DE212015000248U1

DE212015000248U1 - Fahrzeuge und Vorrichtung zum Ermöglichen von Fahrzeugkommunikationen

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Publication number: DE212015000248U1
Application number: DE212015000248.9U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2025-10-15
Also published as: CN107079504B; CN107079504A; CA3001385C; US20170238270A1; WO2016058099A1; US10299232B2; CA3001385A1

Abstract

Fahrzeug, das dazu ausgebildet ist, Fahrzeugkommunikationen mit und zwischen Knoten in einem Fahrzeug-ad-hoc-Netzwerk (VANET), das gemäß einem Medienzugriffssteuerungs-(„MAC”)-Protokoll aufgebaut ist, aufzubauen und aufrechtzuerhalten, welches besagte MAC-Protokoll ein Zeitteilungsschema aufweist, das eine periodische Zeitdauer in eine Mehrzahl indizierter Zeitfenster unterteilt, welches besagte Fahrzeug aufweist: einen Drahtlossignalempfänger (112; 716) zum Empfangen eines drahtlosen Zeitreferenzsignals von einer externen Zeitreferenzsignalquelle, welches besagte Zeitreferenzsignal aufeinanderfolgende Zeitmarkierungen, die durch eine Referenzzeitdauer getrennt sind, zur Verfügung stellt; einen Mikrocontroller (110; 712), der an den Drahtlossignalempfänger (112; 716) gekoppelt ist, welcher besagte Mikrocontroller (110; 712) einen Taktzeitgeber (118; 718) aufweist, wobei der Drahtlossignalempfänger (112; 716) an den Mikrocontroller (110; 712) gekoppelt ist und besagte Zeitmarkierungen dem Mikrocontroller (110; 712) zur Verfügung stellt, besagter Mikrocontroller (110; 712) dazu ausgebildet ist, den Taktzeitgeber (118; 718) unter Verwendung der aufeinanderfolgenden Zeitmarkierungen, die durch den Drahtlossignalempfänger (112; 716) empfangen werden, zu kalibrieren und mindestens ein indiziertes Zeitfenster des Zeitteilungsschemas für Nachrichtensenden an der Kommunikationsvorrichtung auszuwählen; einen Drahtlosnachrichtensendeempfänger (114; 714), welcher besagte Drahtlosnachrichtensendeempfänger (114; 714) durch besagten Mikrocontroller (110; 712) zum Empfangen und Senden von Nachrichten gesteuert wird; und einen Anwendungsnachrichtenprozessor (122; 722), der an den Mikrocontroller (110; 712) gekoppelt ist, welcher Anwendungsnachrichtenprozessor (122; 722) Statusinformation des Fahrzeugs verarbeitet und die Statusinformation zu Knotennachrichten für den Mikrocontroller (110; 712) zum Übergeben an den Drahtlosnachrichtensendeempfänger (114; 714) zum Senden während jedes des mindestens einen ausgewählten Zeitfensters, das dem Fahrzeug zugeordnet ist, packt, und zum Verarbeiten von Nachrichten, die durch den Drahtlosnachrichtensendeempfänger (114; 714) von allen anderen Knoten in indizierten Zeitfenstern, die nicht dem lokalen Knoten zugeordnet sind, empfangen werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Fahrzeugkommunikationen. Insbesondere betrifft die Erfindung Fahrzeuge und eine Vorrichtung zum Aufbauen und Aufrechterhalten von Fahrzeugkommunikationen, wie beispielsweise drahtlosen Fahrzeugkommunikationen in einem Fahrzeug-ad-hoc-Netzwerk (engl. vehicular ad hoc network, VANET).
Hintergrund der Erfindung
Heutzutage stellen Straßenunfälle ein ernstzunehmendes öffentliches Problem dar und sind in vielen Ländern eine der führenden Ursachen menschlicher Todesfälle und Behinderungen. Beispielsweise gab es 2010 in Kanada mehr als 2200 Todesfälle und etwa 170.500 Verletzungen infolge von Verkehrsunfällen. Diese ernste soziale Auswirkung von Verkehrsunfällen kommt zu den finanziellen Verlusten aufgrund von Verkehrsstau sowie Fahrzeug- und Eigentumsschaden hinzu, was auf einen dringenden Bedarf effizienter Lösungen für dieses sozioökonomische Problem von Verkehrsunfällen hinweist.
Zum Reduzieren des Risikos und der Schwere eines Fahrzeugunfalls auf einer Straße können drahtlose Kommunikationen zwischen Fahrzeugen, die sich in der Umgebung voneinander bewegen, (Fahrzeug-zu-Fahrzeug, engl. vehicle-to-vehicle oder V2V) oder zwischen Fahrzeugen und speziell eingesetzten straßenseitigen Einheiten (engl. road-side units, RSU) (Fahrzeug-zu-RSU, engl. vehicle-to-RSU oder V2R) eingesetzt werden. Derart in einer verteilten Weise aufgebaute Kommunikationen (d. h. ohne den Bedarf an irgendeiner zentralen Steuerung) bilden, was allgemein als ein Fahrzeug-ad-hoc-Netzwerk (VANET) bekannt ist. Basierend auf Fahrzeug-zu-Fahrzeug- und Fahrzeug-zu-RSU-Kommunikationen kann eine breite Vielfalt von VANET-basierten fortschrittlichen Sicherheitsanwendungen realisiert werden, einschließlich Spurwechselwarnung, Schnellstraßenzusammenführungsassistenz, Infahrzeugbeschilderung und kooperative Vorwärtskollisionsvermeidung. Studien, die durch die nationale Schnellstraßenverkehrssicherheitsverwaltung (engl. National Highway Traffic Safety Administration, NHTSA) beim Verkehrsministerium der Vereinigten Staaten (engl. United States Department of Transportation, USDOT) durchgeführt worden sind, zeigen, dass durch Einsetzen derartiger VANET-basierter Sicherheitsanwendungen in etwa 80% der Unfallszenarien verhindert werden können, was auf ein großes Potenzial von VANETs beim Verbessern von Straßensicherheit hinweist.
Die Mehrheit (falls nicht alle) der VANET-Sicherheitsanwendungen erfordert, dass jeder Knoten (d. h. Fahrzeug oder RSU) Sicherheitsnachrichten an alle umgebenden Knoten sowohl periodisch als auch im Fall eines unerwarteten Sicherheitsereignisses sendet. Einige unerwartete Sicherheitsereignisse können beispielsweise eine harte Bremsung, ein sich näherndes Rettungsfahrzeug oder Erfassung eines gefährlichen Straßenzustands aufweisen. Versagen oder Verzögerung beim Zustellen einer Sicherheitsnachricht kann die einem Fahrer verfügbare Reaktionszeit verkürzen, was somit unerwünschte Folgen zur Folge hat. Es ist daher wünschenswert, dass jeder Knoten erfolgreich und rechtzeitig seine Sicherheitsnachrichten an alle umgebenden Knoten zustellt. Ein Medienzugriffssteuerungs-(engl. medium access control, MAC)-Protokoll für VANETs, wie beispielsweise das hierin weiter zu beschreibende VeMAC-Protokoll, sollte einen zuverlässigen Sendedienst unterstützen, was somit derartige rechtzeitige Zustellung von Sicherheitsnachrichten erlaubt.
Eine für MAC in VANETs vorgeschlagenen Lösung ist der IEEE 802.11p-Standard. Dies ist eine Lösung basierend auf dem veralteten IEEE 802.11-Standard (WiFi), die hauptsächlich für Unicast-Kommunikationen entwickelt worden ist. Dieser Standard weist beträchtliche Einschränkungen auf, wenn er zum Unterstützen der sendebasierten Sicherheitsanwendungen in VANETs verwendet wird. Beispielsweise wird für Unicast-Kommunikationen oft ein Anfrage-zu-Senden/Frei-zu-Senden-(engl. Request-to-Send/Clear-to-Send, RTS/CTS)-Handshake-Mechanismus zum Abschwächen des Verstecktes-Endgerät-Problems verwendet. Jedoch sollte für ein Sendepaket (der Begriff Paket bezieht sich auf eine MAC-Schichtprotokolldateneinheit) gemäß dem IEEE 802.11p-Standard kein RTS/CTS-Austausch verwendet werden und keine Bestätigung (engl. acknowledgment, ACK) sollte durch einen der Empfänger des Sendepakets (des Pakettyps, der zum Tragen einer Sicherheitsmitteilung verwendet wird) gesendet werden. Diese Abwesenheit von RTS/CTS-Austausch hat ein Verstecktes-Endgerät-Problem zur Folge, das die Rate erfolgreicher Paketzustellung des IEEE 802.11p-Sendedienstes verringert, insbesondere mit dem Fehlen von ACK-Paketen. Eine andere Einschränkung des IEEE 802.11p-Standards ist, dass er das erweiterte verteilte Kanalzugriff-(engl. enhanced distributed channel access, EDCA)-Schema zum Unterstützen von Sicherheitsanwendungen einsetzt. Ereignisgesteuerte und periodische Sicherheitsnachrichten werden gemäß diesem Schema wahrscheinlich den höchsten Zugriffskategorien (engl. access categories, ACs) zugeordnet. Daher werden diese Sicherheitsnachrichten unter Verwendung einer kleinen Konkurrenzfenster-(engl. contention window, CW)-Größe um den Kanal konkurrieren, wie in dem IEEE 802.11p-Standard festgelegt ist. Obwohl diese kleine CW-Größe zulässt, dass die Sicherheitsnachrichten mit kleinen Verzögerungen übertragen werden, erhöht es die Wahrscheinlichkeit von Übertragungskollisionen, wenn mehrere Knoten innerhalb desselben Kommunikationsbereichs gleichzeitig ihre Sicherheitsnachrichten senden. Zudem wird anders als im Unicast-Fall die CW-Größe nicht verdoppelt, wenn eine Kollision unter den gesendeten Sicherheitsnachrichten stattfindet, da es aufgrund der Abwesenheit des CTS- und ACK-Mechanismus keine Kollisionserfassung für den Sendedienst gibt.
