DE102019123482A1

DE102019123482A1 - Robuste visual light communication zur fahrzeug-zu-fahrzeug-kommunikation

Info

Publication number: DE102019123482A1
Application number: DE102019123482.4A
Authority: DE
Inventors: Grant Inskeep; David Michael Herman
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2020-03-05
Also published as: US10567079B1; US20200076504A1; CN110875776A

Abstract

Dies Offenbarung stellt robuste Visual Light Communication zur Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation bereit. Es sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur robusten Visual Light Communication zur Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation offenbart. Ein beispielhaftes Fahrzeug beinhaltet eine Visual-Light-Communication-(VLC-)Übertragungsvorrichtung, eine VLC-Kommunikationsempfangsvorrichtung und ein VLC-Modul. Das VLC-Modul sendet eine erste Handshake-Nachricht, die Eigenschaften der VLC-Übertragungsvorrichtung und der VLC-Empfangsvorrichtung beinhaltet, unter Verwendung einer ersten Ebene der Fehlerkorrektur. Das VLC-Modul stellt außerdem Übertragungsparameter auf Grundlage einer zweiten empfangenen Handshake-Nachricht ein. Des Weiteren überträgt das VLC-Modul Daten unter Verwendung einer zweiten Ebene der Fehlerkorrektur.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Fahrzeugkommunikationssysteme und insbesondere robuste Visual Light Communication zur Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge verwenden zunehmend Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, um Sicherheitsinformationen auszutauschen und Bewegung zu koordinieren. Visual Light Communication (VLC) ist eine Technik, die Fahrzeuge zum Kommunizieren verwenden können. VLC-Übertragungsvorrichtungen verwenden Leuchtdioden (light emitting diodes - LEDs), um Datenpakete durch Modulieren der LED zu übertragen. VLC-Empfangsvorrichtungen können einen CMOS-Sensor mit einem Rollverschlussmechanismus verwenden. Dies führt zu einem temporären Aliasing, bei dem die Säule oder Reihe von Pixeln in dem Bild Artefakte in sich schnell bewegenden Objekten oder sich schnell ändernden Lichtpegeln während der Bildaufnahme aufzeichnet. Auf eine derartige Weise decodieren die VLC-Empfangsvorrichtungen das Licht von der LED in binäre Daten.
KURZDARSTELLUNG
Die beigefügten Patentansprüche definieren diese Anmeldung. Die vorliegende Offenbarung fasst Aspekte der Ausführungsformen zusammen und sollte nicht zum Einschränken der Patentansprüche verwendet werden. Andere Umsetzungen werden gemäß den hierin beschriebenen Techniken in Betracht gezogen, wie für den Durchschnittsfachmann bei der Durchsicht der folgenden Zeichnungen und detaillierten Beschreibung ersichtlich wird, und diese Umsetzungen sollen innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung liegen.
Es sind beispielhafte Ausführungsformen zur robusten Visual Light Communication zur Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation offenbart. Ein beispielhaftes Fahrzeug beinhaltet eine Visual-Light-Communication-(VLC-)Übertragungsvorrichtung, eine VLC-Kommunikationsempfangsvorrichtung und ein VLC-Modul. Das VLC-Modul sendet eine erste Handshake-Nachricht, die Eigenschaften der VLC-Übertragungsvorrichtung und der VLC-Empfangsvorrichtung beinhaltet, unter Verwendung einer ersten Ebene der Fehlerkorrektur. Das VLC-Modul stellt außerdem Übertragungsparameter auf Grundlage einer zweiten empfangenen Handshake-Nachricht ein. Des Weiteren überträgt das VLC-Modul Daten unter Verwendung einer zweiten Ebene der Fehlerkorrektur.
Ein beispielhaftes Verfahren beinhaltet Senden einer ersten Handshake-Nachricht, die Eigenschaften einer VLC-Übertragungsvorrichtung und der VLC-Empfangsvorrichtung beinhaltet, über die VLC-Übertragungsvorrichtung unter Verwendung einer ersten Ebene der Fehlerkorrektur. Das Verfahren beinhaltet außerdem Einstellen von Übertragungsparametern auf Grundlage einer zweiten empfangenen Handshake-Nachricht durch ein VLC-Modul. Des Weiteren beinhaltet das beispielhafte Verfahren Übertragen von Daten unter Verwendung einer zweiten Ebene der Fehlerkorrektur über die VLC-Übertragungsvorrichtung.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis der Erfindung kann auf Ausführungsformen Bezug genommen werden, die in den folgenden Zeichnungen gezeigt sind. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht zwingend maßstabsgetreu und zugehörige Elemente können weggelassen sein oder in einigen Fällen können Proportionen vergrößert dargestellt sein, um so die hierin beschriebenen neuartigen Merkmale hervorzuheben und eindeutig zu veranschaulichen. Des Weiteren können Systemkomponenten verschiedenartig angeordnet sein, wie im Stand der Technik bekannt. Ferner sind in den Zeichnungen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

1 veranschaulicht ein Übertragungsfahrzeug und ein Empfangsfahrzeug, die gemäß den Lehren dieser Offenbarung betrieben werden.
2 stellt eine Handshake-Nachricht dar, die zwischen dem Übertragungsfahrzeug und dem Empfangsfahrzeug aus 1 kommuniziert wird.
3 ist ein Blockdiagramm von elektronischen Komponenten des Übertragungsfahrzeugs und elektronischen Komponenten des Empfangsfahrzeugs.
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Aufbauen einer robusten Kommunikation zur Visual Light Communication, die durch die elektronischen Komponenten aus 3 umgesetzt werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wenngleich die Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt sein kann, sind in den Zeichnungen einige beispielhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen gezeigt und nachfolgend beschrieben, wobei es sich versteht, dass die vorliegende Offenbarung als eine Erläuterung der Erfindung anhand von Beispielen anzusehen ist und damit nicht beabsichtigt wird, die Erfindung auf die konkreten veranschaulichten Ausführungsformen zu beschränken.
