CN114902699A - 用于最小化v2x通信网络中的延迟的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在V2X装置(2)中实现的用于与经由蜂窝通信网络(4)连接的一个或多于一个接收V2X装置交换包括数据包的V2X消息的方法，所述方法包括以下步骤：(a)运行一个或多于一个V2X应用，运行V2X应用包括生成与所述V2X应用相关联的V2X消息数据，(b)在注入时间将V2X消息数据传输到分发接口(203)，以及(c)在发送时间使用无线电接入技术，以使用从所述分发接口(203)检索出的所述消息数据进行编码的格式将V2X消息经由无线电链路传输到接收V2X装置。基于预定义时段所限定的初始注入时间来确定注入时间。该方法包括基于初始注入时间以及与V2X装置经由无线电链路发送的至少一个之前的V2X消息相关的时间信息来计算当前消息的注入时间的步骤，与之前的消息相关的时间信息包括之前的消息到分发接口中的注入时间以及V2X通信装置经由无线电链路发送之前的V2X消息的发送时间。
Description
技术领域
本发明一般涉及通信网络，特别涉及V2X装置和用于在V2X通信网络中发送V2X消息的方法。
背景技术
近些年来，为了改善道路安全和优化道路交通，运载工具间通信技术经历了重大发展。这样的通信技术部署在连接的运载工具之间的智能输送系统(ITS)中，以允许运载工具与其环境之间的通信。
ITS系统基于根据所谓的站间(例如运载工具间(V2V)、运载工具和基础设施间(V2I)以及运载工具和行人间(V2P))ITS无线电接入技术的短的基础安全消息(BSM)的广播。该消息的广播使得可以在实时情形下触发合适的动作，诸如在碰撞检测的情况下的警告，或者在检测到危险的情况下的紧急停止动作。
可以根据依赖于无线电接入技术的不同类型的通信来交换V2X(Vehicle toEverything,运载工具到任何物体)消息(尤其是V2V、V2I和V2P)，例如：
-基于短距离技术的直接V2V通信，所述短距离技术诸如是可以基于IEEE 802.11p标准的专用短距离通信(DSRC)、基于3GPP版本14(3GPP version 14)标准的从蜂窝技术导出的PC5模式4(PC5-mode 4)技术、或基于3GPP版本16(3GPP version 16)标准的5G技术；
-使用4G或5G连接的(经由用于LTE和5G网络的空中接口(也称为Uu接口)的)间接通信(V2N2V)。
ITS站之间的时间同步是基本的，因为V2X消息中广播的信息被加了时间戳并且需要由接收ITS站正确地解释。已知的实践是使用公共GNSS(全球导航卫星系统)卫星定位系统源来同步现有ITS装置的时间。
在现有方法中，通过V2X通信网络发送的V2X消息由ITS站加时间戳，该ITS站通过使用V2X消息数据生成时间来发送V2X消息，该V2X消息数据生成时间在定期发送V2X消息时通常是周期性的。
ITS站以更好的时钟精度在V2X网络中传输其V2X消息。特别地，ITS系统被配置为使得当ITS站的时钟时间与时间基础(ITS系统的时间基准)之间的最大差的绝对值高于当前设置为200ms的时间阈值时，ITS站不被授权发送V2X消息。
可以交换不同类型的V2X消息。例如，对于CAM(协作感知消息)类型的消息，特定模型可以用于消息的总延迟。由ITS站发送消息包括在编码时间期间由传输ITS站进行编码，在传输时间期间通过无线电接入技术将消息输送到接收ITS站，以及在解码时间期间由ITS站解码V2X消息。根据无线电接入技术的消息的传输时间不能被压缩。事实上，该传输时间是标准化的，并且不能在不改变与其他ITS站的互操作性的情况下显著减少。
为了发送V2X消息，ITS站的V2X应用首先在注入时间(或生成时间)将V2X消息放置在分发接口上。在注入时间，消息被采样但尚未通过无线电接入网络发送。然后，该消息被编码并借助于无线电接入技术在无线电链路上发送。
因此，必须由ITS站发送到接收ITS站的各个V2X消息携带与其注入时间相对应的时间戳信息。V2X消息的生成时间与消息通过无线电接入网络的有效发送时间之间的时间差可能构成显著的延迟。此外，无法先验预测通过分发接口传输V2X消息的时间与消息的发送时间之间的时间差，因此无法补偿该时间差。
某些使用情况需要特别短的延迟来起作用。可以引用的示例包括诸如编队(大量运载工具的分组)等的协作系统的情况，其需要以小于10ms的延迟在运载工具之间交换信息。
发明内容
发明要解决的问题
因此，需要用于使ITS站中的延迟最小化的方法和装置。
[用于解决问题的方式]
本发明通过提出一种在V2X装置中实现的、用于与经由蜂窝通信网络连接的一个或多于一个接收V2X装置交换包括数据包的V2X消息的方法来改善该情形。
所述方法包括以下步骤：
-运行一个或多于一个V2X应用，运行V2X应用包括生成与所述V2X应用相关联的V2X消息数据，
-在注入时间，通过分发接口传输所述V2X消息数据，以及-在发送时间，通过使用无线电接入技术，经由无线电链路将所述V2X消息传输到所述至少一个接收V2X装置，其中，所述V2X消息为基于通过所述分发接口检索的消息数据而编码的格式。
