域
本发明涉及车联网(IOV,Internet of Vehicles)技术领域,尤其涉及一种信道接入方法及系统。
背景技术
随着智能交通的不断发展,越来越多的车辆通过IOV在车辆和道路之间建立有效的信息通信,从而实现智能交通的管理和信息服务。IOV是物联网(IOT,Internet ofThings)在交通领域中的一个重要应用。在IOV系统中,车辆主要采用专用短程通信(DSRC,Dedicated Short Range Communications)技术来实现车间通信,即某车辆通过广播方式,将车辆当前的状态信息和安全应用信息发送给邻居车辆。其中,状态信息包括:车辆的位置、速度、加速度、方向等;安全应用信息是根据不同的场景比如实时路障、紧急避让、交通事故等制定的。
一般来说,邻居车辆接收到该车辆发送的安全应用信息后,会通过多跳方式将安全应用信息进行转发传播,以快速提醒周围的其他车辆,从而使其他车辆的驾驶员能够熟悉周围车辆的行驶状态、以及突发的紧急情况等,避免道路交通安全事故的发生;而车间通信的媒体接入控制(MAC,Media Access Control)层的信道接入技术,是确保车辆之间信息可靠、快速传输的关键因素。
目前,DSRC技术中MAC层上的车辆通常采用载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA,Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)机制接入信道,具体地:当车辆需要转发安全应用信息时,需首先对信道状态进行检测,如果检测到信道始终空闲,则车辆等待一段时间如分布式帧间间隙(DIFS,Distributed Inter-frame Spacing)之后才能接入信道,并进行安全应用信息的发送;如果检测到信道繁忙,则车辆等待一段时间如DIFS之后,进入竞争窗口,即车辆随机选择一个退避时长作为竞争窗口,当竞争窗口递减为零时,信道处于空闲状态,此时,车辆才可以接入信道进行安全应用信息的发送。
然而,上述现有技术方案中,如果多个车辆同时检测到信道繁忙,且在等待一段时间之后,多个车辆随机选择同一退避时长作为竞争窗口,则不可避免地会出现因多个车辆同时发送信息而发生信息碰撞的情况,从而使得各信息相互干扰,导致车辆无法接收到其他车辆发送的信息,因此,需要对退避时长进行合理规划。尤其是在车辆密集如十字路口等场景下,由于车辆节点数密集度较高、时隙资源不充足,容易导致增大丢包率,从而降低DSRC的可靠性,此时,更需要对退避时长进行合理规划。
另外,由于CSMA/CA信道接入机制的重点在于利用载波侦听信道来减少碰撞率,却不能快速有效地转发信息,例如:距离发送信息的车辆更近的邻居车辆由于随机选择退避时长,反而获得更小的竞争窗口来优先转发信息,但是,该邻居车辆转发信息的效果并不理想。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例期望提供一种信道接入方法及系统,至少解决现有的CSMA/CA信道接入机制中存在的上述问题,能够提高信息的传输效率,保证车辆间的通信质量。
为达到上述目的,本发明实施例的技术方案是这样实现的:
本发明实施例提供一种信道接入方法,所述方法包括:
接收第一终端发送的安全应用信息;
检测与所述第一终端处于邻居关系的第二终端当前所处的信道状态,确定所述信道状态为忙时,进入退避状态,并获取所述第二终端进入退避状态时的地理位置信息和接收的信号强度指示(RSSI,Received Signal Strength Indication)信息;
根据所述地理位置信息和所述RSSI信息,计算退避时长;
根据所述退避时长,对所述安全应用信息进行转发。
上述方案中,所述根据所述地理位置信息和所述RSSI信息,计算退避时长,包括:
其中,d为所述第一终端与所述第二终端之间的距离,dmax为最大通信半径,Pexp为所述第二终端理论上的RSSI值,Preal为所述第二终端实际测量的RSSI值,ΔPmax为通信传输损耗模型下的最大损耗值。
上述方案中,所述根据所述退避时长,对所述安全应用信息进行转发,包括:
所述退避时长未超时时,等待信道接入;所述退避时长超时时,再次检测所述第二终端所处的信道状态,直至检测到所述第二终端所处的信道状态为闲时,等待一定时间后,对所述安全应用信息进行转发。