Fahrzeuge, die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation umsetzen, können diese unter Verwendung von Visual Light Communication (VLC) umsetzen. VLC verwendet Änderungen eines Lichts (z. B. ein/aus, helle Farbe und/oder Lichtintensität), das durch eine Lichtquelle (wie etwa eine LED) übertragen wird, um Datenpakete zu übertragen. Eine VLC-Übertragungsvorrichtung moduliert das Licht. Eine VLC-Empfangsvorrichtung verwendet einen Bildsensor, wie etwa eine Kamera mit einem CMOS-Sensor oder einer Photodiode, und einen Rollverschluss, um das modulierende Lichtsignal in eine serielle Reihe von binären Zahlen zu decodieren, die durch eine Schaltung weiterverarbeitet werden kann. Die Kameras, die verwendet werden, um die VLC-Daten aufzuzeichnen, weisen jedoch unterschiedliche Merkmale auf, einschließlich Zeitabständen zwischen den Frames, einer dynamischen Reichweite und einer Farbempfindlichkeit.
Der Zeitabstand zwischen den Frames kann ein entscheidendes Ausmaß an Datenverlust hervorrufen. Bei Frames handelt es sich um eine Anzahl von Pixeln, die der CMOS-Sensor abbilden kann, bevor Frame-Daten zurückgesetzt und übertragen werden. Beispielsweise kann der CMOS-Sensor eine Breite von 256 Pixeln aufweisen. In einem solchen Beispiel wird das Bild verarbeitet und der Frame zurückgesetzt, wenn die Datenmenge von 256 Pixeln aufgezeichnet wurde (die verwendet werden kann, um mehr als 256 Bits an Daten zu übertragen, wenn eine Farb- und Intensitätsmodulation verwendet werden). Bei dem Zeitabstand zwischen den Frames handelt es sich um die Zeit dazwischen, wenn ein Frame gefüllt ist und der nächste Frame bereit zur Datenaufzeichnung ist. Beispielsweise kann eine Kamera einen Zeitabstand zwischen den Frames von 25 Millisekunden (ms) aufweisen und kann eine andere Kamera einen Zeitabstand zwischen den Frames von 50 ms aufweisen. Während des Zeitabstands zwischen den Frames kann der CMOS-Sensor keine Daten aufzeichnen, was bedeutet, dass die durch die VLC-Übertragungsvorrichtung gesendeten Daten verlorengehen. Herkömmlicherweise überträgt die Übertragungsvorrichtung jeden Frame mehrmals (z. B. dreimal), um diesem Verlust entgegenzuwirken. Des Weiteren können die Frames einen Fehlererfassungscode (wie etwa eine zyklische Redundanzprüfung (cyclic redundancy check - CRC)) beinhalten, der verwendet wird, um zu erfassen, wenn Daten verloren gehen und die verlorenen Daten zu rekonstruieren (gelegentlich als Fehlerkorrektur bezeichnet). Dies wirkt sich entscheidend auf Datenübertragungsraten aus.
Als ein weiteres Beispiel weisen CMOS-Sensoren variierende Farbempfindlichkeiten und dynamische Reichweiten auf, was sich auf die Fähigkeit einer Übertragungsvorrichtung, (z. B. durch Intensitätsmodulation, Farbmodulation usw.) zusätzliche Daten in eine Übertragung zu codieren, auswirken kann. Folglich muss das VLC-System unter Umständen mehrere Kamerasysteme mit variierender Farberfassungstreue unterstützen, wodurch die maximalen Farbkanäle/-intensitäten beschränkt werden, die durch die Übertragungsvorrichtung codiert werden.
Wie nachfolgend beschrieben, kommunizieren die VLC-Systeme eines Übertragungs- und eines Empfangsfahrzeugs in zwei Phasen. In einer ersten Phase tauschen das Übertragungs- und das Empfangsfahrzeug Handshake-Nachrichten unter Verwendung einer ersten Ebene der Fehlerkorrektur aus. In den Handshake-Nachrichten tauschen die Fahrzeuge Merkmale mit ihrer entsprechenden Übertragungsvorrichtung und Empfangsvorrichtung aus. Die erste Ebene der Fehlerkorrektur beinhaltet redundante Fehlererfassungscodes und verwendet verschiedene Techniken (z. B. mehrmaliges Senden von Frames, verschachtelte Hamming-Codes, Konstantleistungs-4-PAM, lineare Zufallscodierung usw.), um eine fehlertolerante Kommunikation der Handshake-Nachrichten zu vereinfachen. Nach dem Austauschen der Handshake-Nachrichten ändern das Übertragungs- und Empfangsfahrzeug ihre Betriebsparameter gemäß einem Satz von geteilten Regeln auf Grundlage der Merkmale von sowohl dem VLC-System des sendenden als auch des empfangenden Fahrzeugs und der Merkmale der Beleuchtungsumgebung. Diese Regeln veranlassen das VLC-System des Übertragungsfahrzeugs dazu, konfiguriert zu werden, um Merkmale des Empfangs-VLC-Systems zu tolerieren. Beispielsweise können die Regeln beide der VLC-Systeme dazu veranlassen, den Zeitabstand zwischen den Frames des VLC-Systems mit dem längsten Zeitabstand zwischen den Frames zu verwenden. In einer zweiten Phase tauschen das Übertragungs- und das Empfangsfahrzeug Daten (z. B. Sicherheitsnachrichten, Koordinaten, Geschwindigkeitsregelungsinformationen usw.) unter Verwendung einer zweiten Ebene der Fehlerkorrektur aus. Die zweite Ebene der Fehlerkorrektur verwendet Techniken, die weniger bandbreitenintensiv sind als die erste Ebene der Fehlerkorrektur. Beispielsweise kann die erste Ebene der Fehlerkorrektur einen CRC-Code verwenden und kann die zweite Ebene der Fehlerkorrektur ein Paritätsbit verwenden. Als ein weiteres Beispiel kann die erste Ebene der Fehlerkorrektur unter Verwendung eines verschachtelten Hamming-Codierungsschemas drei Kopien der Daten übertragen, um die Daten zu codieren, und kann die zweite Ebene der Fehlerkorrektur zwei Kopien der Daten ohne eine Fehlerkorrekturcodierung übertragen.