有利地，所述注入时间是基于由预定义时段限定的初始注入时间来确定的，并且所述方法包括以下步骤：基于所述初始注入时间和与所述V2X装置经由所述无线电链路发送的至少一个先前V2X消息相关的时间信息来计算当前消息的所述注入时间，其中，与先前消息相关的所述时间信息包括所述先前消息在所述分发接口上的注入时间以及V2X通信装置经由所述无线电链路发送所述先前V2X消息的时间。
在一个实施例中，计算所述注入时间的步骤包括计算与所述先前V2X消息的发送时间相关的时间和所述先前消息的注入时间之间的时间差，通过确定与所述时间差和至少一个预定阈值相关的至少一个条件是否被满足来计算所述V2X消息的注入时间。
当前V2X消息的所述注入时间能够是所述时段所限定的初始注入时间的仿射函数，该仿射函数具有等于1的导向系数和在正或负的原点处的纵坐标，所述纵坐标为与所述时间差和至少一个预定阈值相关的所述条件的函数。
根据特定方面，所述时段是基准时间值的倍数，并且在所述时间差大于或等于所述基准时间值的情况下将所述原点处的纵坐标设置为负值。
在所述时间差严格低于预定义的上限阈值的情况下将所述原点处的纵坐标设置为负值。
可替代地，在所述时间差严格高于预定义的上限阈值的情况下将所述原点处的纵坐标设置为正值。
所述原点处的纵坐标的值取决于V2X方法(201)的处理负荷。
特别地，所述原点处的纵坐标取决于用于执行所述方法的处理器的负荷。
在触发注入之后，同步或异步地收集V2X消息中生成的信息。
还提出了一种V2X装置，其被配置为与经由蜂窝通信网络连接到所述V2X装置的一个或多于一个接收V2X装置交换包括数据包的V2X消息，所述V2X装置包括：
-应用模块，其运行一个或多于一个V2X应用，所述应用模块能够生成与所述应用模块的一个或多于一个V2X应用相关联的V2X消息数据，
-分发接口，在其上放置由所述应用模块(202)的V2X应用在注入时间生成的V2X消息数据，
-V2X通信模块，其被配置为经由所述分发接口接收所述V2X消息数据，并且在发送时间通过使用无线电接入技术经由无线电链路将编码格式的所述V2X消息传输到所述至少一个接收V2X装置。
在一个实施例中，所述注入时间是基于由时间段限定的初始注入时间来确定的。有利地，所述V2X装置包括注入时间计算机，所述注入时间计算机被配置为基于所述初始注入时间和与所述V2X装置经由所述无线电链路发送的至少一个先前V2X消息相关的时间信息来计算V2X消息的所述注入时间，与消息相关的所述时间信息包括所述先前V2X消息的数据在所述分发接口上的注入时间以及V2X通信装置通过所述无线电链路发送所述先前V2X消息的时间。
在一个实施例中，所述注入时间计算机被配置为计算与所述先前V2X消息的发送时间相关的时间和先前消息的注入时间之间的时间差，并且通过确定与所述时间差和至少一个预定阈值相关的至少一个条件是否被满足来计算当前V2X消息的所述注入时间。
在一个实施例中，所述通信模块被配置为响应于向所述接收V2X装置发送V2X消息而向所述应用模块)发送通知，并且所述时间差所依赖的与所述先前V2X消息的发送时间相关的时间是所述通知的发送时间。
在一个实施例中，所述V2X通信模块的处理负荷取决于由定位系统发送的所述V2X装置的位置，并且所述装置实现同步机制以在相对于新V2X消息的所述初始注入时间限定的最佳时间从所述定位系统获得位置信息。
原点处的纵坐标的值可取决于V2X通信模块的处理负荷。
通信单元可以在包括至少一个处理器的计算机系统上实现，并且原点处的纵坐标可以取决于处理器的负荷。
因此，本发明的实施例允许减少通过分发接口传输消息的时间(注入时间)(生成时间)与V2X通信模块经由无线电链路在空中发送消息的实际时间之间的延迟。
附图说明
本发明的其它特征、细节和优点将在阅读参考附图给出的说明书时显现，所述附图以示例的方式给出并且分别表示：
[图1]图1表示可以实现本发明的操作环境的示例。
[图2]图2示出了经由通信网络彼此连接的两个ITS站之间的交换。
[图3]图3是根据一些实施例的ITS站的VXU通信单元的框图。
[图4]图4是根据本发明的实施例的表示用于在传输ITS站中发送V2X消息的处理时间的图。
[图5]图5是示出应用模块和通信模块之间的交互的框图。
[图6]图6是示出了根据示例性实施例的按时间在分发接口上注入消息数据和在空中发送V2X消息的序列的图。
[图7]图7是根据一些实施例的表示用于计算注入时间的方法的流程图。
[图8]图8示出了根据本发明的实施例的利用V2X装置和V2X消息发送方法获得的增益。
[图9]图9是示出了与现有技术相比通过应用根据本发明实施例的方法来减少延迟的图。
具体实施方式
图1表示根据一些实施例的智能输送系统ITS的操作环境100的示例，在操作环境100中可以使用ITS站(也称为ITS装置)。
ITS系统允许在传输ITS站(例如2A)和接收ITS站(例如2B)之间交换V2X消息。在本说明书中，ITS站也更一般地称为V2X装置。
两个ITS站2之间的V2X消息的传输可以借助于无线通信网络来完成。
环境100形成智能输送架构，其可用于通过使用连接的传输ITS站(例如2A)和接收ITS站(例如2B)之间的V2X无线通信来管理安全性并优化道路交通的效率。
一般参考2设计的ITS站可以是：
-一个运载工具设备2A或2B；
-一个行人设备2C，诸如行人所配备的移动装置；
-道路基础设施2D(也称为路边单元或RSU)；或
-应用服务器2E。
相同类型或不同类型的ITS站2可以经由符合3GPP的数据输送来彼此交换(发送或接收)V2X消息。根据彼此成对通信的ITS站的类型，V2X通信尤其可以是V2V、V2I或V2N通信：