Das Vorgehende erzeugt Herausforderungen und Beschränkungen beim Aufbauen und Aufrechterhalten von Fahrzeugkommunikationen. Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, mindestens einen der oben erwähnten Nachteile zu lindern oder zu vermeiden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf Fahrzeuge und eine Vorrichtung zum Aufbauen und Aufrechterhalten von Fahrzeugkommunikationen, wie beispielsweise drahtlose Fahrzeugkommunikationen in einem Fahrzeug-ad-hoc-Netzwerk (VANET), gerichtet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, Fahrzeugkommunikationen mit und zwischen Knoten in einem Fahrzeug-ad-hoc-Netzwerk (VANET) aufzubauen und aufrechtzuerhalten, das gemäß einem Medienzugriffssteuerungs-(„MAC”)-Protokoll aufgebaut ist. Das MAC-Protokoll weist ein Zeitteilungsschema auf, das eine periodische Zeitdauer in eine Mehrzahl indizierter Zeitfenster unterteilt. Das Fahrzeug weist einen Drahtlossignalempfänger zum Empfangen eines drahtlosen Zeitreferenzsignals von einer externen Zeitreferenzsignalquelle, welches Zeitreferenzsignal aufeinanderfolgende Zeitmarkierungen vorsieht, die durch eine Referenzzeitdauer getrennt sind; einen Mikrocontroller, der an den Drahtlossignalempfänger gekoppelt ist, welcher Mikrocontroller einen Taktzeitgeber aufweist, wobei der Drahtlossignalempfänger an den Mikrocontroller gekoppelt ist und dem Mikrocontroller die Zeitmarkierungen zur Verfügung stellt, welcher Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, den Taktzeitgeber unter Verwendung der aufeinanderfolgenden Zeitmarkierungen, die durch den Drahtlossignalempfänger empfangen werden, zu kalibrieren und mindestens ein indiziertes Zeitfenster des Zeitteilungsschemas zum Nachrichtensenden an der Kommunikationsvorrichtung auszuwählen; einen Drahtlosnachrichtensendeempfänger, welcher Drahtlosnachrichtensendeempfänger durch den Mikrocontroller zum Empfangen und Senden von Nachrichten gesteuert wird; und einen Anwendungsnachrichtenprozessor, der an den Mikrocontroller gekoppelt ist, auf, welcher Anwendungsnachrichtenprozessor Statusinformation des Fahrzeugs verarbeitet und die Statusinformation zu Knotennachrichten für den Mikrocontroller zum Übergeben an den Drahtlosnachrichtensendeempfänger zum Senden während jedes des mindestens einen ausgewählten Zeitfensters, das dem Fahrzeug zugeordnet ist, packt und Nachrichten, die durch den Drahtlosnachrichtensendeempfänger von allen anderen Knoten in indizierten Zeitfenstern, die nicht dem lokalen Knoten zugeordnet sind, empfangen werden, zu verarbeiten.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Kommunikationsvorrichtung zur Installation in einem Fahrzeug zum Aufbauen und Aufrechterhalten von Fahrzeugkommunikationen zwischen Knoten in einer zweisprüngigen Umgebung in einem Fahrzeug-ad-hoc-Netzwerk (VANET), das gemäß einem Medienzugriffssteuerungs-(„MAC”)-Protokoll aufgebaut ist, vorgesehen. Das MAC-Protokoll weist ein Zeitteilungsschema auf, das eine periodische Zeitdauer in eine Mehrzahl indizierter Zeitfenster einer vorausgewählten Zeitlänge unterteilt. Die Kommunikationsvorrichtung weist einen Drahtlossignalempfänger zum Empfangen eines drahtlosen Zeitreferenzsignals an dem Fahrzeug von einer externen Zeitreferenzsignalquelle, welches Zeitreferenzsignal aufeinanderfolgende Zeitmarkierungen, die durch eine Referenzzeitdauer getrennt sind, vorsieht; einen Mikrocontroller, der an den Drahtlossignalempfänger gekoppelt ist, welcher Mikrocontroller einen Zeitgeber aufweist, wobei der Drahtlossignalempfänger an den Mikrocontroller gekoppelt ist und dem Mikrocontroller die Zeitmarkierungen zur Verfügung stellt, welcher Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, den Zeitgeber unter Verwendung der aufeinanderfolgenden Zeitmarkierungen des Zeitreferenzsignals, das von dem Drahtlossignalempfänger empfangen wird, zu kalibrieren und mindestens ein indiziertes Zeitfenster der Kommunikationsvorrichtung zum Nachrichtensenden zuzuordnen; einen Drahtlosnachrichtensendeempfänger, welcher Drahtlosnachrichtensendeempfänger durch den Mikrocontroller zum Senden von Nachrichten in dem zugeordneten mindestens einen ausgewählten Zeitfenster und Empfangen von Nachrichten in anderen Zeitfenstern gesteuert wird; eine Datenkommunikationsschnittstelle, die an einen oder mehrere Sensoren, die auf dem Fahrzeug installiert sind, gekoppelt ist, welcher einer oder welche mehreren Sensoren Statusinformation des Fahrzeugs sammeln; und einen Anwendungsnachrichtenprozessor, der an die Datenkommunikationsschnittstelle und den Mikrocontroller gekoppelt ist, auf, welcher Anwendungsnachrichtenprozessor die Statusinformation, die durch den einen oder die mehreren Sensoren gesammelt wird, verarbeitet und die Statusinformation zu Knotennachrichten für den Mikrocontroller zum Übergeben an den Drahtlosnachrichtensendeempfänger zum Senden während des mindestens einen ausgewählten Zeitfensters, das dem Fahrzeug zugeordnet ist, packt und Nachrichten, die durch den Drahtlosnachrichtensendeempfänger von allen anderen Knoten in der Umgebung in Zeitfenstern, die nicht dem Fahrzeug zugeordnet sind, empfangen werden, verarbeitet.
Gemäß einem Merkmal dieses Aspekts der Erfindung weist die Vorrichtung ferner ein GPS-(globales Positionierungssystem)-Modul auf, welches GPS-Modul den Drahtlossignalempfänger aufweist, wobei das externe Zeitreferenzsignal ein Zeitsignal ist, das durch einen GPS-Satelliten zur Verfügung gestellt wird, und die aufeinanderfolgenden Zeitmarkierungen die 1PPS-(Ein-Puls-pro-Sekunde)-Pulsflanke des GPS-Zeitsignals sind, und das GPS-Modul an den Mikrocontroller und den Anwendungsnachrichtenprozessor zum Zurverfügungstellen von Orts- und Geschwindigkeitsinformation des Fahrzeugs an den Anwendungsnachrichtenprozessor zur Aufnahme in die Statusinformation des Fahrzeugs gekoppelt ist. Die durch den Drahtlossendeempfänger gesendeten Nachrichten weisen die Orts- und Geschwindigkeitsinformation des Fahrzeugs auf, die durch das GPS-Modul zur Verfügung gestellt wird. Als ein weiteres Merkmal weist die Vorrichtung ferner einen Beschleunigungsmesser auf, welcher besagte Beschleunigungsmesser dazu ausgebildet ist, Beschleunigung des Fahrzeugs zu messen und besagte Beschleunigungsdaten dem Anwendungsnachrichtenprozessor zur Aufnahme in die Statusinformation zur Verfügung zu stellen. Die durch den Drahtlossendeempfänger gesendeten Nachrichten weisen die Beschleunigungsdaten auf. Zusätzlich kann die Vorrichtung eine Datenspeichervorrichtung, auf der GPS-Kartendaten gespeichert sind, aufweisen. Der Anwendungsnachrichtenprozessor ist ferner dazu ausgebildet, eine vorhergesagte Bewegungstrajektorie des Fahrzeugs zu berechnen und eine interne Sicherheitsnachricht aus der Orts- und Geschwindigkeitsinformation, den Beschleunigungsdaten und der projizierten Trajektorie des Fahrzeugs und anderer Knoten zu erzeugen. Falls die Sicherheitsnachricht, die durch den Anwendungsnachrichtenprozessor erzeugt wird, drohende Gefahr anzeigt, erzeugt die Kommunikationsvorrichtung eine Warnnachricht (Warnmeldung).
In anderen Aspekten sieht die Erfindung verschiedene Kombinationen und Untermengen der oben beschriebenen Aspekte vor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für die Zwecke der Beschreibung aber nicht Einschränkung werden die vorhergehenden und andere Aspekte der Erfindung in größerem Detail in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, von denen:
1 ein Blockschaubild ist, das die allgemeine Ausgestaltung einer Kommunikationsvorrichtung zum Aufbauen und Aufrechterhalten von Fahrzeugkommunikationen darstellt;
2A ein Datenformat für ein Sendepaket darstellt;
2B eine Knotenumgebung und Übertragungskollision aufgrund von Mobilität von Knoten darstellt;
2C ein Zeitaufteilungs- und Synchronisationsschema gemäß einem MAC-Protokoll, das hierin beschrieben wird, darstellt;
3 Schritte eines Verfahrens für Zeitsynchronisation und Aufbauen und Aufrechterhalten von Fahrzeugkommunikationen zeigt;
3A ein Flussdiagramm ist, das ein Implementierungsdetail von Schritten, die in 3 gezeigt sind, darstellt;
3B ein Flussdiagramm ist, das Schritte darstellt, die zum Vermeiden von Übertragungskollision durchgeführt werden;
3C ein Flussdiagramm ist, das einige Implementierungsdetails von Schritten zum Synchronisieren von Zeitfenstern darstellt;
4 Schritte darstellt, die an dem Ende eines Zeitfensters durch die Kommunikationsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, durchgeführt werden;
5A ein Flussdiagramm ist, das ein Implementierungsdetail von Schritten darstellt, die an dem Ende jedes Zeitfensters für Fenstersynchronisation und Aufrechterhalten von Knotenkommunikation durchzuführen sind;
5B, 5C, 5D, 5E und 5F Flussdiagramme sind, die weitere Implementierungsdetails mehrerer Schritte, die in 5A gezeigt sind, darstellen;
6A und 6B in Flussdiagrammen ein Beispiel von Funktionsschritten darstellen, die durch die Kommunikationsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, durchgeführt werden, wenn das Ende eines Zeitfensters erreicht ist; und
7 ein Blockschaubild ist, das eine Übersicht einer Kommunikations- und Sicherheitsnachrichtenvorrichtung darstellt.