1 veranschaulicht ein erstes Fahrzeug 100 und ein zweites Fahrzeug 102, die gemäß den Lehren dieser Offenbarung betrieben werden. Wie hierin verwendet, wird eines der Fahrzeuge 100 und 102 als das Übertragungsfahrzeug bezeichnet, wenn es Visual Light Communication (VLC) verwendet, um eine Zustandsnachricht (z. B. Sicherheitsnachrichten, Koordinatennachrichten usw.) zu übermitteln (z. B. das Fahrzeug, das sich vor einem weiteren Fahrzeug befindet), und wird eines der Fahrzeuge 100 und 102 als das Empfangsfahrzeug bezeichnet, wenn es sich hierbei um das Fahrzeug handelt, dass die übermittelten Nachrichten aufzeichnet (z. B. das Fahrzeug, das sich hinter dem Übertragungsfahrzeug 100 befindet). Beide Fahrzeuge 100 und 102 können die Fähigkeit aufweisen, zu übertragen und zu empfangen, und deren Rollen können abhängig von ihrer Beziehung zu anderen Fahrzeugen anders sein. Beispielsweise kann es sich bei einem Fahrzeug in einem Fahrzeugpaar um ein Übertragungsfahrzeug handeln und kann es sich bei demselben Fahrzeug in einem anderen Fahrzeugpaar um ein Empfangsfahrzeug handeln. In einigen Beispielen sind die Fahrzeuge an einer bidirektionalen Kommunikation beteiligt und sind für einige Zwecke das Übertragungsfahrzeug und für einige Zwecke das Empfangsfahrzeug. Bei den Fahrzeugen 100 und 102 kann es sich um standardmäßige benzinbetriebene Fahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge und/oder ein Fahrzeugtyp mit beliebiger anderer Antriebsart handeln. Die Fahrzeuge 100 und 102 beinhalten Teile, die mit Mobilität in Verbindung stehen, wie etwa einen Antriebsstrang mit einem Motor, einem Getriebe, einer Aufhängung, einer Antriebswelle und/oder Rädern usw. Die Fahrzeuge 100 und 102 können nichtautonom, halbautonom (z. B. werden einige routinemäßige Bewegungsfunktionen durch die Fahrzeuge 100 und 102 gesteuert) oder autonom (z. B. werden Bewegungsfunktionen ohne direkte Fahrereingabe durch die Fahrzeuge 100 und 102 gesteuert) sein. In dem veranschaulichten Beispiel beinhalten die Fahrzeuge 100 und 102 Sensoren 104, elektronische Steuereinheiten (electronic control units - ECUs) 106, VLC-Übertragungsvorrichtungen 108a und 108b, VLC-Empfangsvorrichtungen 110a und 110b und VLC-Module 112.
Die Sensoren 104 können auf eine beliebige geeignete Weise in dem und um das jeweilige Fahrzeug 100 und 102 herum angeordnet sein. Die Sensoren 104 können montiert sein, um Merkmale um das Äußere des Fahrzeugs 100 und 102 herum zu messen. Des Weiteren können einige Sensoren 104 innerhalb der Kabine des Fahrzeugs 100 und 102 oder in der Karosserie des Fahrzeugs 100 und 102 (wie etwa dem Motorraum, den Radkästen usw.) montiert sein, um Merkmale im Innenraum des Fahrzeugs 100 und 102 zu messen. Beispielsweise können derartige Sensoren 104 Beschleunigungsmesser, Wegstreckenzähler, Geschwindigkeitsmesser, Nick- und Gierwinkelsensoren, Raddrehzahlsensoren, Mikrofone, Reifendrucksensoren und biometrische Sensoren usw. einschließen. Die Sensoren 104 sind kommunikativ an die ECUs 106 gekoppelt. Die Messwerte von den Sensoren 104 werden verwendet, um den Zustand des Fahrzeugs 100 und 102 (z. B. einen Standort, eine Ausrichtung, eine Geschwindigkeit usw.) zu bestimmen, und werden an andere Fahrzeuge kommuniziert, um ein gemeinsames Ansteuern von autonomen oder halbautonomen Funktionen (z. B. Erfassen eines toten Winkels, Spurhaltehilfe, adaptive Geschwindigkeitsregelung, adaptive Traktionsregelung usw.) und/oder eine Verkehrseinweisung (z. B. gemeinsame adaptive Geschwindigkeitsregelung, Autopilot, Verkehrsverwaltung ohne Verkehrssignale usw.) zu vereinfachen.
