CN111937480B - 无线电网络的第一和第二终端设备以及用于运行第一和第二终端设备的方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于在无线电网络中进行无线电通信的第一车辆侧终端设备（NN1）。该第一车辆侧终端设备（NN1）被构造为：如果无线电信道在第一时长期满之后未被占用，则在之前发生的对第一数据的发送结束之后开始的第二时长期满之后，经由该无线电信道来重新发送第一数据（P1）。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线网络的第一和第二终端设备以及用于运行第一和第二终端设备的方法。
背景技术
按照CSMA/CA协议（Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance（带有冲突避免的载波侦听多路访问）），只有当无线电信道事先被识别为空闲时才对该无线电信道进行访问。该方法例如被用于IEEE 802.11p，该IEEE 802.11p涉及对IEEE 802.11的特定于车辆的适配。
发明内容
按照第一方面，提供了一种用于在无线电网络中进行无线电通信的第一车辆侧终端设备，其中该第一车辆侧终端设备被构造为：确定第一数据；执行针对无线电信道的信道访问程序；经由该无线电信道来发送第一数据；在对第一数据的发送结束之后等待第一时长；在第一时长期满之后检查该无线电信道是否被占用；并且如果该无线电信道在第一时长期满之后未被占用，则在之前发生的对第一数据的发送结束之后开始的第二时长期满之后，经由该无线电信道来重新发送第一数据。
有利地，这样第二终端设备在第一时长期满之后对后续通信的停止被解读为第一数据未被正确接收。因此，使用已经发生的信道访问程序，以便在比第一时长更长的第二时长期满之后开始重新发送第一数据。借此，防止了对信道访问程序的重新实施。在从第二终端设备出发的后续通信的情况下，第一终端设备停止对第一数据的重新发送。因此，防止了对信道访问程序的重新实施并且借此提高了频谱效率。
一个有利的实施方式的特点在于：信道访问程序在包括对第一数据的发送的信道访问之前检查无线电信道是否在监控时长内空闲，针对无线电信道的每个被识别为空闲的时隙都使随机选择的退避（Backoff）数递减，而且当该退避数达到例如为零的阈值并且无线电信道空闲时首次发送第一数据。
通过该CSMA-CA方法（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance），预防了有冲突的信道访问。在重新发送第一数据之前，通过等待第一时长并且紧接着检查无线电信道是否空闲，并不重新实施之前所实施的信道访问程序。
一个有利的实施方式的特点在于：第一时长（SIFS；PIFS）是短帧间空间（ShortInterframe Space）或PCF帧间空间（PCF Interframe Space）。
有利地，第一时长被选择得短得使得作为跟在第一终端设备之后进行通信的第二终端设备的其它终端设备不能成功地对无线电信道进行仲裁。
一个有利的实施方式的特点在于：第二时长（PIFS；DIFS）是PCF帧间空间（PCFInterframe Space）或DCF帧间空间（DCF Interframe Space）。
有利地，第二时长被选择得短得使得第一终端设备还可以查明对第一数据的有错误的传输并且还可以在其它终端设备成功进行无线电信道访问之前重新发送第一数据。
本说明书的第二方面涉及一种用于运行无线电网络的第一车辆侧终端设备的方法，其中该方法包括：确定第一数据；执行针对无线电信道的信道访问程序；经由该无线电信道来发送第一数据；在对第一数据的发送结束之后等待第一时长；在第一时长期满之后检查该无线电信道是否被占用；并且如果该无线电信道在第一时长期满之后未被占用，则在之前发生的经由该无线电信道对第一数据的发送结束之后开始的第二时长期满之后，重新发送第一数据。