上述方案中,所述第二终端对所述安全应用信息进行转发的优先级与所述第一终端和所述第二终端之间的距离成正比。
上述方案中,所述第二终端在视距(LOS,Line of Sight)和非视距(NLOS,NonLine of Sight)场景下实际测量的RSSI值不相同。
本发明实施例还提供一种信道接入系统,所述系统包括:接收模块、检测模块、计算模块、发送模块;其中,
所述接收模块,用于接收第一终端发送的安全应用信息;
所述检测模块,用于检测与所述第一终端处于邻居关系的第二终端当前所处的信道状态,确定所述信道状态为忙时,进入退避状态,并获取所述第二终端进入退避状态时的地理位置信息和RSSI信息;
所述计算模块,用于根据所述地理位置信息和所述RSSI信息,计算退避时长;
所述发送模块,用于根据所述退避时长,对所述安全应用信息进行转发。
上述方案中,所述计算模块,具体用于:
其中,d为所述第一终端与所述第二终端之间的距离,dmax为最大通信半径,Pexp为所述第二终端理论上的RSSI值,Preal为所述第二终端实际测量的RSSI值,ΔPmax为通信传输损耗模型下的最大损耗值。
上述方案中,所述发送模块,具体用于:所述退避时长未超时时,等待信道接入;所述退避时长超时时,再次检测所述第二终端所处的信道状态,直至检测到所述第二终端所处的信道状态为闲时,等待一定时间后,对所述安全应用信息进行转发。
本发明实施例提供的信道接入方法及系统,接收第一终端发送的安全应用信息;检测与所述第一终端处于邻居关系的第二终端当前所处的信道状态,确定所述信道状态为忙时,进入退避状态,并获取所述第二终端进入退避状态时的地理位置信息和RSSI信息;根据所述地理位置信息和所述RSSI信息,计算退避时长;根据所述退避时长,对所述安全应用信息进行转发。如此,基于车辆的地理位置信息和RSSI信息,控制车辆的退避时长,根据不同场景来对不同车辆进行时隙和优先级的划分,以便于保证在多个车辆同时竞争接入同一信道时信道接入的有效性,大大提升了车辆安全应用信息的传输效率,不仅保证了车辆间的通信质量,而且提高了行车安全。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的信道接入方法的流程示意图;
图2为本发明实施例二构建的IOV系统架构示意图;
图3为本发明实施例二提供的信道接入方法的具体实现流程图;
图4为本发明实施例三提供的信道接入系统的组成结构示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容,下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述,所附附图仅供参考说明之用,并非用来限定本发明。
实施例一
如图1所示,本发明实施例中信道接入方法的实现流程,包括以下步骤:
步骤101:接收第一终端发送的安全应用信息;
这里,所述安全应用信息是第一终端通过广播方式发送的信息,具体地,所述安全应用信息为根据不同的场景比如实时路障、紧急避让、交通事故等制定的安全应用类信息。
步骤102:检测与所述第一终端处于邻居关系的第二终端当前所处的信道状态,确定所述信道状态为忙时,进入退避状态,并获取所述第二终端进入退避状态时的地理位置信息和RSSI信息;
这里,若确定所述信道状态为闲时,则不必进入退避状态,而是在等待一定时间后,直接转发安全应用信息。其中,等待的一定时间通常采用DIFS。
这里,所述RSSI信息为无线发送层的可选部分,用来判定链路质量、以及是否增大广播发送强度;RSSI是通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离,进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术。
这里,所述第一终端是指位于第二终端通信范围内的车辆,所述第二终端是指配备有车载单元(OBU,On Board Unit),并采用OBU进行通信的车辆。
步骤103:根据所述地理位置信息和所述RSSI信息,计算退避时长;
其中,d为所述第一终端与所述第二终端之间的距离,dmax为最大通信半径,Pexp为所述第二终端理论上的RSSI值,Preal为所述第二终端实际测量的RSSI值,ΔPmax为通信传输损耗模型下的最大损耗值。