Die ECUs 106 überwachen und steuern die Teilsysteme des Fahrzeugs 100 und 102. Die ECUs 106 kommunizieren über einen Fahrzeugdatenbus und tauschen darüber Informationen aus. Des Weiteren können die ECUs 106 Merkmale (wie etwa einen Zustand der ECU 106, Sensormesswerte, einen Steuerzustand, Fehler- und Diagnosecodes usw.) an andere ECUs kommunizieren und/oder Anforderungen von diesen empfangen. Einige Fahrzeuge 100 und 102 können siebzig oder mehr ECUs 106 aufweisen, die an verschiedenen Stellen um das Fahrzeug 100 und 102 herum angeordnet und durch den Fahrzeugdatenbus kommunikativ gekoppelt sind. Die ECUs 106 sind eigenständige Sätze von elektronischen Bauteilen, die ihre eigene(n) Schaltung(en) (wie etwa integrierte Schaltungen, Mikroprozessoren, Speicher, Datenspeicher usw.) und Firmware, Sensoren, Aktoren und/oder Montagehardware beinhalten. Beispielsweise können die ECUs 106 eine Antriebsstrangsteuereinheit, eine Karosseriesteuereinheit, eine Telematikeinheit und/oder eine Lenksteuereinheit usw. einschließen. Die ECUs 106 verarbeiten die Messwerte von den Sensoren 104. Beispielsweise kann eine ECU die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 und 102 auf Grundlage von Messwerten von Raddrehzahlsensoren bestimmen. In einem weiteren Beispiel kann eine ECU Straßenzustände auf Grundlage von Messwerten von Raddrehzahlsensoren und Messwerten von Ultraschallsensoren usw. bestimmen.
Bei den VLC-Übertragungsvorrichtungen 108a und 108b handelt es sich um Lichtquellen, wie etwa Leuchtdioden (light emitting diodes - LEDs). In einigen Beispielen sind die VLC-Übertragungsvorrichtungen 108a und 108b in die Scheinwerfer des Fahrzeugs 100 integriert (z. B. in die Frontscheinwerfer, die Bremslichter usw.). Wie nachfolgend beschrieben, moduliert das VLC-Modul 112 die VLC-Übertragungsvorrichtungen 108a und 108b, um Daten seriell als eine zeitabhängige Reihe von Ein- und Aus-Signalen zu übertragen. In einigen Beispielen moduliert das VLC-Modul 112 außerdem die Intensität und/oder Farbe der VLC-Übertragungsvorrichtungen 108a und 108b. Im Allgemeinen ist die Geschwindigkeit, mit der die VLC-Übertragungsvorrichtungen 108a und 108b die LED modulieren für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar.
Bei den VLC-Empfangsvorrichtungen 110a und 110b handelt es sich um Photodioden oder Bildsensoren, welche die Modulation des Lichts durch die VLC-Übertragungsvorrichtung 108a und 108b aufzeichnen. Photodioden weisen verschiedene Leistungsmerkmale auf, die sich auf eine VLC-Wahrnehmung auswirken können (wie etwa Anstiegs-/Abfallszeiten). In einigen Beispielen handelt es sich bei den VLC-Empfangsvorrichtungen 110a und 110b um Kameras, die einen CMOS-Bildsensor auf Grundlage eines Rollverschlusses verwenden. Die VLC-Empfangsvorrichtungen 110a und 110b sind konfiguriert, sodass das Licht, das in die VLC-Empfangsvorrichtung 110a und 110b eindringt, einheitlich über die Fläche des Bildsensors verteilt wird. In einigen Beispielen sind die VLC-Empfangsvorrichtungen 110a und 110b in Kameras mit zwei Betriebsarten integriert, welche die Funktionen der Bilderfassung (z. B. als Teil einer Rückfahrkamera) und der VLC-Empfangsvorrichtung ausführen. Beispiele für Kameras mit zwei Betriebsarten sind in „Dual Mode Vehicle Camera for Visual Light Communication“, Anmeldung Nr. 16/118,735 (Aktenzeichen des Bevollmächtigten: 84058377 (026780.9177)), eingereicht am 31. August 2018, beschrieben, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Das VLC-Modul 112 moduliert die VLC-Übertragungsvorrichtungen 108a und 108b, um Daten zu übertragen und ein Bild zu analysieren, das durch die VLC-Empfangsvorrichtungen 110a und 110b aufgezeichnet wurde, um empfangene Nachrichten zu decodieren. In einigen Beispielen ist das VLC-Modul 112 in ein Fahrzeug-zu-Fahrzeug-(V2V)-Kommunikationsmodul integriert oder daran gekoppelt, das die zu übermittelnde Datennutzlast (z. B. eine Sicherheitsnachricht) erstellt, um die Datennutzlast von empfangenen Nachrichten zu analysieren. In solchen Beispielen führt das VLC-Modul 112 Folgendes aus:

(a) Empfangen der Datennutzlast von dem V2V-Kommunikationsmodul und Erstellen der zu übermittelnden Nachricht und (b) Trennen der Datennutzlast von Nachrichten, die von anderen Fahrzeugen empfangen wurden. Unter Verwendung der Nutzlast erstellt das VLC-Modul 112 eine Nachricht auf Grundlage von Parametern der VLC-Übertragungsvorrichtungen 108a und 108b und der VLC-Empfangsvorrichtungen 110a und 110b und einer Fehlerkorrekturebene.

Das VLC-Modul 112 verwaltet die Übertragungs- und Empfangsparameter von jeweils der VLC-Übertragungsvorrichtung 108a und 108b und der VLC-Übertragungsvorrichtung 110a und 110b. Die Eigenschaften schließen zum Beispiel Folgendes ein: den Zeitabstand zwischen den Frames des Bildsensors der VLC-Empfangsvorrichtung, eine Rollverschlussreihenbelichtungszeit, eine Frame-Rate, den Überstrahlungsanteil bzw. -faktor, den Linsenvignettierunganteil bzw. -faktor und/oder einen Farbanteil bzw. -faktor.