本说明书的第三方面涉及一种用于在无线电网络中进行无线电通信的第二车辆侧终端设备，其中该第二终端设备被构造为：确定标志符，该标志符将第一车辆侧终端设备标识为发送第二数据的前身（Vorgänger）；经由无线电信道从具有该标志符的第一终端设备接收第一数据；确定第二数据；在对第一数据的接收结束之后等待一个时长；并且当该时长期满时经由该无线电信道来发送第二数据。
有利地，由第一终端设备一次性地执行信道访问程序，发送第一数据并且有利地在没有其它信道访问程序的情况下应对包序列（Packet Train）意义上的第二数据的所有随后的传送或传输。在此，该包序列的第二数据来自相应的终端设备。接下来的传送全部取决于首个成功的信道访问程序。因此，借助于唯一的访问程序来发送不同的终端设备的数据，借此大大减少了多跳（Multi-Hop）通信的数据发送的时延。因此，整体上改善了频谱效率。
第二数据具有两个功能：一方面，这些第二数据形成用于接收第一数据的ACK，使得第一终端设备获得第二终端设备对接收第一数据的确认。另一方面，第二数据包含针对第三终端设备的信息。
一个有利的实施方式的特点在于：根据第一数据来确定第二数据。
一个有利的实施方式的特点在于：该时长是短帧间空间或PCF帧间空间。
有利地，该时长被选择得短得使得其它终端设备不能成功地对无线电信道进行仲裁。
一个有利的实施方式的特点在于：第二终端设备被构造为：在对第二数据的发送结束之后，等待另一时长；在该另一时长期满之后，检查无线电信道是否被占用；并且如果无线电信道在之前发生的对第二数据的发送结束之后的附加的时长期满之后未被占用，则在该附加的时长期满之后经由无线电信道来重新发送第二数据。
有利地，这样第三终端设备在该另一时长期满之后对后续通信的停止被解读为第二数据未被正确接收。因此，在第一终端设备侧使用已经发生的信道访问程序，以便在附加的时长期满之后开始重新发送第二数据。借此，防止了对信道访问程序的重新实施。在从第三终端设备出发的后续通信的情况下，第二终端设备停止对第二数据的重新发送。因此，防止了对信道访问程序的重新实施并且借此提高了频谱效率。
很大程度上实现了按所规定的顺序给所有终端设备供给必要的信息。在有错误的情况下，所涉及到的终端设备可以立即引入措施，以便确保车辆的运行安全性（例如紧急制动或遵守与前车的新的最小距离）。
本说明书的第四方面涉及一种用于运行无线电网络的第二车辆侧终端设备的方法，其中该方法包括：确定标志符，该标志符将第一车辆侧终端设备标识为发送第二数据的前身；经由无线电信道从具有该标志符的第一终端设备接收第一数据；确定第二数据；在对第一数据的接收结束之后等待一个时长；并且当该时长期满时经由该无线电信道来发送第二数据。
附图说明
其它特征和优点能从随后的说明书和附图的图中得知。在附图中：
图1示出了示例性的交通情况的示意性透视图；
图2示出了示意性流程图；而
图3-6分别示出了示意性信道图表。
具体实施方式
图1示出了示例性的交通情况的示意性透视图。每个车辆V1、V2、V3包括终端设备NN1、NN2、NN3，这些终端设备共同构成自组织（Adhoc）无线电通信网络。当然，诸如交通信号灯那样的其它尤其是位置固定的基础设施单元也可包括就终端设备NN1至NN3之一而言的终端设备。
终端设备NN1、NN2、NN3中的每个终端设备包括数据总线B1、B2、B3，该数据总线使至少一个处理器P1、P2、P3、至少一个存储器M1、M2、M3和至少一个无线电模块C1、C2、C3彼此连接。至少一根天线A1、A2、A3连接到无线电模块C1、C2、C3上。相应的无线电模块C1、C2、C3被配置用于按照自组织无线电通信网络VANET经由天线A1、A2、A3来发送和接收无线电信号。在存储器M1、M2、M3上存放有计算机程序产品意义上的计算机程序。该计算机程序被构造用于尤其是借助于至少一个处理器P1、P2、P3、至少一个存储器M1、M2、M3和至少一个无线电模块C1、C2、C3来实施在本说明书中所阐述的方法步骤并且经由至少一根天线A1、A2、A3来与其它终端设备进行通信。替选地或附加地，将处理器P1、P2、P3实现为ASIC，以便实施所描述的方法步骤。