-在V2V通信中，V2X通信发生在传输运载工具2A和接收运载工具2B之间，各个运载工具运行V2V应用；
-在V2I通信中，V2X通信发生在运载工具2B和道路基础设施2D(RSU)之间，这两个ITS站中的各个站使用V2I应用；道路基础设施2D支持用于通过使用V2I应用向运载工具2B发送数据和/或从运载工具2B接收数据的V2I服务；
-在V2N通信中，V2N通信发生在运载工具2B和V2X应用服务器2E之间，该V2X应用服务器2E经由蜂窝通信网络将V2X服务分发到接收ITS站2。
如图2所示，各个ITS站2配备有通信单元20(在下文中也称为“VXU单元”)，该通信单元20被配置为允许和其他ITS站通信与一个或多于一个V2X应用相关的V2X消息。
例如，运载工具2B(或2A)类型的各个ITS站可以使用其通信单元20来允许与一个或多于一个V2X应用相关的通信：
-在运载工具2B(或2A)和应用服务器2E之间的通信，该应用服务器2E将V2X服务分发到接收ITS站，或者
-借助于一个或多于一个自组织(ad hoc)无线电接入技术来在运载工具2B(或2A)和位于距离区域内的接收ITS站2之间交换与一个或多于一个V2X应用相关的V2X数据包，该距离区域对应于自组织无线电技术的最短距离。
无线电接入技术(RAT)对应于用于无线电通信网络的底层物理连接方法，诸如例如但不限于第三代、第四代或第五代(3G、4G、5G)的无线电接入技术、802.11p类型的自组织通信、PC5类型的自组织通信。
运载工具类型的ITS站可以配备有适用于与蜂窝网络4通信和/或适用于基于无线电接入技术与接收ITS站2通信的无线通信部件(传输和接收)。
ITS站2运行触发ITS站之间的V2X消息交换的一个或多于一个V2X应用。V2X应用可以链接到各种智能服务，并且使用ITS站借助于传感器和/或照相机获取的环境数据。
蜂窝通信网络4可以包括基站40和蜂窝核心网络41。通信网络4允许传输ITS站(例如，2emi)接入对应于V2X应用的V2X服务，并且经由无线电接入技术以经编码的V2X数据包的形式向接收ITS站(例如，2rec)发送V2X消息。接收ITS站接收由传输ITS站传输的V2X数据包，并解码所接收到的包。
运载工具类型(例如2A或2B)的ITS站2可以经由基站或站40和/或核心网络41从应用服务器2E接收数据。
运载工具类型(2A或2B)的传输ITS站2尤其可以使用应用服务器2E来将道路交通信息或安全信息或道路应用信息中继、多播或广播到运行与传输ITS站的V2X应用相对应的V2X应用的接收ITS站。
例如，运载工具2(例如2A)类型的传输ITS站可以同时(例如并行)向位于附近的若干个其它运载工具2B广播V2V消息，或者向单个道路基础设施2D广播V2I消息，或者向位于附近的配备有移动装置2C的所有行人装置广播V2P消息。
应用服务器2E可以是在网络上出现的任意类型的服务器(例如云服务器或分布式服务器)，其实现发送ITS站需要的信息的数据处理功能。
蜂窝通信网络4例如可以是LTE网络，基站是LTE网络的eNB节点。
本发明的实施例使得可以优化在处理V2X消息时的延迟，所述V2X消息由传输ITS站2emi的VXU通信单元借助于无线电接入技术通过无线电链路来发送并且由接收ITS站2rec借助于无线电接入技术通过无线电链路来接收。
图3表示根据本发明实施例的在ITS站中实现的VXU通信单元20。
在各个ITS站上使用VXU通信单元20来进行要发送的V2X消息的编码和接收到的V2X消息的解码。
VXU通信单元20可以连接到甚至并入ITS站的电子控制单元(UCE)50，该电子控制单元是控制ITS站2的物理装置的嵌入式计算机。
VXU通信单元20包括V2X通信模块201(V2X堆栈)，其提供到应用模块202(V2X层)的接口集。应用模块202被配置为运行一个或多于一个V2X应用，从而允许通过传输给定类型的V2X消息来将V2X服务递送到其他组件。V2X应用模块可以包括用于传输V2X对象或接收V2X事件的应用元件。
V2X通信模块201(V2X堆栈)与分发接口203通信以生成V2X消息数据。为了发送V2X消息，应用模块202的V2X应用经由分发接口203将V2X消息数据分发到V2X通信模块201的组件2012。应用模块202的V2X应用还可以通过使用合适的协议(例如CAN)从组件2012接收数据。因此，应用模块202被配置为经由分发接口203将V2X数据分发到组件2012，以允许发送与组件2012(例如，负责发送CAM类型的消息的CAM组件)相对应的V2X消息。因此，包含V2X信息的V2X消息可以周期性地或定期地传输到其他ITS站。
在一个实施例中，分发接口可以例如通过打开套接字来接入在V2X通信模块处注入的V2X消息数据。然后，通信模块201可以(例如，在套接字上)检索V2X消息数据并将V2X消息数据存储在其内部变量中以对V2X消息数据进行处理，以便发送V2X消息。通信模块202尤其可以存储与消息数据在分发接口203上的注入的时间相对应的V2X消息时间戳信息，并且可以更新消息数据中包括的所有字段的值(例如，ITS站的速度和/或位置)，以对字段进行编码并将其封装在将经由无线电接入技术2014通过无线电链路发送的下一个V2X消息中。
在下文中，在说明书中，V2X消息的注入将指代V2X消息数据在分发接口203上的注入。