Um eine Kommunikation mit einem anderen Fahrzeug einzuleiten, überträgt das VLC-Modul 112 eine Handshake-Nachricht. 2 veranschaulicht ein Beispiel für die Handshake-Nachricht 200. In 2 beinhaltet die Handshake-Nachricht 200 eine Nutzlast 202. Die Nutzlast 202 beinhaltet Parameterdaten für die VLC-Übertragungsvorrichtung 108a und 108b und die VLC-Empfangsvorrichtung 110a und 110b. In dem veranschaulichten Beispiel beinhaltet die Nutzlast 202 den Zeitabstand zwischen den Frames des Bildsensors der VLC-Empfangsvorrichtung, den Überstrahlungsanteil bzw. -faktor, den Linsenvignettierunganteil bzw. -faktor und einen Farbanteil bzw. -faktor. Des Weiteren beinhaltet die Nutzlast 202 in dem veranschaulichten Beispiel einen Wert einer zyklischen Redundanzprüfung (cyclic redundancy check - CRC). Um die zu übertragende Handshake-Nachricht 200 zu erstellen, verwendet das VLC-Modul 112 eine erste Ebene der Fehlerkorrektur. Die erste Ebene der Fehlerkorrektur beinhaltet redundante Fehlererfassungscodes und verwendet verschiedene Techniken (z. B. mehrmaliges Senden von Frames, verschachtelte Hamming-Codes, Konstantleistungs-4-PAM, lineare Zufallscodierung usw.), um eine fehlertolerante Kommunikation der Handshake-Nachrichten zu vereinfachen. In dem in 2 veranschaulichten Beispiel beinhaltet die Handshake-Nachricht 200 zwei Teilpakete 204, jedes mit einer Kopie der Nutzlast 202. Jedes Teilpaket 204 beinhaltet außerdem ein Start-Frame-Bit und asynchrone Bits. In einigen Beispielen können die Teilpakete 204 außerdem einen CRC-Wert beinhalten. Die Handshake-Nachricht 200 kann auf eine beliebige angemessen Weise erstellt werden, sodass diese mehrere redundante fehlertolerante Techniken beinhalten. In einigen Beispielen überträgt das VLC-Modul 112 die Handshake-Nachricht 200, bis eine Anerkennungs-(ACK-)Nachricht von dem anderen Fahrzeug empfangen wurde.
Als Reaktion auf Empfangen einer Handshake-Nachricht 200 von dem anderen Fahrzeug sendet das VLC-Modul 112 eine ACK-Nachricht und analysiert die empfangene Nutzlast 202, um die Parameter der VLC-Übertragungsvorrichtung 108a und 108b und der VLC-Empfangsvorrichtung 110a und 110b des anderen Fahrzeugs zu bestimmen. Auf Grundlage der Parameter der VLC-Übertragungsvorrichtungen 108a und 108b und der VLC-Empfangsvorrichtungen 110a und 110b beider Fahrzeuge modifizieren von deren Übertragungseigenschaften. Auf dem VLC-Modul ist ein Satz von Regeln gespeichert, der dieses dazu veranlasst, seine Übertragungs- und Empfangsparameter so zu konfigurieren, dass diese dasjenige von jedem der VLC-Systeme der Fahrzeuge toleriert, der eine geringere Leistung aufweist. Beispielsweise kann das VLC-Modul 112 zwischen dem Übertragen von Daten-Frames einen Zeitabstand einstellen, um dem Zeitabstand zwischen den Frames der VLC-Empfangsvorrichtung 110a und 110b des anderen Fahrzeugs zu entsprechen. Als ein weiteres Beispiel kann das VLC-Modul 112 die Helligkeit der LED der VLC-Übertragungsvorrichtung 108a und 108b einstellen, um die Überstrahlung der VLC-Empfangsvorrichtung 110a und 110b des anderen Fahrzeugs zu berücksichtigen. Als ein weiteres Beispiel kann das VLC-Modul 112 das Codierungsschema der VLC-Übertragungsvorrichtung 108a und 108b, das an die VLC-Empfangsvorrichtung 110a und 110b des anderen Fahrzeugs übertragen wird, aktivieren, deaktivieren oder modifizieren.
Nach dem Einstellen der Übertragungs- und/oder Empfangseigenschaften überträgt das VLC-Modul 112 Nachrichten unter Verwendung einer zweiten Ebene der Fehlerkorrektur. Die zweite Ebene der Fehlerkorrektur verwendet weniger Redundanztechniken als die erste Ebene der Fehlerkorrektur, sodass der Overhead (z. B. eine Anzahl von Bits), der durch die zweite Ebene der Fehlerkorrektur hervorgerufen wird, geringer ist als der Overhead, der durch die erste Ebene der Fehlerkorrektur hervorgerufen wird. Beispielsweise kann die erste Ebene der Fehlerkorrektur einen CRC-Wert verwenden und kann die zweite Ebene der Fehlerkorrektur ein Paritätsbit verwenden. Als ein weiteres Beispiel kann die erste Ebene der Fehlerkorrektur unter Verwendung eines verschachtelten Hamming-Codierungsschemas drei Kopien der Daten übertragen, um die Daten zu codieren, und kann die zweite Ebene der Fehlerkorrektur zwei Kopien der Daten ohne eine Fehlerkorrekturcodierung übertragen.
3 ist ein Blockdiagramm von elektronischen Komponenten 300 des Übertragungsfahrzeugs 100 und von elektronischen Komponenten 302 des Empfangsfahrzeugs 102. Die elektronischen Komponenten 300 und 302 schließen die VLC-Empfangsvorrichtungen 110a und 110b, die VLC-Übertragungsvorrichtungen 108a und 108b und die VLC-Module 112 ein.