网络VANET提供射频资源或无线电资源意义上的至少一个自组织无线电信道。终端设备NN1、NN2、NN3中的每个终端设备例如都按照IEEE 802.11p标准、尤其是2010年7月15日的IEEE 802.11p-2010标准来配置，该标准通过引用被列入本说明书。IEEE 802.11p PHY和MAC功能为美国（USA）的专用短程通信DSRC的上层协议以及欧洲的协作ITS、即C-ITS提供服务。终端设备NN1、NN2、NN3经由自组织无线电信道来在非许可频率范围内彼此直接进行通信。通过无线电模块C1、C2、C3借助于CSMA / CA协议（Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance）来访问自组织无线电信道。自组织无线电信道和自组织无线电通信网络VANET例如通过IEEE标准“802.11p-2010 -- IEEE Standard for InformationTechnology - Local and Metropolitan Area Networks-Specific Part 11: WirelessLAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) SpecificationsAmendment 6: Wireless Access in Vehicular Environments”来详细规定，该IEEE标准通过引用被列入。IEEE 802.11p是用于扩展WLAN标准IEEE 802.11的标准。IEEE 802.11p的目标是：在载客车中建立无线电技术；并且为智能交通系统（Intelligent TransportSystem，ITS）应用提供可靠的接口。IEEE 802.11p也是在从5.85至5.925GHz的范围内的专用短程通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）的基础。
为了访问自组织无线电信道，终端设备NN1、NN2和NN3应用先听后讲（ Listen-Before-Talk）方法。LBT包括退避程序，该退避程序在自组织无线电信道上发送之前检查该自组织无线电信道是否被占用。终端设备NN1、NN2、NN3首先对无线电信道进行监听并且等待直至自组织无线电信道AHCH在时长DIFS期满之后空闲，该时长被称作仲裁间时间段。如果功率电平低于阈值并且没有查出功率电平大于第二阈值的自组织前导码，则将自组织无线电信道AHCH评估为空闲。如果自组织无线电信道被识别为不空闲，则该信道被占用。
如果自组织无线电信道在时长DIFS期间被识别为空闲，则开始退避程序。如果退避计数器期满，则终端设备NN1、NN2、NN3获得传输机会TXOP。如果终端设备NN1、NN2、NN3将自组织无线电信道识别为空闲，则只要该传输机会的TXOP时长未期满就传输数据。
在本文中通过引用被列入的文件“ETSI TS 302 663 V1.2.0 (2012-11)”描述了ITS-G5技术（ITS-G5：在5GHz频带内工作的智能交通系统）的两个最底层，即物理层和数据链路层。无线电模块C1、C2、C3例如实现了这两个最底层和按照“ETSI TS 102 687 V1.1.1(2011-07)”的相对应的功能，以便使用自组织无线电信道。为了使用是非许可频带NLFB的部分的自组织无线电信道，在欧洲提供如下非许可频带：1) ITS-G5A，用于在从5.875GHz至5.905GHz的频率范围内的安全相关的应用；2) ITS-G5B，用于在从5.855GHz至5.875GHz的频率范围内的非安全相关的应用；以及3) ITS-G5D，用于运行在5.055GHz至5.925GHz的频率范围内的ITS应用。ITS-G5能够实现在基站的环境（Kontext）之外在终端设备NN1、NN2、NN3之间的通信。ITS-G5标准能够实现对数据帧的立即交换并且避免了在建立基于小区的网络时所需的花费。