ITS站的VXU通信单元20可以发送不同类型的V2X消息。各消息类型由V2X通信模块的对应组件2012负责。
例如，与道路交通相关的协作感知在于确保道路用户(诸如运载工具2A和2B或行人装置2C)和道路基础设施D各自被告知各个其他道路用户或基础设施的位置、动态和属性。道路用户的示例包括但不限于运载工具、摩托车、自行车或行人。道路基础设施的示例包括但不限于交通标志、交通灯、平交路口障碍物、桥梁等。为了确保这样的相互感知，定期交换信息。该协作感知信息被封装在由各个ITS站周期性传输的称为CAM(协作感知消息)的特定V2X消息中。
各个CAM消息包括其时间戳信息，该时间戳信息对应于消息在分发接口203上的注入时间。
ITS站可以传输被加了时间戳的其他V2X消息，诸如：
-称为DENM(分散式环境通知消息的首字母缩写)的消息。DENM消息用于传输与特殊事件或情形相关的信息(诸如，例如指示道路施工、交通堵塞等的警告)；
-用于传输地理数据的MAP消息；MAP消息使得可以编码和传输道路交叉口的地理配置；
-SPAT(信号相位和定时的首字母缩写)消息；SPAT消息对交通灯信号的相位和时间信息进行编码。所述消息包括与MAP消息的标识符的信号和基准有关的信息，以将所述相位和时间信息分配给特定通道；
-由ITS站传输的IVI消息，包括运载工具信息(IVI：运载工具信息消息的首字母缩写)；传输这样的消息以传输与运载工具外部的信息相关的数据，诸如，例如位于靠近运载工具附近的道路的交通信号；
-CPM(协同感知消息的首字母缩写)消息，包含来自运载工具类型的ITS站所配备的传感器的原始数据和经处理的数据。
在现有实施例中，V2X应用可以通过使用特定协议(例如，使用CAN数据总线)来仅异步地从其他组件获得数据，并且必须在先不知道将发送下一个V2X消息的时间的情况下将这些数据递送到V2X层的分发接口203。
由应用生成的V2X消息数据与由例如根据ETSI EN 102894-2标准的时间段限定的注入时间(下文称为初始注入时间)相关联。在现有的解决方案中，消息数据在由时间段限定的初始注入时间注入在分发接口203上。
本发明的实施例有利地提供了ITS站，该ITS站能够在注入时间计算机6所计算出的优化注入时间在分发接口上注入消息数据。
注入时间计算机6有利地被配置为基于由时段限定的初始注入时间以及与ITS站之前经由无线电链路发送的至少一个V2X消息相关的时间信息来计算注入时间tinj，与先前消息相关的时间信息包括先前V2X消息的数据在分发接口上的注入时间以及V2X通信装置通过无线电链路发送先前V2X消息的时间，这使得可以减少ITS站的延迟。
在下文中，将参考使用仅与先前消息相关的时间信息的注入时间计算机6给出作为非限制性示例的说明。本领域技术人员将容易理解，通过使用滑动窗口，本发明同样适用于使用与多个先前消息相关的时间信息的注入时间计算机6。
因此，无论所发送的消息的类型如何，ITS站2的VXU单元20都可以生成包括最近时间信息的V2X消息。
尽管本发明的实施例适用于任意类型的V2X消息(诸如CAM、DENM、SPAT等消息)，但是作为非限制性说明性示例，将主要参考CAM类型的消息来做出本发明的实施例的以下说明。
图4表示从传输ITS站向接收ITS站发送CAM类型的V2X消息的示例。
如图4所示，从传输ITS站2em向接收ITS站2rec发送V2X消息包括：
-由传输ITS站2em在时间Tenc期间对V2X消息进行编码；
-在时间TRAT期间经由无线电接入技术2014传输V2X消息；
-由V2X接收站2rec在时间Tdec期间对V2X消息的解码。
无线电接入技术对V2X消息的传输时间TRAT包括每个无线电信道的接入和消息的传输的时间。
不能压缩传输时间TRAT。事实上，不能容易地估计传输时间TRAT，因为传输时间TRAT取决于在时间T使用的频带中传输的消息的数量。
根据本发明的实施例，ITS站2的VXU通信单元20被配置为通过使用计算出的注入时间Tinj(下文中也称为生成时间)来对要在V2X网络中发送的各个V2X消息加时间戳，以减少延迟。
与旨在从传输ITS站2em发送到一个或多于一个接收ITS站2rec的V2X消息相关联的时间戳信息(注入时间)对应于时间Tinj，该时间Tinj对应于将V2X消息放置在分发接口2010上。
本发明的实施例有利地使得可以使注入时间和通过空中接口实际发送V2X消息之间的时间差最小化，并因此使与消息传输相链接的延迟最小化。
根据本发明实施例的VXU通信单元20有利地被配置为通过使用与之前发送的V2X消息相关的信息，来减小消息的生成时间Tinj与通过使用无线电接入技术将该消息发送到接收ITS站2R的实际时间之间的差。
ITS站2被配置为例如周期性地在不同的连续发送时间发送V2X消息。
如图3所示，VXU单元20的应用模块202可以包括注入时间计算机6，其被配置为基于与ITS站之前在在先时间发送的V2X消息Mi-l相关的一个或多于一个参数，调整由时间段限定的要发送的V2X消息Mi(当前消息)的初始注入时间。然后V2X消息可以由V2X通信模块201的无线电接入层2014通过无线电链路来发送。