Genaue Beschreibung von Ausführungsformen
Die Beschreibung, die folgt, und die Ausführungsformen, die darin beschrieben sind, sind im Zuge der Veranschaulichung eines Beispiels oder von Beispielen bestimmter Ausführungsformen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Diese Beispiele sind für die Zwecke von Erläuterung und nicht Einschränkung jener Prinzipien und der Erfindung vorgesehen. In der Beschreibung, die folgt, sind ähnliche Teile durchgehend durch die Beschreibung und die Zeichnungen mit denselben jeweiligen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Erfindung ist auf Fahrzeuge und eine Vorrichtung bezogen auf Fahrzeugkommunikationen gerichtet. In der Beschreibung soll von hier an „Fahrzeug” ein sich bewegendes Objekt, ob selbstfahrend oder durch ein anderes selbstfahrendes sich bewegendes Objekt angetrieben, bedeuten und kann unter anderem Straßenfahrzeuge, wie beispielsweise Automobile, Busse, Transport-LKWs, Anhänger oder andere Schwergutfahrzeuge, Schienenfahrzeuge, wie beispielsweise Züge oder einzelne Wagen eines Zugs, Luftfahrzeuge, wie beispielsweise Passagierflugzeuge, Helikopter, unbemannte Luftfahrzeuge (engl. unmanned aerial vehicles, UAVs), oder Schiffe, Boote, Unterwasserfahrzeuge, wie beispielsweise U-Boote, beinhalten. Der Begriff „Fahrzeugkommunikationen” beinhaltet sowohl Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationen (”V2V-Kommunikationen”) als auch Kommunikationen zwischen und unter Fahrzeugen und straßenseitigen Einheiten (engl. road-side-units, „RSU”) (”V2R-Kommunikationen”). Die Fahrzeugkommunikationen sind drahtlos, was unter anderem im Wege von Funksignalen, Infrarotsignalen, Mikrowellensignalen, optischen oder ultravioletten Signalen, Schallsignalen sein kann. In einer Implementierung wird ein Funkspektrum in dem 5,9 GHz-Band, das für dedizierte Kurzreichweitenkommunikationen (engl. Dedicated Short Range Communications, „DSRC”) zugeteilt ist, eingesetzt.
1 ist ein Schaubild, das in einem Blockschaubild die allgemeine Ausgestaltung einer Kommunikationsvorrichtung 100 zum Aufbauen und Aufrechterhalten von Fahrzeugkommunikationen, die das hierin beschriebene Verfahren umsetzt, darstellt. Die Vorrichtung 100 weist einen Mikrocontroller 110, einen Zeitsignalempfänger 112 und einen Drahtlossignalsendeempfänger 114 auf. Der Zeitsignalempfänger 112 ist mit dem Mikrocontroller 110 verbunden und stellt diesem externe Zeitsynchronisationssignale zur Verfügung. Der Drahtlossignalsendeempfänger empfängt und überträgt (sendet) drahtlose Kommunikationssignale über das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk zum Kommunizieren mit umgebenden Knoten (Fahrzeugen und RSUs), wie durch den Mikrocontroller 110 angewiesen.
Der Mikrocontroller 110 kann irgendein Mikrocontroller sein, der konfigurierbar, d. h. programmierbar ist. Der Mikrocontroller 110 kann mit Anweisungen, d. h. einer Folge programmierter Schritte oder Funktionen konfiguriert werden. Die Anweisungen können auf einer Speichervorrichtung 116 des Mikrocontrollers 110 gespeichert werden. Wenn die Anweisungen durch den Mikrocontroller ausgeführt werden, wird er die programmierten Funktionen dazu veranlassen, durchgeführt zu werden. Beispielsweise kann der Mikrocontroller 110 Anweisungen zum Implementieren des VeMAC-Protokolls ausführen.
Der Mikrocontroller 110 weist sowohl Zeitgeber- als auch externe Unterbrechungsmöglichkeiten auf, d. h. ist sowohl zeitgeberunterbrechbar als auch extern unterbrechbar. Er kann unterbrochen werden, wenn Taktzählungen eines internen Taktgebers oder Zeitgebers 118 einen Schwellwert erreichen. Er kann beispielsweise auch durch eine steigende Flanke von Zeitsignalen, die von dem Zeitsignalempfänger 112 empfangen werden, unterbrochen werden. Wenn er unterbrochen wird, führt der Mikrocontroller 110 eine Unterbrechungsdienstroutine (engl. interrupt service routine, „ISR”), die an die entsprechende Unterbrechung gebunden (angehängt) ist, aus.
Der Mikrocontroller 110 weist einen internen Taktgeber oder Zeitgeber 118 auf. Basierend auf der Taktgeberfrequenz des Mikrocontrollers hält der interne Taktgeber oder Zeitgeber 118 die Anzahl von Taktzählungen unter Verwendung eines Taktgeberzählers zum Messen von Zeit, die seit dem Start des Taktgeberzählers verstrichen ist, akkumuliert. Wie anerkannt werden wird, wird verstrichene Zeit, die auf diese Weise bestimmt wird, Ungenauigkeiten aufgrund von Herstellungsinkonsistenzen, die mit jedem Mikrocontroller verbunden sind, oder Ungenauigkeiten, die durch Variationen der Betriebsumgebung verursacht werden, aufweisen. Nichtsdestotrotz tendiert eine derartige Ungenauigkeit für jeden einzelnen Mikrocontroller (oder seinen Zeitgeber) dazu, konsistent zu sein. Beispielsweise falls der Taktgeber eines bestimmten Mikrocontrollers (oder Zeitgeber) um 0,001% zu schnell (d. h. ungenau) ist, tendiert er unter denselben Bedingungen immer dazu, um 0,001% zu schnell zu sein. Es wird anerkannt werden, dass, obwohl der Taktgeber oder Zeitgeber praktischerweise ein interner ist, d. h. in den Mikrocontroller 110 eingebaut ist, der Zeitgeber 118 auch extern von dem Mikrocontroller 110 sein kann, wo es nötig oder wünschenswert ist.
Der Zeitsignalempfänger 112 kann ein Funkwellensignalempfänger, ein Schallwellensignalempfänger, ein Mikrowellensignalempfänger oder irgendein Drahtlossignalempfänger sein, der zum Empfangen des drahtlosen Signals zum Vorsehen (Zurverfügungstellen) der externen Zeitreferenz geeignet ist. Der Zeitsignalempfänger 112 empfängt ein externes Zeitreferenzsignal und stellt aufeinanderfolgende Zeitmarkierungen, die in dem externen Zeitreferenzsignal enthalten sind, dem Mikrocontroller 110 für Zeitsynchronisation, hier Zeitsynchronisation zwischen Knoten in einer Fahrzeugkommunikation, zur Verfügung, wie unten in großem Detail beschrieben werden wird. Wie ebenfalls unten im Detail beschrieben werden wird, kann das externe Zeitreferenzsignal auch durch den Mikrocontroller zum Korrigieren von Zeitfehlern in dem internen Taktgeber oder Zeitgeber 118, die durch seine Ungenauigkeiten verursacht werden, verwendet werden.
Zum Synchronisieren von Knoten in dem Fahrzeugnetzwerk stellt man zunächst eine externe Zeitreferenzsignalquelle zur Verfügung oder wählt sie aus, die all diesen Knoten gemein ist. Das externe Zeitreferenzsignal stellt von Zeit zu Zeit, wie beispielsweise in Ein-Sekunden-Intervallen oder irgendwelchen anderen regelmäßigen (oder unregelmäßigen) Zeitintervallen, eine gemeinsame Zeitreferenz zur Verfügung. Die Zeitreferenz kann als Zeitmarkierungen in dem Zeitreferenzsignal zur Verfügung gestellt werden oder kann auf irgendwelche anderen Weisen vorliegen, die die gegenwärtige Zeit gegenüber allen Knoten, die das Zeitreferenzsignal empfangen, identifizieren. Das Zeitreferenzsignal kann von einer einzelnen Quelle (wie beispielsweise einem einzelnen Satelliten) oder einem Netzwerk synchronisierter Quellen (wie beispielsweise einer Anordnung von Sendetürmen oder Satelliten) zur Verfügung gestellt werden. Praktischerweise stellen Globales-Positionierungssystem-(GPS)-Signale mit ihrem Ein-Puls-pro-Sekunde-(”1PPS”)-Signal als der erforderlichen Zeitmarkierung ein derartiges externes Zeitreferenzsignal zur Verfügung. Der Zeitsignalempfänger 112 kann somit ein GPS-Empfänger sein (wie in 1 angegeben ist), der GPS-Signale als das externe Zeitreferenzsignal empfängt. Im Folgenden werden die 1PPS-Markierungen von GPS-Signalen als ein Beispiel zum Veranschaulichen des externen Zeitreferenzsignals verwendet, obgleich verstanden werden sollte, dass irgendein externes drahtloses Signal, das durch alle Knoten in Fahrzeugkommunikationen empfangen werden kann, als das externe Zeitreferenzsignal verwendet werden kann.