这里通过引用被列入的文件“ETSI TS 102 687 V1.1.1 (2011-07)”针对ITS-G5描述了“分散式拥塞控制机制（Decentralized Congestion Control Mechanism）”。自组织无线电信道尤其用于交换交通安全性和交通效率数据。无线电模块C1、C2、C3例如实现如在文件“ETSI TS 102 687 V1.1.1 (2011-07)”中所描述的功能。ITS-G5的应用和服务基于道路侧终端设备NN1、NN2、NN3的协同行为，这些道路侧终端设备形成自组织网络VANET（VANET：Vehicle Adhoc Network（车辆自组织网络））。自组织网络VANET能够实现时间关键的道路交通应用，这些时间关键的道路交通应用需要快速的信息交换，以便及时地向驾驶员和/或车辆报警并且对驾驶员和/或车辆进行辅助。为了确保自组织网络VANET的顺利运行，针对ITS-G5的自组织无线电信道使用“分散式拥塞控制”（Decentral CongestionControl，DCC）。DCC拥有如下功能，这些功能处在ITS架构的多个层上。DCC机制基于关于无线电信道的知识。通过信道探测来获得信道状态信息。信道状态信息可以通过TPC（发送功率控制）方法、TRC（发送速率控制）方法和TDC（发送数据率控制）方法来获得。这些方法将信道状态信息确定为对所识别出的包的所接收到的信号电平阈值或前导码信息的响应。
在所示出的交通情况下，第一车辆V1在第二车辆V2前面行驶，而第二车辆V2在第三车辆V3前面行驶。为了例如避免追尾事故，第一车辆V1传送其当前所确定的制动距离并且将该制动距离借助于第一数据P1传送给第二车辆V2。根据所接收到的数据P1，第二车辆V2使其距第一车辆V1的距离适配。第二车辆V2根据所接收到的第一数据P1、例如根据车辆V1的制动距离来确定自己的制动距离，并且将所确定的制动距离借助于数据P2传送给第三车辆V3。类似于车辆V2，车辆V3根据所接收到的数据P2来确定数据P3并且将自己的制动距离借助于数据P3转交给随后的车辆。
在另一示例中，第一车辆V1识别出前方一定距离有障碍物并且引入制动。关于障碍物的诸如位置那样的信息和/或引入了紧急制动的信息借助于数据P1被传送给随后的车辆V2。车辆V2将借助于数据P1所接收到的信息未经改变地借助于数据P2转交给第三车辆V3。
图2示出了用于运行图1中的第一终端设备NN1和第二终端设备NN2的示意性流程图。在这种情况下，规定流程100，用于运行第一终端设备NN1。规定流程200，用于运行第二终端设备NN2或其它终端设备。
在相应的步骤102或202中，第一终端设备NN1和第二终端设备NN2确定数据包意义上的所要发送的数据P1、P2的顺序。该顺序例如固定地预先配置。然而，在另一示例中，事先进行通信K，以便规定数据发送的顺序。例如，由终端设备NN1和NN2来交换CAM消息或DENM消息，所述CAM消息或DENM消息指出了图1中的相应的车辆V1、V2的位置和行驶方向。这样，例如可以通过图1中的每个车辆V1、V2、V3的位置和行驶方向来查明车辆V1、V2、V3按怎样的顺序沿行驶方向行驶。根据车辆V1、V2、V3的行驶顺序，例如在步骤102、202中由相应的终端设备NN1、NN2来规定所要发送的数据的顺序。该顺序可以沿行驶方向或者逆着行驶方向，并且例如取决于应用情况。这样，对于协同制动来说，逆着行驶方向的时间顺序是合理的。对于协同起动来说，沿行驶方向的时间顺序能够是合理的。
在步骤104中，确定第一数据P1。在步骤106中，开始退避程序并且等待时长DIFS。紧接着，终端设备NN1尤其是根据随机原则来确定退避数或退避计数器的值。如果在某个终端设备传输之后介质在时长DIFS内被识别为空闲，则开始将每个跟在时长DIFS之后并且对其来说信道继续被识别为空闲的时隙（Slot）时长的退避数分别递减一。如果退避数达到值零并且信道空闲，则终端设备允许访问无线电信道。在准许无线电信道访问之后，变换到步骤110，以便在无线电信道上发送所确定的数据P1。