这里,所述第二终端在LOS和NLOS场景下实际测量的RSSI值不相同。一般来说,LOS场景为第一终端和第二终端所处的信道在同一条道路上,NLOS场景为第一终端和第二终端所处的信道不在同一条道路上。
需要说明的是,若第一终端和第二终端处于LOS场景下,则Pexp-Preal的值为零,可见,此时的退避时长只与地理位置信息相关,也就是说,在这种情况下,仅以距离对车辆转发信息的优先级进行划分;若第一终端和第二终端处于NLOS场景下,则Pexp-Preal会有一定的差值,即LOS场景和NLOS场景下对应的RSSI值的差值,此时,第二终端也会因为上述计算退避时长的公式而获得更短的退避时隙,以具有更高的优先级来转发安全应用信息。
步骤104:根据所述退避时长,对所述安全应用信息进行转发。
本步骤具体包括:所述退避时长未超时时,等待信道接入;所述退避时长超时时,再次检测所述第二终端所处的信道状态,直至检测到所述第二终端所处的信道状态为闲时,等待一定时间后,对所述安全应用信息进行转发。
其中,等待的一定时间通常采用DIFS。
这里,所述第二终端对所述安全应用信息进行转发的优先级与所述第一终端和所述第二终端之间的距离成正比。也就是说,所述第一终端和所述第二终端之间的距离越远,所述第二终端转发安全应用信息就越有效,即所述第二终端转发信息的优先级就越高。
实施例二
下面对本发明实施例信道接入方法的具体实现过程做进一步地详细说明。
本发明实施例是基于IEEE802.11p协议的IOV系统架构实现的,该IOV系统架构如图2所示,在图2中,假设十字路口车辆的IOV终端设备的渗透率为100%,即十字路口所有的车辆均配备有OBU。其中,OBU采用DSRC技术与其他车辆或者路旁设备单元(RSU,Road SideUnit)进行通信。具体地,IOV主要通过装载在车辆上的传感器或车载终端(In-VehicleTerminal)获取车辆运行的状态信息、驾驶人员的驾驶行为信息、以及周边道路的路况信息等,并对数据进行采集、分析、提取、分享和决策,以便对车辆和驾驶人员提供综合服务。这里,主要针对的数据类别是IOV系统中的安全应用信息,当某车辆接收到邻居车辆发送的安全应用信息后,会通过多跳方式快速对安全应用信息进行转发传播,以快速提醒其他车辆,从而使其他车辆的驾驶员能够熟悉周围车辆的行驶状态以及突发的紧急情况,这对于避免道路交通安全事故的发生具有重要意义。
图3给出了本发明实施例信道接入方法的总体流程示意图,如图3所示,包括以下步骤:
步骤301:目标车辆接收邻居车辆发送的安全应用信息;
这里,所述安全应用信息是邻居车辆通过广播方式发送的信息,具体地,所述安全应用信息为根据不同的场景比如实时路障、紧急避让、交通事故等制定的安全应用类信息。
其中,所述邻居车辆是指位于目标车辆通信范围内的车辆;所述目标车辆是指配备有OBU,并采用OBU进行通信的车辆。
步骤302:监听并判断目标车辆当前所处的信道状态,如果确定出信道状态为空闲状态,则在等待一个DIFS之后,执行步骤307;如果确定出信道状态为忙碌状态,则执行步骤303;
步骤303:使目标车辆进入退避状态;
步骤304:获取目标车辆此时的地理位置信息和RSSI信息;
这里,所述RSSI信息为无线发送层的可选部分,用来判定链路质量、以及是否增大广播发送强度;RSSI是通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离,进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术。
步骤305:基于目标车辆的地理位置信息和RSSI信息,计算退避时长;
其中,d为目标车辆与邻居车辆之间的距离,dmax为最大通信半径,Pexp为目标车辆理论上的RSSI值,Preal为目标车辆实际测量的RSSI值,ΔPmax为通信传输损耗模型下的最大损耗值。
具体来说,Pexp是在不考虑NLOS场景,在LOS场景下目标车辆理论上的RSSI值;Preal是目标车辆在LOS场景或NLOS场景下实际测量的RSSI值,即可以用Preal来区分LOS场景和NLOS场景;可采用国际电信联盟无线电通信组ITU-R提出的信号传输损耗公式和计算得到LOS场景和NLOS场景下的信号损耗值,取两者之间的最大值作为ΔPmax值。