Die VLC-Module können einen Prozessor oder eine Steuerung 304 und einen Speicher 306 beinhalten. Bei dem Prozessor oder der Steuerung 304 kann es sich um eine beliebige geeignete Verarbeitungsvorrichtung oder einen Satz von Verarbeitungsvorrichtungen handeln, wie etwa unter anderem: einen Mikroprozessor, eine mikrocontrollerbasierte Plattform, eine geeignete integrierte Schaltung, einen oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays (field programmable gate arrays - FPGAs) und/oder eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (application-specific integrated circuits - ASICs). Bei dem Speicher 306 kann es sich um flüchtigen Speicher (z. B. RAM, der nichtflüchtigen RAM, magnetischen RAM, ferroelektrischen RAM und beliebige andere geeignete Formen beinhalten kann); nichtflüchtigen Speicher (z. B. Plattenspeicher, FLASH-Speicher, EPROMs, EEPROMs, nichtflüchtigen Festkörperspeicher usw.), unveränderbaren Speicher (z. B. EPROMs), Festwertspeicher und/oder Speichervorrichtungen mit hoher Kapazität (z. B. Festplatten, Festkörperlaufwerke usw.) handeln. In einigen Beispielen schließt der Speicher 306 mehrere Speicherarten, insbesondere flüchtigen Speicher und nichtflüchtigen Speicher, ein. In dem veranschaulichten Beispiel sind die Eigenschaften 308 der VLC-Übertragungsvorrichtungen 108a und 108b und der VLC-Empfangsvorrichtungen 110a und 110b in dem Speicher 306 gespeichert.
Bei dem Speicher 306 handelt es sich um computerlesbare Medien, auf denen ein oder mehrere Sätze von Anweisungen, wie etwa die Software zum Ausführen der Verfahren der vorliegenden Offenbarung, eingebettet sein können. Die Anweisungen können eines oder mehrere der Verfahren oder eine Logik, wie hierin beschrieben, verkörpern. In einer bestimmten Ausführungsform können sich die Anweisungen während der Ausführung der Anweisungen vollständig oder zumindest teilweise in einem beliebigen oder mehreren von dem Speicher 306, dem computerlesbaren Medium und/oder in dem Prozessor 304 befinden.
Die Begriffe „nichttransitorisches computerlesbares Medium“ und „physisches computerlesbares Medium“ sind so zu verstehen, dass sie ein einzelnes Medium oder mehrere Medien einschließen, wie etwa eine zentralisierte oder verteilte Datenbank und/oder zugehörige Zwischenspeicher und Server, in denen ein oder mehrere Sätze Anweisungen gespeichert sind. Die Ausdrücke „nichttransitorisches computerlesbares Medium“ und „physisches computerlesbares Medium“ schließen zudem jedes beliebige physische Medium ein, das zum Speichern, Verschlüsseln oder Tragen eines Satzes von Anweisungen zur Ausführung durch einen Prozessor in der Lage ist oder das ein System dazu veranlasst, ein beliebiges/einen beliebigen oder mehrere der hierin offenbarten Verfahren oder Vorgänge durchzuführen. Im hier verwendeten Sinne ist der Ausdruck „physisches computerlesbares Medium“ ausdrücklich so definiert, dass er jede beliebige Art von computerlesbarer Speichervorrichtung und/oder Speicherplatte einschließt und das Verbreiten von Signalen ausschließt.
Im Betrieb übermittelt das Übertragungsfahrzeug 100 eine Handshake-Nachricht 200, die zumindest einen Teil der Eigenschaften 308 beinhaltet, die in einem Speicher 306 gespeichert sind (A). Das Empfangsfahrzeug 102 empfängt die Handshake-Nachricht 200 und überträgt eine ACK-Nachricht (B). Das Empfangsfahrzeug 102 übermittelt eine Handshake-Nachricht 200, die zumindest einen Teil der Eigenschaften 308 beinhaltet, die in dem Speicher 306 gespeichert sind (C). Das Übertragungsfahrzeug 100 empfängt die Handshake-Nachricht 200 und überträgt eine ACK-Nachricht (D). Das Übertragungsfahrzeug 100 und das Empfangsfahrzeug 102 stellen die Übertragungs- und Empfangsparameter der entsprechenden VLC-Module 112 ein. Anschließend beginnt das Übertragungsfahrzeug 100, Daten (z.B. Sicherheitsnachrichten usw.) an das Empfangsfahrzeug zu übertragen (E).
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Aufbauen einer robusten Kommunikation zur Visual Light Communication, das durch die elektronischen Komponenten 300 und 302 aus 3 umgesetzt werden kann. Anfangs nimmt das VLC-Modul 112 bei Block 402 über die VLC-Empfangsvorrichtungen 110a und 110b eine Überwachung bezüglich einer VLC-Kommunikation von einem Fahrzeug in der Nähe vor. Bei Block 404 bestimmt das VLC-Modul 112, ob eine VLC-Übertragung erfasst wurde. Wenn eine VLC-Übertragung erfasst wurde, geht das Verfahren zu Block 406 über. Andernfalls, wenn keine VLC-Übertragung erfasst wurde, kehrt das Verfahren zu Block 402 zurück. Bei Block 406 stellt das VLC-Modul 112 eine Fehlerkorrektur auf eine erste Ebene ein. Bei Block 408 sendet das VLC-Modul 112 eine Handshake-Nachricht 200 unter Verwendung der ersten Ebene der Fehlerkorrektur. Bei Block 410 bestimmt das VLC-Modul, ob eine ACK-Nachricht empfangen wurde. Wenn eine ACK-Nachricht empfangen wurde, geht das Verfahren zu Block 412 über. Andernfalls, wenn keine ACK-Nachricht empfangen wurde, kehrt das Verfahren zu Block 408 zurück.