在一个实施例中，注入时间计算机6可被配置为计算与先前V2X消息的发送时间相关的时间和先前消息的注入时间之间的时间差injectionDelayMs，并且通过确定是否满足与时间差injectionDelayMs和至少一个预定义阈值相关的至少一个阈值条件来计算新V2X消息的注入时间。因此，该计算使得可以在Tinj上建立伺服控制回路。
特别地，V2X消息Mi的注入时间tinj_i可以是由时间段限定的初始注入时间tinj_init_i的仿射函数tinj_i＝f(tinj_init_i)，函数f()具有等于1的导向系数以及原点处的正或负的纵坐标N，其作为与时间差injectionDelayMs和一个或多于一个预定义阈值相关的阈值条件的函数：
tinj_i＝tinj_init_i+N
在实施例中，限定初始注入时间的时段是基准时间值(例如在CAM类型的消息的情况下为100ms)的倍数，该基准时间值尤其可以表示计算机的计算时间间隔或功能块的调用时间间隔。在这样的实施例中，可以在测试阈值条件之前事先检查差InjectionDelayMs是否大于或等于基准时间值(初步条件)。如果满足初步条件，则可以在时间TIME_REMOVING_STACK_MISSED_MS(例如5ms)触发下一次注入以推进下一次注入。
如果不满足初步条件，则可以测试阈值条件。
特别地，如果差InjectionDelayMs严格低于预定义的最小阈值DELTA_INJECTION_TIME_MIN_MS(第一阈值条件)，则可以将参数N设置为负值。因此，下一V2X消息的注入可以相对于初始注入时间提前(例如提前2ms)。
如果不满足第一阈值条件，则如果差InjectionDelayMs严格高于预定义的上限阈值DELTA_INJECTION_TIME_MAX_MS(第二阈值条件)，则可以将参数N设置为正值。因此，下一消息的注入可以相对于初始注入时间延迟(例如延迟2ms)。
在一个实施例中，参数N(根据阈值条件添加或减去的时间)可以取决于V2X通信模块201的处理负荷(通信模块编码消息所花费的时间)。
通信单元20可以在包括至少一个处理器的计算机系统上实现。在实施例中，然后参数N(根据阈值条件添加或减去的时间)也可以取决于处理器的处理负荷(例如，CPU负荷)或作为处理器的处理负荷的变体。
在一个实施例中，当ITS站2的VXU通信单元20通过使用无线电接入技术2014经由无线电链路发送V2X消息时，负责发送消息的V2X应用202可以接收以下通知：(由ITS站向接收站发送的)消息的有效发送以及与通过无线电链路发送的消息相对应的发送时间。
在这样的实施例中，差InjectionDelayMs所依赖的与先前V2X消息Mi-1的发送时间相关的时间是应用模块202接收与先前消息的发送相关的通知的时间tnotif。因此，通过将作为Mi-1的先前消息的实际注入时间表示为tinj_(i-1)：
InjectionDelayMs＝tNotif–tinj_(i-1)
因此，注入时间计算机6可以从由时间段限定的初始注入时间之前的时间N开始调整分发接口2010上的下一个消息的注入时间Tinj。在一个实施例中，时间N可以是N毫秒。
该图是表示根据一些实施例的应用模块202和V2X通信模块201之间的交互的框图。
应用模块202可以包括注入同步管理器2026，其被配置为在发送由V2X通信模块201通知的各个V2X消息之后调整时间，以便避免时间偏移。
应用模块202还可以包括V2X消息注入器2024，其被配置为在计算出的注入时间Tinj在分发接口2010上注入V2X消息数据。
在实施例中，应用模块202还可以包括参数更新模块2025，其被配置为从ITS站2接收离散信号并更新离散信号。例如，在运载工具类型的ITS站中，这样的离散信号可以包括来自传感器的信号(传感器数据)或从诸如GNSS系统70等的定位系统接收到的定位信号(位置数据)。这样的离散信号可以按时间定期发送，并且可以在更新时存储。在可以查询GNSS信号的实施例中，可以在消息注入器2024已经决定触发新的V2X消息注入之后进行信号的查询以使通过这样的询问获得的信息尽可能准确。
因此，V2X消息注入器2024可以通过使用由更新模块2024更新的参数，在V2X通信模块201的分发接口2020上在计算出的注入时间注入V2X消息数据。
因此，V2X通信模块可以接入V2X消息数据以准备发送对应类型的V2X消息。数据由消息编码器2015编码。还可以应用Geonet编码器2016，例如Geonet编码器2016对Geonet3GPP报头进行编码并将其添加到消息中。然后，接入层2018通过使用无线电接入技术在空中发送经编码的消息。
图6是示出V2X站连续发送V2X消息的示例的时间图，其中两个消息的发送之间的时间段随时间变化。消息在tinj处注入，在tenc处编码并在tenv处发送。从图6中可以看出，消息的两个连续发送之间的时间段首先很长，然后随着时间的推移更短。时间段的这样的趋势可能是由于运载工具速度的增大迫使通信模块每秒编码更多消息而引起的。
在初始注入时间由(例如由ETSI标准化标准设置的)时段限定的实施例中，该时段可以是基准时间值的倍数，并且处于基准时间值和最大时段阈值之间。基准值尤其可以以毫秒(ms)限定，而最大时段阈值可以是几秒的量级。例如，对于CAM类型的V2X消息，当前由ETSI标准设置的基准值等于100ms并且最大阈值等于1s：因此，根据ETSI标准，CAM消息发送时段是100ms的倍数并且处于100ms和1s之间。