Synchronisation basierend auf externen Zeitreferenzen wird Synchronisation lediglich zu Zeiten zur Verfügung stellen, wenn die Zeitmarkierungen oder andere Zeitsignale durch die Knoten empfangen werden. Zu anderen Zeiten wird jeder Knoten seine eigenen Zeitsignale vorsehen müssen. Zweckmäßigerweise kann jeder Knoten mit einem Mikrocontroller ausgestattet sein, dessen interner Taktgeber für einen derartigen Zweck verwendet werden kann. Es wird jedoch anerkannt werden, dass ein interner Taktgeber Zeitfehler aufweisen kann. Beispielsweise wird ein Mikrocontroller Herstellungsinkonsistenzen aufweisen, welche zu Zeitfehlern führen. Zweitens kann der Mikrocontroller selbst über die Zeit alter, was Ungenauigkeiten seines Taktbetriebs verursachen kann. Drittens können Variationen der Betriebsumgebungsbedingungen eines Mikrocontrollers, wie beispielsweise Batteriespannung, Umgebungstemperatur usw., ebenfalls bewirken, dass die Taktgeberfrequenz abweicht. Somit wird es erforderlich sein, diese Ungenauigkeiten des internen Taktgebers zu kompensieren. Zum Kompensieren kalibriert man zunächst den individuellen Mikrocontroller durch Vergleichen seines internen Taktgebers gegen ein Zeitreferenzsignal. Beispielsweise misst man die Anzahl von Taktgeberzählern zwischen zwei (oder ein paar) Zeitmarkierungen, wie beispielsweise zwischen zwei aufeinanderfolgenden 1PPS-Markierungen eines GPS-Signals zum Kalibrieren des internen Taktgebers.
Zusätzlich zu dem Mikrocontroller 110, dem Zeitsignalempfänger 112 und dem Drahtlossignalsendeempfänger 114 der Vorrichtung 100 kann die Vorrichtung 100 auch einen Physikalische-Schicht-(PHY)-Prozessor 120 (oder ein Physikalische-Schicht-Nachrichtenmodul) aufweisen. Der Physikalische-Schicht-Prozessor 120 ist mit dem Drahtlossignalsendeempfänger 114 und dem Mikrocontroller 110 zum Verarbeiten von Nachrichten, wie beispielsweise Statusnachrichten oder Sicherheitsnachrichten, verbunden. Die Statusnachrichten (oder Statusinformationsnachrichten) und Sicherheitsnachrichten (Sicherheitsmeldungen) (sowohl periodisch gesendete Sicherheitsnachrichten als auch ereignisgesteuerte Sicherheitsnachrichten) können jene anderer Knoten sein und von dem Drahtlossignalsendeempfänger 114 von anderen Knoten empfangen werden. Die Status- und Sicherheitsnachrichten können auch jene sein, die durch die an Bord befindliche Einheit oder Einheiten des Knotens erzeugt werden, die nachfolgend durch den Physikalische-Schicht-Prozessor 120 verarbeitet und in ein für Übertragung durch den Drahtlossignalsendeempfänger 114 geeignetes Format gepackt werden.
Der Physikalische-Schicht-Prozessor 120 ist hauptsächlich für Verarbeitung von Physikalische-Schicht-Aufgaben, wie beispielsweise Kanalkodieren, Trägermodulation, Pulsformen, Leistungsverstärkung, Signalfiltern und Mehrere-Eingaben-mehrere-Ausgaben-(engl. multiple-input-multiple-output, MIMO)-Funktionalitäten, verantwortlich. Beispielsweise kann der Physikalische-Schicht-Prozessor 120 eine Sicherheitsnachricht (die von dem Mikrocontroller 110 empfangen wird) in ein geeignetes Format gemäß dem durch den Sendeempfänger 114 angewendeten Kommunikationsprotokoll packen und die gepackte Sicherheitsnachricht an den Sendeempfänger 114 für Übertragung weiterleiten.
2A stellt das Format einer derartigen Kommunikationsnachricht oder eines Sendepakets dar. Jede Kommunikationsnachricht ist in einen führenden Kopfabschnitt zum Speichern von Steuerungsinformation, wie beispielsweise die für Kollisionserfassung und Zeitfensterbeschaffung erforderliche Information für das VeMAC-Protokoll, und einen Körper oder Nutzdatenabschnitt zum Transportieren von Daten, die zwischen den kommunizierenden Knoten ausgetauscht werden, wie beispielsweise periodischen oder ereignisgesteuerten Sicherheitsnachrichten, aufgeteilt. Die Steuerungsinformation in dem Paketkopffeld enthält gewöhnlicherweise Standardfelder (d. h. Felder, die in dem Paketformat der Mehrheit von MAC-Protokollen existieren), wie beispielsweise die Sendeknoten-MAC-Adresse und die Beabsichtigter-Empfangsknoten-MAC-Adresse (oder Sendeadresse), sowie andere spezifische Informationsfelder, die von dem Typ des eingesetzten MAC-Protokolls abhängen. Für ein VeMAC-Paket ist es wünschenswert, zusätzlich zu den Standardfeldern in den Paketkopf Zeitfensterzuordnungsinformation, wie beispielsweise den Vektor N, der durch den sendenden/übertragenden Knoten erstellt wird (der die Zeitfensterzuordnung in der einsprüngigen Umgebung des Knotens angibt), aufzunehmen, wie später in weiterem Detail beschrieben wird. Ein VeMAC-Paket, das derartige Zeitfensterzuordnungsinformation, wie beispielsweise den Vektor N aufweist, kann zweckmäßigerweise als TYPE1-Paket bezeichnet werden, und ein VeMAC-Paket, das derartige Information nicht aufweist, kann zweckmäßigerweise als ein TYPE2-Paket bezeichnet werden.
Vorrichtung 100 kann auch einen Anwendungsnachrichtenprozessor 122 aufweisen. Der Anwendungsnachrichtenprozessor 122 kann seinen eigenen Mikroprozessor und seine eigene Speichervorrichtung aufweisen. Somit wird beim Ausführen von Anweisungen, die auf seiner Speichervorrichtung gespeichert sind, der Mikroprozessor des Anwendungsnachrichtenprozessors dazu veranlasst, die Funktionen des Anwendungsnachrichtenprozessors 122, die hierin beschrieben werden, durchzuführen. Beispielsweise kann der Anwendungsnachrichtenprozessor 122 seinen Mikroprozessor zum Ausführen von Anweisungen zum Anzeigen einer Warnnachricht veranlassen. Die Warnnachricht kann auf einer Sicherheitsnachricht basieren, die durch den Drahtlossignalsendeempfänger 114 empfangen wird. Anweisungen, die mit dem Anwendungsnachrichtenprozessor 122 verbunden sind, können auch auf der Speichervorrichtung 116 gespeichert werden. Selbstverständlich kann sich, wie verstanden werden wird, der Anwendungsnachrichtenprozessor auch mit dem Physikalische-Schicht-Prozessor denselben Mikrocontroller 110 teilen. Wenn er mit seinem eigenen Mikroprozessor vorgesehen ist, ist der Anwendungsnachrichtenprozessor 122 mit dem Mikrocontroller 110 entweder direkt oder durch andere Prozessoren verbunden und kann z. B. zum Durchführen von Informationssicherheits-, Netzwerkschichtvorgängen oder Transportschichtfunktionalitäten verwendet werden.
Ein Anwendungsnachrichtenprozessor 122 (der optional seinen eigenen Mikrocontroller aufweist) wird allgemein als ein Höhere-Schicht-Prozessor bezeichnet, da er hauptsächlich für Verarbeitung von Aufgaben auf höherer Ebene verantwortlich ist. Der Anwendungsnachrichtenprozessor 122 kann die Zustandsinformation des Fahrzeugs, die von verschiedenen an Bord befindlichen Sensoren, wie beispielsweise Beschleunigungsmesser, Thermometer und GPS-Modul, empfangen wird, in eine Sicherheitsnachricht für den Mikrocontroller 110 zum Senden durch Übergeben der Nachricht an den Physikalische-Schicht (oder Tiefere-Schicht)-Prozessor zum Senden der Fahrzeugzustandsinformation, wie beispielsweise Beschleunigung, Temperatur, Ort, Dimensionen und Geschwindigkeit, packen. Wenn ein GPS-Signal zum Zurverfügungstellen von Zeitreferenz verwendet wird, kann andere Information, wie beispielsweise Orts- und Geschwindigkeitsinformation, aus dem GPS-Signal extrahiert werden. Zusammen mit GPS-Kartendaten kann die vorhergesagte Bewegungstrajektorie des Fahrzeugs aus derartiger Information berechnet werden, die unter Verwendung irgendeines bekannten Verfahrens berechnet werden kann. Diese vorhergesagte Trajektorieninformation kann zusammen mit Orts- und Geschwindigkeitsinformation des Fahrzeugs und umgebender Fahrzeuge zum Vorhersagen drohender Gefahr, wie beispielsweise einer potentiellen Kollision, verwendet werden. Eine interne Sicherheitsnachricht kann zum Alamieren des Bedieners des Fahrzeugs vor dieser Gefahr erzeugt werden. Beispielsweise kann beim Empfangen einer bestimmten Sicherheitsnachricht, ob einer derartigen internen Sicherheitsnachricht oder einer ähnlichen Sicherheitsnachricht von einem nahen Fahrzeug, der Anwendungsnachrichtenprozessor 122 funktionale Schritte zum Anzeigen oder Erzeugen eines hörbaren Warnalarms an den Bediener des Fahrzeugs zum Alarmieren des Bedieners vor der Gefahr eines stehengebliebenen Fahrzeugs in einem Abschnitt einer kurvigen Straße vor dem Fahrzeug ausführen und kann eine Informationsnachricht, wie beispielsweise Entfernung zu dem stehengebliebenen Fahrzeug und die Annäherungsgeschwindigkeit, erzeugen oder anzeigen.