这里,LLoS表示在LOS场景下的信号传输损耗值;Lbp表示在折点处的基本传输损耗值,其中,λ表示波长,hb表示监测天线距离地面的高度,hm表示信号源天线距离地面的高度;d表示目标车辆与邻居车辆之间的距离;Rbp表示折点距离(Breakpoint Distance),为一固定值,其中,hb表示监测天线距离地面的高度,hm表示信号源天线距离地面的高度,λ表示波长;LNLoS表示在NLOS场景下的信号传输损耗值;Lr表示在LOS场景下的反射路径传输损耗值,其中,x1表示基站到十字路口的距离,x2表示移动台到十字路口的距离,w1表示基站所在位置的街道宽度,w2表示移动台所在位置的街道宽度,λ表示波长,且0.6<α[rad]<π;Ld表示在NLOS场景下的衍射路径传输损耗值,其中,x1表示基站到十字路口的距离,x2表示移动台到十字路口的距离,w1表示基站所在位置的街道宽度,w2表示移动台所在位置的街道宽度,λ表示波长。
一般来说,LOS场景为目标车辆和邻居车辆所处的信道在同一条道路上,NLOS场景为目标车辆和邻居车辆所处的信道不在同一条道路上。由此可见,若目标车辆和邻居车辆在同一条道路上时,则Pexp-Preal的值为零,此时的退避时长只与地理位置信息相关,也就是说,在这种情况下,仅以距离对车辆转发信息的优先级进行划分;若目标车辆和邻居车辆不在同一条道路上时,则Pexp-Preal会有一定的差值,即LOS场景和NLOS场景下对应的RSSI值的差值,此时,目标车辆也会因为上述计算退避时长的公式而获得更短的退避时隙,以具有更高的优先级来转发安全应用信息。
步骤306:目标车辆按照计算出的退避时长等待接入信道,待退避时长倒计时结束后返回到步骤302,再次监听目标车辆的信道状态,直至信道状态为空闲状态时,结束对信道状态的监听;
步骤307:目标车辆对安全应用信息进行转发。
这里,目标车辆对所述安全应用信息进行转发的优先级与目标车辆和邻居车辆之间的距离成正比。也就是说,目标车辆和邻居车辆之间的距离越远,目标车辆转发安全应用信息就越有效,即目标车辆转发信息的优先级就越高。
相比于现有技术,本发明实施例提出的基于车辆地理位置信息和RSSI信息进行信道接入的方法,可以分布式地快速确定车辆转发信息的优先级,以更合理的方式转发安全应用信息,更适合于对时延要求苛刻的车辆安全应用场景,尤其是在车辆密度大、时隙资源不足的情况下,能够保证高优先级车辆的通信质量,可有效地提升行车安全。
实施例三
为实现上述方法,本发明实施例还提供了一种信道接入系统,如图4所示,该系统包括接收模块401、检测模块402、计算模块403、发送模块404;其中,
所述接收模块401,用于接收第一终端发送的安全应用信息;
所述检测模块402,用于检测与所述第一终端处于邻居关系的第二终端当前所处的信道状态,确定所述信道状态为忙时,进入退避状态,并获取所述第二终端进入退避状态时的地理位置信息和RSSI信息;
所述计算模块403,用于根据所述地理位置信息和所述RSSI信息,计算退避时长;
所述发送模块404,用于根据所述退避时长,对所述安全应用信息进行转发。
这里,所述计算模块403,具体用于:
其中,d为所述第一终端与所述第二终端之间的距离,dmax为最大通信半径,Pexp为所述第二终端理论上的RSSI值,Preal为所述第二终端实际测量的RSSI值,ΔPmax为通信传输损耗模型下的最大损耗值。
所述RSSI信息为无线发送层的可选部分,用来判定链路质量、以及是否增大广播发送强度;RSSI是通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离,进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术。
这里,所述发送模块404,具体用于:所述退避时长未超时时,等待信道接入;所述退避时长超时时,再次检测所述第二终端所处的信道状态,直至检测到所述第二终端所处的信道状态为闲时,等待一定时间后,对所述安全应用信息进行转发。
其中,所述安全应用信息是第一终端通过广播方式发送的信息,具体地,所述安全应用信息为根据不同的场景比如实时路障、紧急避让、交通事故等制定的安全应用类信息;等待的一定时间通常采用DIFS。
这里,所述第二终端对所述安全应用信息进行转发的优先级与所述第一终端和所述第二终端之间的距离成正比;所述第二终端在LOS和NLOS场景下实际测量的RSSI值不相同。