Bei Block 412 nimmt das VLC-Modul 112 eine Überwachung bezüglich einer Handshake-Nachricht 200 vor. Bei Block 414 geht das Verfahren zu Block 416 über, wenn eine Handshake-Nachricht empfangen wurde. Andernfalls, wenn keine Handshake-Nachricht empfangen wurde, kehrt das Verfahren zu Block 412 zurück. Bei Block 416 bestimmt das VLC-Modul 112 Übertragungs- und Empfangsparameter auf Grundlage (a) der Übertragungs- und Empfangseigenschaften in der empfangenen Handshake-Nachricht und (b) seiner eigenen Übertragungs- und Empfangseigenschaften. Bei Block 418 konfiguriert das VLC-Modul 112 die VLC-Übertragungsvorrichtung 108a und 108b und/oder die VLC-Empfangsvorrichtungen 110a und 110b auf Grundlage der bestimmten Übertragungs- und Empfangsparameter. Bei Block 420 stellt das VLC-Modul 112 eine Fehlerkorrektur auf eine zweite Ebene ein, die einen geringeren Overhead aufweist als die erste Ebene. Bei Block 422 sendet und/oder empfängt das VLC-Modul 112 Daten.
Das Ablaufdiagramm aus 4 ist repräsentativ für maschinenlesbare Anweisungen, die in einem Speicher (wie etwa dem Speicher 306 aus 3) gespeichert sind und ein oder mehrere Programme umfassen, die bei Ausführung durch einen Prozessor (wie etwa den Prozessor 304 aus 3) das Fahrzeug 100 dazu veranlassen, das beispielhafte VLC-Modul 112 aus 1 und 3 umzusetzen. Obwohl das/die beispielhafte/n Programm(e) in Bezug auf das in 4 veranschaulichte Ablaufdiagramm beschrieben ist/sind, können ferner alternativ viele andere Verfahren zum Umsetzen des beispielhaften VLC-Moduls 112 verwendet werden. Beispielsweise kann die Ausführungsreihenfolge der Blöcke geändert werden und/oder können einige der beschriebenen Blöcke verändert, weggelassen oder kombiniert werden.
In dieser Anmeldung soll die Verwendung der Disjunktion die Konjunktion einschließen. Die Verwendung von bestimmten oder unbestimmten Artikeln soll keine Kardinalität anzeigen. Insbesondere soll ein Verweis auf „das“ Objekt oder „ein“ Objekt auch eines aus einer möglichen Vielzahl derartiger Objekte bezeichnen. Ferner kann die Konjunktion „oder“ dazu verwendet werden, Merkmale wiederzugeben, die gleichzeitig vorhanden sind, anstelle von sich gegenseitig ausschließenden Alternativen. Anders ausgedrückt sollte die Konjunktion „oder“ so verstanden werden, dass sie „und/oder“ einschließt. Im hier verwendeten Sinne beziehen sich die Begriffe „Modul“ und „Einheit“ auf Hardware mit Schaltkreisen zum Bereitstellen von Kommunikations-, Steuer- und/oder Überwachungsfunktionen, oftmals in Verbindung mit Sensoren. „Module“ und „Einheiten“ können zudem Firmware beinhalten, die auf der Schaltung ausgeführt wird. Die Ausdrücke „beinhaltet“, „beinhaltend“ und „beinhalten“ sind einschließend und weisen jeweils den gleichen Umfang auf wie „umfasst“, „umfassend“ und „umfassen“.
Die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen und insbesondere etwaige „bevorzugte“ Ausführungsformen sind mögliche Beispiele für Umsetzungen und sind lediglich zum eindeutigen Verständnis der Grundsätze der Erfindung dargelegt. Viele Variationen und Modifikationen können an der bzw. den vorangehend beschriebenen Ausführungsform(en) vorgenommen werden, ohne im Wesentlichen von dem Geist und den Grundsätzen der hierin beschriebenen Techniken abzuweichen. Sämtliche Modifikationen sollen hierin im Umfang dieser Offenbarung beinhaltet und durch die folgenden Patentansprüche geschützt sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Visual-Light-Communication-(VLC-)Übertragungsvorrichtung; eine VLC-Empfangsvorrichtung; und ein VLC-Modul zu Folgendem: Senden einer ersten Handshake-Nachricht, die Eigenschaften der VLC-Übertragungsvorrichtung und der VLC-Empfangsvorrichtung beinhaltet, unter Verwendung einer ersten Ebene der Fehlerkorrektur; Einstellen von Übertragungsparametern auf Grundlage einer zweiten empfangenen Handshake-Nachricht; und Übertragen von Daten unter Verwendung einer zweiten Ebene der Fehlerkorrektur.
Gemäß einer Ausführungsform weist die zweite Ebene der Fehlerkorrektur einen geringeren Overhead auf als die erste Ebene der Fehlerkorrektur.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das VLC-Modul einen Speicher, um die Eigenschaften der VLC-Übertragungsvorrichtung und der VLC-Empfangsvorrichtung zu speichern.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Eigenschaften einen Abstand zwischen den Frames der VLC-Empfangsvorrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen der Übertragungsparameter Einstellen eines Zeitabstands zwischen den Frames der VLC-Übertragungsvorrichtung, damit dieser mit einer Eigenschaft von Zeitabständen zwischen den Frames übereinstimmt, die in der zweiten Handshake-Nachricht eingeschlossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Eigenschaften einen Zeitabstand zwischen den Frames, einen Überstrahlungsfaktor, einen Linsenvignettierungsfaktor und einen Farbfaktor.
Gemäß einer Ausführungsform veranlasst die erste Ebene der Fehlerkorrektur die VLC-Übertragungsvorrichtung dazu, Daten-Frames mehrmals aufeinanderfolgend zu übertragen.