Zum Ermöglichen von Aufbau und Aufrechterhaltung von V2V- oder V2R-Fahrzeugkommunikationen ist es wichtig, dass keinem der zwei Knoten in der Kommunikationsreichweite voneinander oder mit Kommunikationsreichweiten, die beide mindestens einen anderen gemeinsamen Knoten erreichen, erlaubt werden sollte, zu derselben Zeit zu übertragen (senden). Es ist daher hilfreich, eine Umgebung zu definieren, innerhalb derer alle Knoten in direkter Kommunikationsreichweite oder in direkter Kommunikationsreichweite mit mindestens einem gemeinsamen Knoten auch innerhalb dieser Umgebung sind. Diese Umgebung kann in Bezug auf eine ”zweisprüngige Menge” (engl. two-hop set) oder kurz THS definiert werden. Ein THS ist eine Menge von Knoten, in der jeder Knoten einen beliebigen anderen Knoten in höchstens zwei Sprüngen erreichen kann, wobei gesagt wird, dass ein Knoten einen anderen Knoten in einem „Sprung” erreicht, falls die zwei Knoten in der direkten Kommunikationsreichweite voneinander sind, d. h., direkt kommunizieren können. Ein derartiger THS sieht zweckmäßigerweise eine zweisprüngige Umgebung eines lokalen Knotens vor.
Somit werden zum Ermöglichen von Aufbau und Aufrechterhaltung von V2V- oder V2R-Fahrzeugkommunikationen alle Knoten innerhalb der Kommunikationsreichweite zeitsynchronisiert werden müssen, so dass die Knoten in dem Zeitteilungsschema übereinstimmen können, d. h., die Zeit in indizierte Zeitfenster unterteilen und verschiedene Knoten verschiedener indizierter Zeit zu dem Zweck von Übertragung von Nachrichten zuordnen. Zeitsynchronisation ermöglicht den Knoten, Nachrichten in ihren jeweiligen zugeordneten Zeitfenstern zu senden und zu empfangen.
2B(a) zeigt eine typische Knotenausgestaltung, wo eine Gruppe von Knoten durch eine Ellipse umgeben wird, falls und nur falls zwei beliebige Knoten in der Gruppe in der Kommunikationsreichweite voneinander sind. Knoten x, y und w sind verschiedenen Zeitfenstern zugeordnet, da sie alle Mitglieder derselben ersten THS-Umgebung, THS1, sind. Andererseits wird Fahrzeugen x und z erlaubt, auf dasselbe Zeitfenster in einem Rahmen zuzugreifen, da sie nicht in Kommunikationsreichweite miteinander sind und sie daher nicht zu derselben THS gehören. Wenn sich jedoch Fahrzeug x zu der zweiten THS-Umgebung, THS2, bewegt, wie in 2B(b) gezeigt ist, wird die Übertragung der Sicherheitsnachrichten von Fahrzeugen x und z in dem ersten Rahmen bei Fahrzeug y kollidieren. In diesem Fall erfasst jedes der Fahrzeuge x und z die Übertragungskollision und beschafft ein anderes verfügbares Zeitfenster in dem zweiten Rahmen. Die Übertragungskollisionserfassung durch Fahrzeuge x und z wird über die Steuerungsinformation, die durch Fahrzeug y über sein beschafftes Zeitfenster in dem zweiten Rahmen gesendet wird, erreicht.
Zeitsynchronisation zwischen den Knoten kann zweckmäßigerweise durch Synchronisation des ersten Zeitfensters jedes Rahmens zwischen allen Knoten in einer THS-Umgebung erreicht werden. Außerdem können nach mehreren Rahmen Knoten unter Verwendung des externen Zeitsignals, wie beispielsweise einem GPS Signal, lediglich an dem ersten Zeitfenster des ersten Rahmens neu synchronisiert werden. Insbesondere kann der Start oder die steigende Flanke jeder GPS-Sekunde ein derartiges geeignetes Signal sein. Zweckmäßigerweise stellen die meisten GPS-Empfänger ein derartiges 1PPS-(Ein-Puls-pro-Sekunde)-Signal zur Verfügung, das als Zeitmarkierungen eines Zeitreferenzsignals verwendet werden kann.
Im Folgenden wird VeMAC in Beispielen als ein MAC-Protokoll zum Aufbauen und Aufrechterhalten von Fahrzeugkommunikationen zwischen Knoten innerhalb Kommunikationsreichweite verwendet, es wird jedoch verstanden werden, dass andere MAC-Protokolle ebenfalls eingesetzt werden können. Gemäß VeMAC überträgt jeder Knoten Signale an alle anderen Knoten innerhalb der Kommunikationsreichweite des Knotens, aber lediglich und immer in seinen zugeordneten Zeitfenstern. Gemäß einem bestimmten Zeitteilungsschema sind Fenster in Rahmen gruppiert. Jedem Knoten muss mindestens ein Zeitfenster in einem Rahmen zugeordnet sein. Daher können Signale von einem Knoten in dem (den) zugeordneten Zeitfenster(-n) während jedes Rahmens übertragen (gesendet) werden. Oder, falls auf andere Weise betrachtet, teilt das Zeitaufteilungs- oder -teilungsschema eine periodische Zeitdauer in Rahmen auf, und jeder Rahmen wird weiter in indizierte Zeitfenster unterteilt. In dem Folgenden wird angenommen, dass es eine ganzzahlige Anzahl von Rahmen während jeder Sekunde (oder jeder GPS-Sekunde, wie durch aufeinanderfolgende 1PPS-Signale in einem GPS-Signal bestimmt ist) gibt und jeder Rahmen immer eine konstante ganzzahlige Anzahl von Zeitfenstern aufweist, wobei alle Zeitfenster dieselbe feste Zeitdauer aufweisen. Dieses Zeitaufteilungs- und Synchronisationsschema, das für VeMAC geeignet ist, ist in 2C dargestellt.
Aber es wird verstanden werden, dass dieses bestimmte Zeitaufteilungsschema nicht erforderlich ist, solange jeder Knoten in dem Beginn und Ende jedes indizierten Zeitfensters und des Rahmens übereinstimmen kann. Ferner kann das Kommunikationsprotokoll auch irgendein anderes Protokoll sein, das auf Unterteilen von Zeitintervallen in mehrere Zeitfenster, die feste Zeitdauern aufweisen oder nicht aufweisen können, basiert. Nichtsdestotrotz wird zur Vereinfachung der Darstellung dieses Zeitaufteilungsschema in der Beschreibung, die folgt, angenommen werden.
Bezugnehmend auf 3 ist ein Kommunikationsverfahren dargestellt, das für Zeitsynchronisation und zum Aufbauen und Aufrechterhalten von Kommunikation in einem VANET verwendbar ist. Das Verfahren verwendet einen Mikrocontroller 110, der einen internen Taktgeber oder Zeitgeber 118 aufweist, und einen Referenzzeitsignalempfänger 112, wie beispielsweise einen GPS-Empfänger, für Synchronisation. Das Synchronisationsverfahren kalibriert und kompensiert Ungenauigkeit (z. B. aufgrund von Herstellungsfehlern oder Inkonsistenzen) in dem nominellen Wert der Taktgeberfrequenz des Mikrocontrollers (MCU) oder Zeitgebers, der an einem bestimmten Knoten verwendet wird.
Das Verfahren weist drei Hauptprozeduren auf: Initialisierung, Fenstersynchronisationseinrichtung und MAC-Protokollbetrieb, hier VeMAC-Betrieb. Der Mikrocontroller ist dazu ausgebildet, d. h. programmiert, das Verfahren umzusetzen, d. h., diese drei Prozeduren in dieser Reihenfolge auszuführen. In der Initialisierungsprozedur werden alle globalen Variablen und Konstanten deklariert und initialisiert, und alle Funktionen und Unterbrechungsdienstroutinen (ISRs), die für die anderen zwei Prozeduren erforderlich sind, werden definiert. In der Fenstersynchronisationseinrichtungsprozedur werden ISRs an den Mikrocontroller gebunden und ihre erforderlichen Variablen initialisiert. In der MAC-Protokollbetriebsprozedur werden Zeitfenstersynchronisation und Zeitfensterzuordnung durchgeführt, mit Synchronisationsfehlern korrigiert, Sendekollisionen erfasst und Nachrichten übertragen (gesendet), empfangen und verarbeitet.
Nun bezugnehmend auf 3 ist der erste Schritt, den Zeitgeber 118 zu kalibrieren (Schritt 310). Die Kalibration ist, irgendwelche Zeitungenauigkeiten, die dem Zeitgeber 118 inhärent sind, im Vergleich zu dem externen Zeitsignal, hier dem GPS-Signal, zu korrigieren. Wie anerkannt werden wird, nimmt man hier an, dass das GPS-Signal (oder irgendein externes Zeitreferenzsignal) genaue Zeitinformation zur Verfügung stellt und irgendeine Diskrepanz zwischen der Zeitinformation, die durch das GPS-Signal zur Verfügung gestellt wird, und jener, die durch den Zeitgeber 118 zur Verfügung gestellt wird, sich aus Ungenauigkeiten des Zeitgebers 118 ergibt. Dies muss nicht der Fall sein. Zeitgeber 118 kann tatsächlich genauer als das GPS-Signal sein, wenn er mit einem dritten, Standardzeitsignal verglichen wird. Nichtsdestotrotz wird irgendeine Diskrepanz zwischen dem Zeitsignal des Zeitgebers und dem Zeitsignal des GPS-Signals als sich aus Ungenauigkeit aufseiten des Zeitgebers, nicht der GPS-Signale, ergebend gelten. Daher kann die Kompensation auch genauer beschrieben werden als Korrigieren von Diskrepanzen zwischen dem Zeitsignal des Zeitgebers (oder des Mikrocontrollers) und dem Zeitsignal, das durch die Zeitmarkierungen durch das externe Zeitreferenzsignal zur Verfügung gestellt wird, und nicht als Kompensieren der Ungenauigkeiten oder Korrigieren von Fehlern des Zeitgebers (oder des Mikrocontrollers). Nichtsdestotrotz wird für die Einfachheit der Beschreibung diese Kompensation als Kompensieren der Ungenauigkeiten oder Korrigieren von Fehlern des Zeitgebers (oder des Mikrocontrollers) behandelt.