在实施例中，可以基于关于ITS站的状态变化(诸如，例如ITS站的位置或速度，或者甚至可通过ITS站2的分散式拥塞控制器DCC确定的无线电信道的负荷)的信息来确定消息的生成(V2X消息注入)的频率。
在一个实施例中，消息注入器2024可以根据例如等于基准时间值(例如100ms)的最小时段，通过更新模块2025来触发ITS站参数的更新。因此，V2X消息注入器2024能够始终在正确的时间供给ITS站参数。
作为变型，消息注入器2024可以基于确定的ITS站参数来计算下一V2X消息的发送时间tenv，以便使分发接口203的负荷最小化。
在现有技术中，V2X消息的注入在消息处理窗口中随机发生，使得注入时间tinj可以比空中链路上消息的有效发送时间tenv早得多，并且生成显著的延迟。相反，如图6所示，本发明的实施例使得可以使由ITS站2的接入层2018发送消息的有效时间tenv与注入时间计算机6所计算出的由注入器2024在分发接口203上注入消息的时间tinj之间的差最小化，这使得可以减少现有技术的延迟。
实际上，除了连续更新它们之外，在注入时精确地更新所有ITS站2参数可能是困难的。然而，一些参数可能是重要的，诸如存储在存储器中的ITS站的纬度和/或经度位置参数，这些参数可以由更新模块2025更新。为了优化由注入器2024发送到通信模块201的数据的准确性，本发明的实施例使得可以在注入消息时将存储在存储器中的ITS站位置参数与ITS站的有效位置匹配，以防止接收ITS站在接收V2X消息时不被通知危险情况。ITS站位置信息(包括ITS站位置的纬度和/或经度)通常由GNSS系统70提供，GNSS系统70以GPS数据的形式递送位置信息。然而，这样的GNSS系统确实根据给定时段(例如每X毫秒，X大于阈值(例如等于100ms))提供位置信息。
为了获得注入器2024的准确度方面的这样的改进，同步管理器2026还可以被配置为实现同步机制，该同步机制能够尤其是连续地收集在注入器2024计算注入时间时最新(也就是说，对应于ITS站的实际位置)的ITS站2位置信息。
在这样的实施例中，同步管理器2026可以保证负责从GNSS系统检索位置信息(GPS信息)的GPS组件(GPS守护进程)与定期进行的注入时间的计算同步。特别地，可以通过查询GPS组件或通过在正确的时刻开始报告周期来进行该同步(即，以便不使最佳注入时间Tinj延迟)，也就是说，以便不使最佳注入时间延迟。
图7是表示根据实施例的用于确定ITS站的V2X应用注入V2X消息数据的时间的方法的流程图。
当应用模块202从通信模块201接收与通过空中发送的先前消息Mi-1相关联的通知时，在步骤700中计算应用模块202接收到通知的时间TNotif与ITS站之前经由无线电链路发送的消息Mi-1的注入时间Tinj_(i-1)之间的差InjectionDelayMs：
InjectionDelayMs＝tNotif–tinj_(i-1)
认为注入具有由等于基准时间值的时段(例如针对CAM消息为100ms)限定的最小周期CHECK_PERIOD_MS。因此，最小周期(或最小时段)CHECK_PERIOD_MS对应于在发送两个V2X消息之间必须观察到的最小时段。
如果应用模块202在太接近由通信模块201通过空中发送的V2X消息的发送时间的注入时间注入消息数据，也就是说差InjectionDelayMs小于基准时间值(最小时段)，则V2X通信模块201实际上必须使用之前接收到的注入数据和参数，并且因为通信模块没有时间来处理当前注入，所以这些注入数据和参数是过时的。然后校正注入时间以使其朝向基准时间值收敛。
因此，在步骤702中，如果接收通知的时间TNotif和消息的注入时间Tinj之间的延迟InjectionDelayMs大于或等于基准时间值(例如100ms)，则确定为满足初步条件：
injectionDelayMs>＝CHECK_PERIOD_MS (1)
如果初步条件(1)成立，则超过了针对所考虑的V2X消息类型限定的最小发送时间。
然后在步骤703中，在限定的初始注入时间tinj_init之前预定义值N(例如几毫秒的量级)的时间TIME_REMOVING_STACK_MISSED_MS激活V2X应用。在这样的实施例中，尚未正确地进行注入，并且为了补偿该注入失败，较早地唤醒应用，V2X消息数据的新注入因此比初始限定的注入时间tinj_init更早地进行。
否则，如果条件(1)不成立，则在步骤704(最小阈值条件)中，确定差InjectionDelayMs是否严格低于下限阈值DELTA_INJECTION_TIME_MIN_MS：
injectionDelayMs<DELTA_INJECTION_TIME_MIN_MS (2)
如果最小阈值条件(2)成立，则先前注入对应于令人满意但保持低于最佳阈值的延迟。然后在步骤706中，确定下一消息的注入时间，以使注入时间和消息的实际发送时间之间的差InjectionDelayMs朝向最佳值收敛，最佳值可能最接近0，并且取决于CPU(尤其是其负荷、其计算能力等)。在一个实施例中，可以通过将N选择为负，通过由负责发送所考虑类型的消息的V2X应用相对于初始注入时间tinj-init更早地激活消息数据的注入来进行步骤706(注入可以例如提前2ms)。
在给定时间激活消息的注入的函数f()可以对应于应用模块202的V2X应用的唤醒函数，该应用在每次触发唤醒时激活V2X消息数据的注入。因此，在步骤706中，可以更早地唤醒应用。