在实际应用中,所述接收模块401、检测模块402、计算模块403、发送模块404均可由位于IOV终端设备上的中央处理器(CPU,Central Processing Unit)、微处理器(MPU,Micro Processor Unit)、数字信号处理器(DSP,Digital Signal Processor)、或现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)等实现。
本发明实施例接收第一终端发送的安全应用信息;检测与所述第一终端处于邻居关系的第二终端当前所处的信道状态,确定所述信道状态为忙时,进入退避状态,并获取所述第二终端进入退避状态时的地理位置信息和RSSI信息;根据所述地理位置信息和所述RSSI信息,计算退避时长;根据所述退避时长,对所述安全应用信息进行转发。如此,基于车辆的地理位置信息和RSSI信息,控制车辆的退避时长,根据不同场景来对不同车辆进行时隙和优先级的划分,以便于保证在多个车辆同时竞争接入同一信道时信道接入的有效性,大大提升了车辆安全应用信息的传输效率,不仅保证了车辆间的通信质量,而且提高了行车安全。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种信道接入方法,其特征在于,所述方法包括:
接收第一终端发送的安全应用信息;
检测与所述第一终端处于邻居关系的第二终端当前所处的信道状态,确定所述信道状态为忙时,进入退避状态,并获取所述第二终端进入退避状态时的地理位置信息和实际测量的接收信号指示强度RSSI值;
判断所述实际测量的RSSI值是否等于理论上的RSSI值;若相等,则确定所述第二终端处于视距场景,根据所述地理位置信息,计算退避时长;若不相等,则确定所述第二终端处于非视距场景,根据所述地理位置信息、所述实际测量的RSSI值和理论上的RSSI值,计算退避时长;
根据所述退避时长,对所述安全应用信息进行转发。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述根据所述退避时长,对所述安全应用信息进行转发,包括:
所述退避时长未超时时,等待信道接入;所述退避时长超时时,再次检测所述第二终端所处的信道状态,直至检测到所述第二终端所处的信道状态为闲时,等待一定时间后,对所述安全应用信息进行转发。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述第二终端对所述安全应用信息进行转发的优先级与所述第一终端和所述第二终端之间的距离成正比。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述第二终端在视距LOS和非视距NLOS场景下实际测量的RSSI值不相同。
6.一种信道接入系统,其特征在于,所述系统包括:接收模块、检测模块、计算模块、发送模块;其中,
所述接收模块,用于接收第一终端发送的安全应用信息;
所述检测模块,用于检测与所述第一终端处于邻居关系的第二终端当前所处的信道状态,确定所述信道状态为忙时,进入退避状态,并获取所述第二终端进入退避状态时的地理位置信息和实际测量的接收信号指示强度RSSI值;
所述计算模块,用于判断所述实际测量的RSSI值是否等于理论上的RSSI值;若相等,则确定所述第二终端处于视距场景,根据所述地理位置信息,计算退避时长;若不相等,则确定所述第二终端处于非视距场景,根据所述地理位置信息、所述实际测量的RSSI值和理论上的RSSI值,计算退避时长;
所述发送模块,用于根据所述退避时长,对所述安全应用信息进行转发。
8.根据权利要求6或7所述的系统,其特征在于,所述发送模块,具体用于:所述退避时长未超时时,等待信道接入;所述退避时长超时时,再次检测所述第二终端所处的信道状态,直至检测到所述第二终端所处的信道状态为闲时,等待一定时间后,对所述安全应用信息进行转发。
9.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述第二终端对所述安全应用信息进行转发的优先级与所述第一终端和所述第二终端之间的距离成正比。
10.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述第二终端在LOS和NLOS场景下实际测量的RSSI值不相同。
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