Gemäß einer Ausführungsform veranlasst die zweite Ebene der Fehlerkorrektur die VLC-Übertragungsvorrichtung dazu, die Daten-Frames weniger oft zu übertragen als bei der ersten Ebene der Fehlerkorrektur.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Folgendes: Senden einer ersten Handshake-Nachricht, die Eigenschaften der VLC-Übertragungsvorrichtung und einer VLC-Empfangsvorrichtung beinhaltet, über eine Visual-Light-Communication-(VLC-)Übertragungsvorrichtung unter Verwendung einer ersten Ebene der Fehlerkorrektur; Einstellen von Übertragungsparametern auf Grundlage einer zweiten empfangenen Handshake-Nachricht durch ein VLC-Modul mit einem Prozessor; und Übertragen von Daten unter Verwendung einer zweiten Ebene der Fehlerkorrektur über die VLC-Übertragungsvorrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform weist die zweite Ebene der Fehlerkorrektur einen geringeren Overhead auf als die erste Ebene der Fehlerkorrektur.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das VLC-Modul einen Speicher, um die Eigenschaften der VLC-Übertragungsvorrichtung und der VLC-Empfangsvorrichtung zu speichern.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Eigenschaften einen Abstand zwischen den Frames der VLC-Empfangsvorrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen der Übertragungsparameter Einstellen eines Zeitabstands zwischen den Frames der VLC-Übertragungsvorrichtung, damit dieser mit einer Eigenschaft von Zeitabständen zwischen den Frames übereinstimmt, die in der zweiten Handshake-Nachricht eingeschlossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Eigenschaften einen Zeitabstand zwischen den Frames, einen Überstrahlungsfaktor, einen Linsenvignettierungsfaktor und einen Farbfaktor.
Gemäß einer Ausführungsform veranlasst die erste Ebene der Fehlerkorrektur die VLC-Übertragungsvorrichtung dazu, Daten-Frames mehrmals aufeinanderfolgend zu übertragen.
Gemäß einer Ausführungsform veranlasst die zweite Ebene der Fehlerkorrektur die VLC-Übertragungsvorrichtung dazu, die Daten-Frames weniger oft zu übertragen als bei der ersten Ebene der Fehlerkorrektur.

Claims

Fahrzeug, umfassend: eine Visual-Light-Communication-(VLC-)Übertragungsvorrichtung; eine VLC-Empfangsvorrichtung; und ein VLC-Modul zu Folgendem: Senden einer ersten Handshake-Nachricht, die Eigenschaften der VLC-Übertragungsvorrichtung und der VLC-Empfangsvorrichtung beinhaltet, unter Verwendung einer ersten Ebene der Fehlerkorrektur; Einstellen von Übertragungsparametern auf Grundlage einer zweiten empfangenen Handshake-Nachricht; Übertragen von Daten unter Verwendung einer zweiten Ebene der Fehlerkorrektur.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die zweite Ebene der Fehlerkorrektur einen geringeren Overhead aufweist als die erste Ebene der Fehlerkorrektur.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das VLC-Modul einen Speicher beinhaltet, um die Eigenschaften der VLC-Übertragungsvorrichtung und der VLC-Empfangsvorrichtung zu speichern.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Eigenschaften einen Abstand zwischen den Frames der VLC-Empfangsvorrichtung beinhalten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Übertragungsparameter Einstellen eines Zeitabstands zwischen den Frames der VLC-Übertragungsvorrichtung beinhaltet, damit dieser mit einer Eigenschaft von Zeitabständen zwischen den Frames übereinstimmt, die in der zweiten Handshake-Nachricht eingeschlossen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Eigenschaften einen Zeitabstand zwischen den Frames, einen Überstrahlungsfaktor, einen Linsenvignettierungsfaktor und einen Farbfaktor beinhalten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die erste Ebene der Fehlerkorrektur die VLC-Übertragungsvorrichtung dazu veranlasst, Daten-Frames mehrmals aufeinanderfolgend zu übertragen.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei die zweite Ebene der Fehlerkorrektur die VLC-Übertragungsvorrichtung dazu veranlasst, die Daten-Frames weniger oft zu übertragen als bei der ersten Ebene der Fehlerkorrektur.
Verfahren, umfassend: Senden einer ersten Handshake-Nachricht, die Eigenschaften der VLC-Übertragungsvorrichtung und einer VLC-Empfangsvorrichtung beinhaltet, über eine Visual-Light-Communication-(VLC-)Übertragungsvorrichtung unter Verwendung einer ersten Ebene der Fehlerkorrektur; Einstellen von Übertragungsparametern auf Grundlage einer zweiten empfangenen Handshake-Nachricht durch ein VLC-Modul mit einem Prozessor; Übertragen von Daten unter Verwendung einer zweiten Ebene der Fehlerkorrektur über die VLC-Übertragungsvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite Ebene der Fehlerkorrektur einen geringeren Overhead aufweist als die erste Ebene der Fehlerkorrektur.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das VLC-Modul einen Speicher beinhaltet, um die Eigenschaften der VLC-Übertragungsvorrichtung und der VLC-Empfangsvorrichtung zu speichern.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Eigenschaften einen Abstand zwischen den Frames der VLC-Empfangsvorrichtung beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Einstellen der Übertragungsparameter Einstellen eines Zeitabstands zwischen den Frames der VLC-Übertragungsvorrichtung beinhaltet, damit dieser mit einer Eigenschaft von Zeitabständen zwischen den Frames übereinstimmt, die in der zweiten Handshake-Nachricht eingeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Eigenschaften einen Zeitabstand zwischen den Frames, einen Überstrahlungsfaktor, einen Linsenvignettierungsfaktor und einen Farbfaktor beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die erste Ebene der Fehlerkorrektur die VLC-Übertragungsvorrichtung dazu veranlasst, Daten-Frames mehrmals aufeinanderfolgend zu übertragen, und wobei die zweite Ebene der Fehlerkorrektur die VLC-Übertragungsvorrichtung dazu veranlasst, die Daten-Frames weniger oft zu übertragen als bei der ersten Ebene der Fehlerkorrektur.