Zum Kalibrieren ist der erste Schritt, einen durchschnittlichen Synchronisationsfehler, der durch den MCU-Zeitgeber eingeführt wird, zu berechnen. Hier bezieht sich Synchronisationsfehler auf die absolute Differenz zwischen einer Zeitdauer, die durch die MCU berechnet wird, z. B. Zeitdauer, die zwischen der Ankunft zweier aufeinanderfolgender Zeitmarkierungen des externen Zeitreferenzsignals (z. B. zwischen der Ankunft zweier aufeinanderfolgender ansteigender Flanken des GPS-1PPS-Signals) verstrichen ist, und der tatsächlichen Zeit, die zwischen der Ankunft derselben zwei aufeinanderfolgenden Zeitmarkierungen basierend auf dem externen Zeitreferenzstandard (z. B. GPS-Zeitstandard oder -takt) verstrichen ist. In Bezug auf das GPS-1PPS-Signal als eine Zeitmarkierung kann der durchschnittliche Synchronisationsfehler (pro GPS-Sekunde) durch Summieren der Synchronisationsfehler über eine Dauer mehrerer MCU-Sekunden (oder SYNC_SEC Sekunden) und anschließendes Teilen der Summation durch SYNC_SEC bestimmt werden. Daher kann durch Teilen dieses durchschnittlichen Synchronisationsfehlers pro Sekunde durch die gesamte Anzahl von Zeitfenstern pro Sekunde, NUM_SLOT_SEC, der durchschnittliche Fehler in der Fensterdauer, der durch die MCU berechnet wird, basierend auf ihrem internen Taktgeber (im Vergleich zu der tatsächlichen Fensterdauer basierend auf der externen Zeitreferenz) erhalten werden. Dieser durchschnittliche Fehler in der Fensterdauer wird dann zum Anpassen der tatsächlichen Dauer, die für ein Zeitfenster benötigt wird, SLOT_DUR, die für die MCU definiert ist, verwendet.
3A stellt bestimmte Implementierungsdetails der Schritte 310–330 gemäß einer bestimmten detaillierten Implementierung dar. Der durchschnittliche Synchronisationsfehler pro Sekunde wird zunächst über eine Dauer von mehreren Sekunden (oder SYNC_SEC Sekunden) berechnet und in einer Variable namens avg_extra_time_sec gespeichert. Der Wert von avg_extra_time_sec ist positiv (negativ), wenn der MCU-Zeitgeber schneller (langsamer) als die für eine perfekte Synchronisation mit dem 1PPS-Signal erforderliche Geschwindigkeit zählt; und der absolute Wert von avg_extra_time_sec hängt hauptsächlich von dem Herstellungsfehler in dem nominellen Wert der MCU-Taktgeberfrequenz ab. Den Wert von avg_extra_time_sec gegeben, wird der SLOT_DUR-Wert zum Kompensieren des durchschnittlichen Synchronisationsfehlers angepasst, d. h., adj_slot_dur = SLOT_DUR + avg_extra_time_sec / NUM_SLOT_SEC. (1)
Auf diese Weise wird, falls der MCU-Zeitgeber schneller (langsamer) als erforderlich ist, SLOT_DUR, die für die MCU definiert ist, um den Betrag von | avg_extra_time_sec / NUM_SLOT_SEC| erhöht (verringert), was die durchschnittliche zusätzliche (geringere) Zeit, die der MCU-Zeitgeber pro Sekunde infolge des Herstellungsfehlers in der MCU-Taktgeberfrequenz berechnet, kompensiert.
Während der Fenstersynchronisationseinrichtungsprozedur wird zum Durchführen von Fenstersynchronisation während des VeMAC-Betriebs zunächst eine Zeitgeber-ISR, slot_timer(), gebunden (Schritt 320) und dann wird eine Externes-Zeitsignal-ISR, pps_sync(), gebunden (Schritt 330). Die slot_timer()-ISR wird an den MCU-Zeitgeber zum periodischen Angeben des Endes eines Zeitfensters mit einer Periode gleich dem adj_slot_dur-Wert gebunden. Da der adj_slot_dur-Wert in (1) zum Kompensieren des durchschnittlichen Synchronisationsfehlers pro Sekunde berechnet wird, ist es wahrscheinlich, dass ein restlicher Synchronisationsfehler existiert, der durch die MCU bei der Ankunft jeder steigenden Flanke des 1PPS-Signals berechnet wird. Insofern der restliche Synchronisationsfehler viel kleiner als der adj_slot_dur-Wert ist, und vorausgesetzt, dass jede GPS-Sekunde eine ganzzahlige (feste) Anzahl von Rahmen enthält, ist es tendenziell wahr, dass jede steigende Flanke des 1PPS-Signals entweder geringfügig vor dem Ende des letzten Zeitfensters in dem letzten Rahmen einer Sekunde oder geringfügig nach dem Start des ersten Zeitfensters in dem ersten Rahmen einer Sekunde ankommt. In beiden Fällen kann ein beliebiger restlicher Synchronisationsfehler in der pps_sync()-ISR durch Neustarten des MCU-Zeitgebers und (nur für den ersteren Fall) Angeben des Endes des gegenwärtigen Zeitfensters eliminiert werden. Die Schritte des Bindens dieser zwei ISRs und des Synchronisierens von Zeitfenstern in einem Zeitrahmen sind in 3A mit mehr Detail dargestellt.
3B stellt in einer Flussdiagrammform weitere Details von Schritten dar, die durch die pps_sync()-ISR zum Durchführen von Fenstersynchronisation während der VeMAC-Betriebsprozedur durchgeführt werden. In 3B ist slot_sec ein Zeitgeberzähler, der durch die pps_sync()-ISR zum Verfolgen der gesamten Anzahl von Zeitfenstern, die durch die MCU seit Ankunft der jüngsten Zeitmarkierung angesammelt werden, verwendet wird. Dies ist das jüngste 1PPS-Signal, d. h. der Beginn der GPS-Sekunde, wenn das GPS-Signal als externe Zeitreferenz verwendet wird. Die Variable end_of_slot ist eine boolesche Variable, die durch die pps_sync()-ISR zum Angeben des Endes des gegenwärtigen Zeitfensters verwendet wird, und start_vemac ist eine boolesche Variable, die durch die pps_sync()-ISR zum Angeben des Starts der VeMAC-Betriebsprozedur verwendet wird. Schritte, die in 3A und 3B dargestellt sind, werden als nächstes weiter im Detail beschrieben.
Bezugnehmend auf 3 und 3A startet, nachdem die zwei ISRs gebunden sind, die VeMAC-Betriebsprozedur bei der Ankunftszeit der ersten steigenden Flanke des 1PPS-Signals, d. h., wenn die nächste Zeitmarkierung empfangen wird (Schritt 340). Bei diesem Schritt werden Zeitgeber und Zeitgeberzähler zurückgesetzt und der nächste Zeitzähler (oder Zeitzyklus) wird neu gestartet.
Das Ende jedes Zeitfensters kann durch den Wert des Zeitgeberzählers identifiziert werden. Jedes Zeitfenster wird enden, d. h., der Mikrocontroller wird unterbrochen werden und wird bestimmte Aufgaben, die mit dem Fensterende assoziiert sind, durchführen, wenn der Wert des Taktgeberzählers den entsprechenden Wert des angepassten Werts der Fensterdauer, adj_slot_dur, erreicht (Schritt 350). Somit wird der Beginn des nächsten Zeitfensters, der gleich dem Ende des gegenwärtigen Zeitfensters ist, dadurch markiert, dass der Taktgeberzähler einen Wert erreicht, der adj_slot_dur entspricht. Zweckmäßigerweise oder alternativ kann man zum Bestimmen des Endes des Zeitfensters auch einen Zähler festlegen, der bis zu der Hälfte dieses Werts hochzählt und dann auf Null herunterzählt.
Wie angemerkt wurde, wird der Mikrocontroller auf das Ende des Zeitfensters warten (Schritt 350), und wenn das Zeitfensterende erreicht wird, wird der Mikrocontroller 110 bestimmte Aufgaben durchführen, die durch die angebundene ISR programmiert sind. Zunächst ist der Mikrocontroller 110 dazu ausgebildet, irgendwelche Aufgaben oder Nachrichten bei Schritt 360 in Bezug auf das gegenwärtige Zeitfenster (auch in Bezug auf prev_slot, wenn von einer Zeit nach dem Ende des gegenwärtigen Zeitfensters betrachtet) durchzuführen. Als nächstes ist der Mikrocontroller 110 dazu ausgebildet, Übertragungs-/Sende- und Empfangsdatensätze in Bezug auf das gegenwärtige Zeitfenster (auch als prev_slot bezeichnet) zum Erfassen eines Übertragungskollisionszustands, d. h., zum Bestimmen, ob irgendeine Übertragungskollision in irgendeinem vorhergehenden Zeitfenster, auf das der Knoten zugegriffen hat, stattgefunden hat oder während eines zukünftigen Zeitfensters, auf das der Knoten plant zuzugreifen, stattfinden würde, abzusuchen. Bei Erfassen eines derartigen Kollisionszustands ordne Zeitfenster zum Vermeiden von Übertragungskollision neu zu, d. h., wähle das/die Zeitfenster ab und wähle (ein) andere(-s) Zeitfenster neu aus (Schritt 370). Selbstverständlich sollten die neu ausgewählten Zeitfenster die nicht durch andere Knoten ausgewählten, d. h. unbelegten Fenster sein.