在步骤708中，如果不满足最小阈值条件(2)，则可以确定差InjectionDelayMs是否严格高于上限阈值DELTA_INJECTION_TIME_MAX_MS(上限阈值条件)：
injectionDelayMs>DELTA_INJECTION_TIME_MAX_MS (3)
如果最大阈值条件(3)成立，则先前注入在先前消息的发送和先前消息的注入时间之间生成过度的延迟。然后在步骤710中，确定下一消息的注入时间，以使注入时间和消息的实际发送时间之间的差InjectionDelayMs重新朝向最佳值收敛。最佳值可以是尽可能接近0的值。最佳值尤其可以取决于CPU处理器。例如，最佳值可以等于20ms，或者优选地等于10ms。在一个实施例中，通过将N选择为正(N可以例如等于2ms)，稍后可以通过由负责发送所考虑类型的V2X消息的V2X应用激活消息数据的注入来进行步骤710。
例如，在步骤710中，可以稍后在下一消息注入时唤醒应用模块202的应用。
否则，如果没有满足条件(1)到(3)，则由差injectionDelayMs表示的延迟处于下限阈值(DELTA_INJECTION_TIME_MIN_MS)和上限阈值DELTA_INJECTION_TIME_MAX_MS之间，并且因此是令人满意的。然后在步骤712中，不调整注入时间，并且可以在默认定义的时间唤醒应用。
作为变型，步骤704和708的条件(2)和(3)可以通过将差injectionDelayMs的绝对值与单个阈值进行比较并且通过基于比较结果进行步骤706或710而被单个条件代替。
因此，本发明的实施例使得可以减少在接收ITS站侧的V2X消息处理延迟，从而保证在接收ITS站处的更好的响应性，并且有利于实现延迟必须低于特定阈值的应用或用例。
图8示出了表示根据本发明的实施例获得的增益的两个图。
第一个图线8A示出了根据本发明的实施例的消息在分发接口203上的注入时间tinj和消息经由无线电链路的实际发送时间tenv。
第二个图线8B示出了根据现有技术的消息通过分发接口203的注入时间tinj和消息经由无线电链路的实际发送时间tenv。
如第一个图线8A所示，根据本发明的实施例，在经由无线电链路通过V2X模块201的接入层2018实际发送先前消息之后，根据与先前消息相关联的参数来计算当前V2X消息的注入时间Tinj。如图8线A所示，随机计算第一V2X消息的注入时间，但是基于与之前发送的消息相关联的参数来优化下一注入时间。消息的编码由V2X通信模块201在注入之后进行。因此，虽然第一消息的注入时间可能远离消息经由无线电链路的实际发送，但是注入时间与随后消息的发送时间之间的差被最小化。因此，在消息的注入与其发送之间具有显著的时间差的情况下，注入频率可以是可变的。
相反，在现有技术的实施例中，在第一消息的注入之后的消息的注入时间是随机的，如图线7B所示。因此，消息的注入时间tinj与消息经由无线电链路的发送时间tenv之间的差可能是显著的并且强烈地影响延迟。
图9示出了表示通过ITS站从传输ITS站接收CAM类型的消息所捕获的延迟的三个曲线。
前两个曲线9A和9B表示根据现有技术的根据两个不同无线电接入技术(PC5和802.11p)发送V2X消息的两个ITS站的延迟。最后的曲线9C表示针对使用两个无线电接入技术PC5和802.11p的ITS站，根据本发明的实施例的通过计算注入时间获得的延迟的减少。
如曲线9A所示，现有技术的ITS站的延迟大于500ms。这样的延迟是由于消息在分发接口2010上的注入时间通常是随机的。
延迟对应于每个无线电信道的接入时间和消息的传输时间。
因此，本发明的实施例提供了ITS站，无论ITS站的速度和CAM消息的发送周期如何，该ITS站的延迟都低于由基准时间值(例如针对CAM类型的消息为100ms)限定的消息的最小时段。
本领域技术人员将理解，根据本发明实施例的系统或子系统可以通过硬件、软件或硬件和软件的组合以各种方式实现，尤其是以可以以各种形式的程序产品的形式分布的程序代码的形式实现。特别地，可以使用计算机可读介质来分发程序代码，该计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质和通信介质。本说明书中描述的方法尤其可以以计算机程序指令的形式实现，该计算机程序指令可以由计算机计算装置中的一个或多于一个处理器执行。这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读介质中。
此外，本发明不限于以上通过非限制性实施例描述的实施方案。其涵盖本领域技术人员将能够设想的所有变型实施例。特别地，本领域技术人员将理解，本发明不限于特定类型的ITS站，并且通常适用于能够根据V2X协议与其他装置交换V2X消息的任意装置(例如，任意运载工具，诸如汽车、卡车、摩托车、公共汽车、骑车者或行人的用户装置)。此外，本发明不限于特定的物理接入层，并且通常适用于任意无线电接入技术(例如802.11p、C-V2X、5G等)。此外，本发明不限于特定类型的V2X消息。
Claims (13)
1.一种在V2X装置(2)中实现的方法，用于与经由蜂窝通信网络(4)连接的一个或多于一个接收V2X装置交换包括数据包的V2X消息，所述方法包括以下步骤：