在一个示例中，所使用的无线电信道是专用无线电信道，该专用无线电信道专门被预留用于传输按照包序列的连续的包。包序列包括多个时间上不直接连续的数据，这些数据来自不同的终端设备并且对于这些数据来说只有参与的终端设备中的第一终端设备执行了信道访问程序。替选地或附加地，数据P1、P2包括特征位，该特征位表明该包序列通信。在另一示例中，根据所接收到的或者所要传输的数据来推导出包序列通信的存在。
在步骤204中，第二终端设备NN2被切换到接收。如果数据P1在步骤204中被成功接收，则按照步骤206变换到步骤208。在步骤206中，一方面检查第一数据P1是否已被正确接收。附加地，检查所接收到的数据P1是否来自第一终端设备NN1。为此，例如使用第一终端设备NN1的标志符，该标志符是在步骤202中被确定的。该标志符将第一终端设备NN1标识为发送第二数据P2的前身。这意味着：第二终端设备NN2首先必须从第一终端设备NN1接收第一数据P1，以便允许发送第二数据P2。
在步骤208中，第二终端设备NN2确定用于发送的第二数据P2。示例性地，根据所接收到的数据P1来确定第二数据P2。替选地，不根据数据P1来确定数据P2。不过，根据对数据P1的接收来发送第二数据P2。
在步骤210中，在步骤204中的对第一数据P1的接收结束之后，等待时长SIFS或PIFS。如果时长SIFS或PIFS期满，则在步骤212中开始发送第二数据P2。
在步骤212之后的步骤220对应于步骤120，该步骤120由第一终端设备NN1来实施。在流程100中，步骤120在步骤110之后，并且借此在经由无线电信道首次发送第一数据P1之后。
按照步骤122，在对第一数据P1的发送结束之后，等待第一时长SIFS或PIFS。在该第一时长期满之后，在步骤124中检查无线电信道是否在第一时长SIFS或PIFS期满与第二时长PIFS或DIFS期满之间的监控时间段内空闲，该第二时长在对第一数据P1的发送结束之后开始。如果情况如此，则第一终端设备NN1在步骤128中开始重新发送第一数据P1。在步骤130中检查是否达到了发送尝试的最大数目。如果情况如此，则结束该方法。如果情况并非如此，则变换到步骤122，以便如果需要的话开始下一次发送尝试。
图3示出了示意性信道图表。示出了对第一至第三数据P1至P3的发送，其中只有第一终端设备NN1等待时长DIFS，以便紧接着按照图2中的步骤108和110来一次性地实施程序LBT（先听后讲）。因此，对程序LBT的一次性实施足以使得相应的数据P1、P2、P3由图1中的相应的终端设备NN1、NN2和NN3经由无线电信道来发送，其中用于发送数据P2和P3的终端设备NN2和NN3不必执行相应的LBT程序。
在对第一数据P1的传输结束之后，第二终端设备NN2等待时长SIFS，以便在时长SIFS结束之后立即经由无线电信道来发送第二数据P2。第三终端设备NN3采取类似的处理方式来发送第三数据P3。
图4示出了示意性信道图表。不同于图3，在随着首次发送第一数据P1的结束开始的时长SIFS结束之后停止对第二数据P2的发送。第一终端设备NN1查明这一点，以便在随着首次发送第一数据P1的结束开始的时长PIFS结束之后，立即开始重新发送第一数据P1。紧接着对第一数据P1的重新发送，第二终端设备NN2在时长SIFS结束之后开始发送第二数据P2。
图5示出了示意性信道图表。不同于图4，替代时长PIFS而使用时长DIFS来开始重新发送第一数据P1。
图6示出了示意性信道图表。不同于图5，替代时长SIFS，使用时长PIFS，以便一方面开始对数据P2、P3的相应随后的数据传输而另一方面在时长PIFS期满之后检查是否由诸如P2那样的终端设备来进行随后的数据传输。
时长SIFS是短帧间空间。时长PIFS是PCF帧间空间，其中PCF表示点协调功能（Point coordination function）。时长DIFS是DCF帧间空间，其中DCF表示分布式协调功能（Distribution Coordination Function）。
Claims (11)
1.一种用于在无线电网络中进行无线电通信的第一车辆侧终端设备(NN1)，其中所述第一车辆侧终端设备(NN1)被构造为：
确定第一数据(P1)；
执行针对无线电信道的信道访问程序；
经由所述无线电信道来发送所述第一数据(P1)；