Bezugnehmend auf 3B wird dies vorgenommen, indem zunächst eine Umgebung des Knotens definiert wird, d. h. eine Menge von Knoten, die der betreffende Knoten in einer bestimmten Anzahl von Sprüngen erreichen kann. Eine derartige Umgebung kann eine THS-Umgebung sein. Sendeinformation von Knoten in dieser Umgebung kann aus der Steuerungsinformation erhalten werden, die jeder Knoten in die Sendepakete aufnimmt, wie in 2A gezeigt ist.
Zum Unterstützen des VeMAC-Protokolls überträgt oder sendet jeder Knoten diese Zeitfensterzuordnungsinformation in dem Steuerungsinformationsteil eines Sendepakets. Diese Zeitfensterzuordnungsinformation kann in einem Vektor N gespeichert sein, dessen Elemente VeMAC-IDs von einsprüngigen Nachbarn enthalten, von denen Pakete in den vorhergehenden FRAME_LEN Zeitfenstern empfangen wurden (wobei FRAME_LEN die Anzahl von Zeitfenstern pro Rahmen gemäß einem VeMAC-Protokoll ist). Genauer gesagt kann dieser Vektor N sein Element i auf x gesetzt aufweisen, wobei x die VeMAC-ID eines einsprüngigen Nachbars ist, der auf das Zeitfenster i zugegriffen hat, oder sein Element i zum Angeben, dass der Knoten kein Paket während Zeitfenster i empfangen hat, auf 0 gesetzt aufweisen. Somit kann Information von Zeitfenstern, die durch alle anderen Knoten in einer einsprüngigen Umgebung verwendet werden, durch jeden Knoten unter Verwendung von Steuerungsinformation, die von allen anderen Knoten in der einsprüngigen Umgebung empfangen wird, erstellt werden. Daraus kann man auch eine Größe zum Vorhalten von Information über die Zeitfenster, die durch alle Knoten in einer zweisprüngigen Umgebung verwendet werden, erstellen. Zu diesem Zweck kann man zweckmäßigerweise eine Matrix U, ein zweidimensionales Array (Datenfeld) von Dimension FRAME_LEN × FRAME_LEN erstellen, das die einsprüngige Umgebungsinformation enthält, die durch den Knoten von seinen einsprüngigen Nachbarn in den letzten FRAME_LEN Zeitfenstern empfangen wird. Die k-te Spalte von U stellt somit den Vektor N dar, der durch den Knoten von einem einsprüngigen Nachbarn in dem Zeitfenster k empfangen wird. Falls bei einem bestimmten Zeitfenster der Knoten kein Paket empfangen hat, wird die entsprechende Spalte vollständig auf Nullen gesetzt. Der Vektor N und die Matrix U werden durch jeden Knoten an dem Ende jedes Zeitfensters aktualisiert.
3B stellt ein Verfahren von Erfassen und Vermeiden von Übertragungskollision dar, das bei Schritt 370 ausgeführt werden kann. Die Sendeinformation aller Knoten in der Umgebung wird zum Bestimmen, ob irgendein anderer Knoten versucht hat, auf dasselbe Zeitfenster, das dem gegenwärtigen Knoten zugeordnet ist, zuzugreifen, abgesucht (Schritt 1310). Falls dies stattgefunden hat, gibt es eine Übertragungskollision (Schritt 1320). Übertragungsinformation über andere Knoten wird auch zum Bestimmen, ob für das nächste Zeitfenster, während dessen der gegenwärtige Knoten übertragen (senden) wird, irgendwelche anderen Knoten auf dasselbe Zeitfenster, das dem gegenwärtigen Knoten zugeordnet ist, zugreifen würden, abgesucht. Falls dies der Fall ist, wird es ebenfalls eine Übertragungskollision geben (Schritt 1330). Wenn vergangene oder zukünftige Übertragungskollision erfasst wird, d. h., falls der gegenwärtige Knoten ein Zeitfenster oder Zeitfenster, das/die durch andere Knoten verwendet werden, verwendet hat oder verwenden würde, werden (ein) Zeitfenster für den gegenwärtigen Knoten, wo Übertragungskollision stattgefunden hat oder stattfinden würde, zum Beseitigen jeglicher Übertragungskollision neu zugeordnet (Schritt 1340). Das Zeitfenster kann einem anderen verfügbaren Fenster neu zugeordnet werden, wie beispielsweise dem nächsten verfügbaren Zeitfenster. Ein Zeitfenster ist verfügbar, falls es nicht irgendeinem Knoten in der Umgebung, wie beispielsweise einer THS-Umgebung, zugeordnet ist. Der Knoten kann einem zufällig ausgewählten Fenster zugeordnet werden, das verfügbar ist. Abgesehen von zufälligem Auswählen eines verfügbaren Zeitfensters kann ein beliebiger anderer wünschenswerter Auswahlmechanismus verwendet werden. Diese Zeitfensterauswahl wird dann in die Steuerungsinformation (als ein Eintrag in dem N-Vektor des gegenwärtigen Knotens) aufgenommen, wenn der gegenwärtige Knoten als nächstes ein TYPE1-Paket sendet, so dass alle anderen Knoten in der Umgebung seine Zeitfensterzuordnungsinformation haben werden.
Wieder bezugnehmend auf 3 wird der Mikrocontroller nach Vermeiden aller Übertragungskollisionen (die in der Vergangenheit erfasst wurden und in der Zukunft erwartet werden), falls das nächste Zeitfenster unter den Zeitfenstern ist, die dem Knoten zugeordnet sind, den Drahtlossignalsendeempfänger 114 dazu veranlassen, irgendwelche Nachrichten in dem nächsten Zeitfenster zu übertragen, falls irgendeine oder irgendwelche darauf wartet bzw. warten, übertragen zu werden (Schritt 380). Nachdem er diese Aufgaben durchgeführt hat, wird der Mikrocontroller zu Schritt 350 zum Warten auf das Ende des nächsten Zeitfensters zurückkehren (Schritt 392), bevor die nächste Zeitmarkierung ankommt (z. B. bevor die gegenwärtige GPS-Sekunde endet). Wenn die gegenwärtige GPS-Sekunde endet, was beispielsweise durch die Ankunft des nächsten 1PPS-Signals angegeben wird, wird der Mikrocontroller 110 zum Starten eines neuen Zeitzyklus (oder GPS-Sekunde) zu dem Beginn dieser Schleife zurückkehren (Schritt 394) und den Zeitgeber und Zeitgeberzähler zurücksetzen (Schritt 340). Die Details von Schritten, die bei der Ankunft einer Zeitmarkierung durchgeführt werden, werden in 3C weiter dargestellt.
Bezugnehmend auf 3C startet der Mikrocontroller bei der Ankunft einer Zeitmarkierung neu einen neuen Zeitzyklus. Er startet zunächst seinen Zeitgeber oder MCU-Zeitgeber 118 neu (Schritt 2310). Als nächstes verwirft er jegliche anhängige Unterbrechungsanfrage von dem MCU-Zeitgeber 118 (Schritt 2320), mit anderen Worten jegliche MCU-Zeitgeberunterbrechungsanfragen, die gleichzeitig mit der externen Unterbrechungsanfrage oder während der Ausführung der pps_sync()-ISR ankommen. Als nächstes prüft der Mikrocontroller, ob die Zeitmarkierung während des letzten Zeitfensters des letzten Rahmens in einer Sekunde angekommen ist (d. h., wenn slot_sec = NUM_SLOT_SEC-1), wie basierend auf dem Mikrocontrollerzeitgeber bestimmt wird. In diesem Fall gibt der Mikrocontroller ein frühes Ende des gegenwärtigen Zeitfensters durch Festlegen von end_of_slot=Wahr an, was äquivalent zum absichtlichen Beenden von Schritt 350 ist, nachdem der Mikrocontroller die pps_sync()-ISR ausführt, so dass die Aufgaben, die mit dem Ende des gegenwärtigen Zeitfensters assoziiert sind (d. h. Schritte 360–380), durchgeführt werden und das erste Zeitfenster des ersten Rahmens in einer Sekunde (d. h. das nächste Zeitfenster), das mit der Zeitmarkierung abgestimmt wird, gestartet wird. Andererseits wird die Zeitmarkierung, falls slot_sec ≠ NUM_SLOT_SEC-1, als während des ersten Zeitfensters des ersten Rahmens in einer Sekunde angekommen betrachtet, wie basierend auf dem Mikrocontrollerzeitgeber bestimmt wird. In diesem Fall ist der Neustart des MCU-Zeitgebers (Schritt 2310) zum Abstimmen des ersten Zeitfensters des ersten Rahmens in einer Sekunde (d. h. des gegenwärtigen Zeitfensters) mit der Zeitmarkierung ausreichend, und der Mikrocontroller muss die end_of_slot-Variable nicht ändern (d. h., beendet das gegenwärtige Zeitfenster nicht absichtlich). Sobald das Ende erreicht ist (Schritt 2330), wird eine Variable start_vemac, die den Start der VeMAC-Prozedur angibt, auf wahr gesetzt (Schritt 2340). Setzen der start_vemac-Variable auf wahr dient zum Informieren anderer Funktionen über den ursprünglichen Start der VeMAC-Prozedur und zum Abstimmen des ursprünglichen Starts der VeMAC-Prozedur mit der Ankunft der Zeitmarkierung, d. h. mit dem Start des ersten Zeitfensters des ersten Rahmens in einer Sekunde (Schritte 2350 und 340).
Bezugnehmend auf 4, 5A–5F, 6A und 6B wird dies weiter mit weiteren Details in Bezug auf eine genaue Implementierung erläutert. An dem Ende eines Zeitfensters (Schritt 410) ist der Mikrocontroller dazu ausgebildet, jegliche Aufgaben oder Nachrichten in Bezug auf das gegenwärtige Zeitfenster (auch als prev_slot bezeichnet) zu verarbeiten. Diese Aufgaben weisen in Bezug auf 4 auf:
Schritt 420: Lesen jeglicher Sicherheitsnachricht, die in diesem Zeitfenster von der PHY-Schicht empfangen wurde, und Speichern derselben in der Speichervorrichtung und anschließendes Übergeben der empfangenen Sicherheitsnachricht an den Anwendungsnachrichtenprozessor 122; der Anwendungsnachrichtenprozessor 122 wird gemäß der empfangenen Sicherheitsnachricht eine Folge von Schritten ausführen, wie beispielsweise eine Warnnachricht anzeigen, einen Alarm erzeugen oder einen Steuerungsmanöverbetrieb des Fahrzeugs ausführen.