运行一个或多于一个V2X应用，运行V2X应用包括生成与所述V2X应用相关联的V2X消息数据，
在注入时间，通过分发接口(203)传输所述V2X消息数据，以及
在发送时间，通过使用无线电接入技术，经由无线电链路将所述V2X消息传输到所述至少一个接收V2X装置，其中，所述V2X消息为基于通过所述分发接口(203)检索的消息数据而编码的格式，
其特征在于，所述注入时间(tinj)是基于由预定义时段限定的初始注入时间来确定的，并且所述方法包括以下步骤：基于所述初始注入时间和与所述V2X装置经由所述无线电链路发送的至少一个先前V2X消息相关的时间信息来计算当前消息的所述注入时间，其中，与先前消息相关的所述时间信息包括所述先前消息在所述分发接口上的注入时间以及V2X通信装置经由所述无线电链路发送所述先前V2X消息的时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述注入时间的步骤包括计算与所述先前V2X消息的发送时间相关的时间和所述先前消息的注入时间之间的时间差，通过确定与所述时间差和至少一个预定阈值相关的至少一个条件是否被满足来计算所述V2X消息的注入时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当前V2X消息的所述注入时间是所述时段所限定的初始注入时间的仿射函数，该仿射函数具有等于1的导向系数和在正或负的原点处的纵坐标，所述纵坐标为与所述时间差和至少一个预定阈值相关的所述条件的函数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述时段是基准时间值的倍数，并且在所述时间差大于或等于所述基准时间值的情况下将所述原点处的纵坐标设置为负值。
5.根据权利要求3和4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述时间差严格低于预定义的上限阈值的情况下将所述原点处的纵坐标设置为负值。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述时间差严格高于预定义的上限阈值的情况下将所述原点处的纵坐标设置为正值。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述原点处的纵坐标的值取决于V2X方法(201)的处理负荷。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述原点处的纵坐标取决于用于执行所述方法的处理器的负荷。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其特征在于，在触发注入之后，同步或异步地收集V2X消息中生成的信息。
10.一种V2X装置(2)，其被配置为与经由蜂窝通信网络连接到所述V2X装置的一个或多于一个接收V2X装置交换包括数据包的V2X消息，所述V2X装置包括：
应用模块(202)，其运行一个或多于一个V2X应用，所述应用模块能够生成与所述应用模块的一个或多于一个V2X应用相关联的V2X消息数据，
分发接口(203)，在其上放置由所述应用模块(202)的V2X应用在注入时间生成的V2X消息数据，
V2X通信模块(201)，其被配置为经由所述分发接口(203)接收所述V2X消息数据，并且在发送时间(tenv)，通过使用无线电接入技术经由无线电链路将编码格式的所述V2X消息传输到所述至少一个接收V2X装置，
其特征在于，所述注入时间(tinj)是基于由时间段限定的初始注入时间来确定的，并且所述V2X装置包括注入时间计算机(6)，所述注入时间计算机被配置为基于所述初始注入时间和与所述V2X装置经由所述无线电链路发送的至少一个先前V2X消息相关的时间信息来计算V2X消息的所述注入时间(tinj)，与消息相关的所述时间信息包括所述先前V2X消息的数据在所述分发接口(203)上的注入时间以及V2X通信装置通过所述无线电链路发送所述先前V2X消息的时间。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述注入时间计算机(6)被配置为计算与所述先前V2X消息的发送时间相关的时间和先前消息的注入时间之间的时间差，并且通过确定与所述时间差和至少一个预定阈值相关的至少一个条件是否被满足来计算当前V2X消息的所述注入时间。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的装置，其特征在于，所述通信模块(201)被配置为响应于向所述接收V2X装置发送V2X消息而向所述应用模块(202)发送通知，并且所述时间差所依赖的与所述先前V2X消息的发送时间相关的时间是所述通知的发送时间。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述V2X通信模块(201)的处理负荷取决于由定位系统发送的所述V2X装置的位置，并且所述装置实现同步机制以在相对于新V2X消息的所述初始注入时间限定的最佳时间从所述定位系统获得位置信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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