在对所述第一数据(P1)的发送结束之后等待第一时长(SIFS；PIFS)；
在所述第一时长(SIFS；PIFS)期满之后检查所述无线电信道是否被占用；并且
如果所述无线电信道在所述第一时长期满之后未被占用，则在之前发生的对所述第一数据(P1)的发送结束之后开始的比第一时长更长的第二时长(PIFS；DIFS)期满之后，经由所述无线电信道来重新发送所述第一数据(P1)。
2.根据权利要求1所述的第一车辆侧终端设备(NN1)，其中所述信道访问程序在包括对所述第一数据(P1)的发送的信道访问之前检查所述无线电信道是否在监控时长(DIFS)内空闲，针对所述无线电信道的每个被识别为空闲的时隙都使随机选择的退避数递减，而且当所述退避数达到阈值并且所述无线电信道空闲时首次发送所述第一数据。
3.根据权利要求2所述的第一车辆侧终端设备(NN1)，其中所述阈值为零。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的第一车辆侧终端设备(NN1)，其中所述第一时长(SIFS；PIFS)是短帧间空间或点协调功能帧间空间。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的第一车辆侧终端设备(NN1)，其中所述第二时长(PIFS；DIFS)是PCF帧间空间或DCF帧间空间。
6.一种用于运行无线电网络的第一车辆侧终端设备(NN1)的方法，其中所述方法包括：确定第一数据(P1)；
执行针对无线电信道的信道访问程序；
经由所述无线电信道来发送所述第一数据(P1)；
在对所述第一数据(P1)的发送结束之后等待第一时长(SIFS；PIFS)；
在所述第一时长(SIFS；PIFS)期满之后检查所述无线电信道是否被占用；并且
如果所述无线电信道在所述第一时长期满之后未被占用，则在之前发生的经由所述无线电信道对所述第一数据(P1)的发送结束之后开始的比第一时长更长的第二时长(PIFS；DIFS)期满之后，重新发送所述第一数据(P1)。
7.一种用于在无线电网络中进行无线电通信的第二车辆侧终端设备(NN2)，其中所述第二车辆侧终端设备(NN2)被构造为：
确定标志符，所述标志符将第一车辆侧终端设备(NN1)标识为发送第二数据(P2)的前身；
经由无线电信道从具有所述标志符的第一车辆侧终端设备(NN1)接收第一数据(P1)；
确定第二数据(P2)；
在对所述第一数据(P1)的接收结束之后等待一个时长(SIFS；PIFS)；并且
当所述时长(SIFS；PIFS)期满时经由所述无线电信道来发送所述第二数据(P2)。
8.根据权利要求7所述的第二车辆侧终端设备(NN2)，其中根据所述第一数据(P1)来确定所述第二数据(P2)。
9.根据权利要求7或8所述的第二车辆侧终端设备(NN2)，其中所述时长(SIFS；PIFS)是短帧间空间或PCF帧间空间。
10.根据权利要求7或8所述的第二车辆侧终端设备(NN2)，其中所述第二车辆侧终端设备(NN2)被构造为：
在对所述第二数据(P2)的发送结束之后，等待另一时长(SIFS；PIFS)；
在所述另一时长(SIFS；PIFS)期满之后，检查所述无线电信道是否被占用；并且
如果所述无线电信道在之前发生的对所述第二数据(P2)的发送结束之后开始的比所述另一时长更长的附加的时长(PIFS；DIFS)期满之后未被占用，则在所述附加的时长期满之后经由所述无线电信道来重新发送所述第二数据(P2)。
11.一种用于运行无线电网络的第二车辆侧终端设备(NN2)的方法，其中所述方法包括：确定标志符，所述标志符将第一车辆侧终端设备(NN1)标识为发送第二数据(P2)的前身；
经由无线电信道从具有所述标志符的第一车辆侧终端设备(NN1)接收第一数据(P1)；
确定第二数据(P2)；
在对所述第一数据(P1)的接收结束之后等待时长(SIFS；PIFS)；并且
当所述时长(SIFS；PIFS)期满时经由所述无线电信道来发送所述第二数据(P2)。
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