Schritt 430: Erfassen eines Blockierungszustands und Neuzuordnen von Zeitfenstern für den Knoten zur Verwendung in der Zukunft. Das „Blockierungsproblem” ist ein Ausdruck, der zum Angeben einer unerwünschten Zeitfensterzuordnung verwendet wird, in der mehr als ein Knoten in derselben Kommunikationsreichweite (innerhalb desselben Kommunikationsbereichs) auf jedes der verwendeten Zeitfenster zugreifen, was eine durchgehende Übertragungskollision aller gesendeten Sicherheitsnachrichten zur Folge hat. Beispielsweise können alle Knoten dasselbe Zeitfenster oder dieselbe Menge von Zeitfenstern zum Senden auswählen. Infolgedessen übertragen alle Knoten während der belegten Zeitfenster, so dass keiner des Knotens oder einige der Knoten irgendeine Nachricht während eines Rahmens empfangen. Eine Technik zum Erfassen dieses Zustands ist, zu prüfen, ob es einem Knoten für eine bestimmte Zeitdauer länger als ein bestimmter Schwellwert missglückt ist, erfolgreich ein Paket von irgendeinem Nachbarknoten zu empfangen. Wenn ein derartiger Blockierungszustand erfasst wird, werden alle Zeitfenster, die dem Knoten zugeordnet sind, freigegeben, und andere Zeitfenster werden diesem Knoten zugeordnet, so dass er während einiger dieser freigegebenen Fenster abhört, d. h., Nachrichten empfängt, wenn andere Knoten senden.
Schritt 440: Erfassen eines Übertragungskollisionszustands, falls das Zeitfenster zum Empfangen eines Pakets verwendet wurde, und Neuzuordnen eines Zeitfensters, falls Übertragungskollision in einem Zeitfenster aufgetreten ist, auf das der Knoten zugegriffen hat, oder erwartet wird, in einem Zeitfenster aufzutreten, auf das der Knoten plant, in der Zukunft zuzugreifen (aber noch nicht zugegriffen hat). Ein Übertragungskollisionszustand tritt auf, falls ein oder mehrere andere Knoten dasselbe Zeitfenster für Übertragung verwendet haben. Die Information über Fenster, die allen Knoten in der einsprüngigen Umgebung zugeordnet sind, d. h. den Knoten, von denen der vorliegende Knoten Pakete in den vorhergehenden FRAME_LEN Fenstern empfangen hat (wobei FRAME_LEN die Anzahl der Zeitfenster pro Rahmen angibt), wird in dem Steuerungsnachrichtenabschnitt einer Nachricht mindestens einmal in jedem Rahmen übertragen (siehe 3). Diese Information kann in Vektor N und Matrix U gespeichert werden, wie in Verbindung mit dem Datenformat, das in 2A dargestellt ist, beschrieben worden ist. Unter Verwendung dieser Information wird dem Knoten, falls irgendein Zeitfenster, das einem anderen oder anderen Knoten zugeordnet ist, identisch mit den Zeitfenstern ist, auf die der Knoten in den vorhergehenden FRAME_LEN Fenstern zugegriffen hat oder plant, in der Zukunft zuzugreifen, ein anderes Zeitfenster für zukünftige Kommunikation, d. h. für den nächsten und nachfolgende Zeitrahmen zugeordnet. Beim Zuordnen eines anderen Zeitfensters für zukünftige Verwendung zu dem Knoten wird darauf geachtet, dass das zugeordnete Zeitfenster immer aus Zeitfenstern ausgewählt wird, die für diesen Knoten verfügbar sind, nämlich Zeitfenstern, die gemäß Fensterzuordnungsinformation, die durch diesen Knoten empfangen wird, wie beispielsweise der Fensterzuordnungsinformation, die in Vektor N und Matrix U gespeichert ist, nicht durch andere Knoten in seiner Umgebung, wie beispielsweise in seiner zweisprüngigen Umgebung, verwendet werden (d. h., diesen zugeordnet sind). Dies wird in Bezug auf 5A–5F, 6A und 6B weiter erläutert. Aber zunächst wird verstanden werden, dass, obwohl 4 Schritte 420, 430 und 440 in einer aufeinanderfolgenden Weise zeigt, diese Schritte nicht in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden müssen. Ferner müssen abhängig von den erfassten Zeitfensterübertragungsbedingungen einige der Fensterneuzuordnungsschritte (beispielsweise zum Vermeiden von Kollision oder Blockierung) nicht durchgeführt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Zeitfenster inaktiv war und somit keine Aktion für Übertragungskollisionsvermeidung erforderlich wäre.
5A–5F, 6A und 6B zeigen in einer Flussdiagrammform ein bestimmtes Implementierungsbeispiel. Gemäß dieser bestimmten Implementierung werden an dem Ende jedes Zeitfensters zwei Haupt-VeMAC-Funktionen durch die MCU 110 in Folge ausgeführt: prev_slot_handler() und next_slot_handler(). Der Ablauf der prev_slot_handler()-Funktion und weitere Details dieser Funktion und der anderen Funktionen, die sie aufruft, nämlich VeMAC_recv(), avoid_fut_collision(), avoid_deadlock(), detect_collision() und update_fut_slot() werden respektive in 5A–5F weiter dargestellt. Details der next_slot_handler()-Funktion und der VeMAC_send()-Funktion, die sie aufruft, sind respektive in 6A und 6B dargestellt.
Eine Tabelle, nämlich Tabelle 1 ist hierin zum weiteren Erläutern der Konstanten, Variablen und ISRs, die in diesen Figuren, nämlich 5A–5F, 6A und 6B, verwendet werden, vorgesehen. In Tabelle 1 stellt ein Wert, der zwischen Klammern unter einer bestimmten Variable angegeben ist, den anfänglichen Wert der Variable dar. Ein anfänglicher Wert, der zwischen geschweiften Klammern angegeben ist, dient zum Angeben des anfänglichen Werts aller Elemente eines Vektors oder eines Arrays.

Tabelle 1: Liste von Konstanten, Variablen und ISRs und ihre kurze Beschreibung
Bezugnehmend auf 3A wird eine Variable end_of_slot an dem Ende jedes Zeitfensters durch die slot_timer()-ISR zum Angeben an andere Funktionen, dass das Ende eines Zeitfensters erreicht worden ist, auf wahr gesetzt. Die prev_slot_handler()-Funktion aktualisiert die VeMAC-Variablen basierend auf dem Status der MAC-Schicht in dem vorhergehenden Zeitfenster, der einer von inaktiv, sendend oder empfangend sein kann. Die prev_slot_handler()-Funktion veranlasst den Mikrocontroller:

a) ein VeMAC-Paket von der physikalischen (PHY) Schicht zu empfangen und eine empfangene Sicherheitsnachricht an die Anwendungsschicht zu übergeben,
b) jegliche Übertragungskollision in den Zeitfenstern, auf die der Knoten in den vorhergehenden FRAME_LEN Fenstern zugegriffen hat, zu erfassen,
c) jegliche mögliche zukünftige Kollision in den Zeitfenstern, auf die der Knoten plant zuzugreifen, zu bestimmen (falls ein empfangenes Paket angibt, dass eines dieser Zeitfenster nicht mehr verfügbar geworden ist),
d) die Menge von Zeitfenstern, auf die der Knoten zugreift, falls erforderlich, z. B. nach einer Übertragungskollisionserfassung oder zum Vermeiden einer zukünftigen Kollision, zu aktualisieren, und
e) jegliches potentielle „Blockierungsproblem” zu behandeln.

Das „Blockierungsproblem” ist ein Ausdruck, der zum Angeben einer unerwünschten Zeitfensterzuordnung verwendet wird, in der mehr als ein Knoten innerhalb desselben Kommunikationsbereichs auf jedes der verwendeten Zeitfenster zugreift, was eine kontinuierliche Übertragungskollision aller gesendeten Sicherheitsnachrichten zur Folge hat, was jeden der Knoten daran hindert, jegliche Übertragungskollision durch Einsetzen der VeMAC-Kollisionserfassungstechnik zu erfassen. Zum Behandeln dieses Problems bestimmt der Mikroprozessor 110, ob es einem Knoten für eine Zeitdauer länger als ein bestimmter Schwellwert misslungen ist, irgendein Paket von irgendeinem Nachbarknoten zu empfangen, eine Bedingung, die als die „Blockierungsbedingung” bezeichnet wird. Falls der angegebene Schwellwert erreicht oder überschritten wird (d. h., die Blockierungsbedingung erfüllt ist), ordnet der Mikrocontroller dem Knoten zum Vermeiden der Blockierung ein anderes Zeitfenster oder andere Zeitfenster zu. Ein Ansatz zum Erfassen eines potentiellen Blockierungsproblems ist, die Blockierungsbedingung während der Ausführung der prev_slot_handler()-Funktion zu prüfen. Diese Erfassung kann beispielsweise erreicht werden, indem nach jedem inaktiven Zeitfenster, das in der prev_slot_handler()-Funktion bestimmt wird, eine Funktion avoid_deadlock() aufgerufen wird, wie in 5A gezeigt ist. Falls die Blockierungsbedingung erfüllt ist, setzt die avoid_deadlock()-Funktion alle Eintrage des coll-Vektors auf wahr, d. h., gibt absichtlich an, dass der Knoten eine Übertragungskollision in allen seinen Zeitfenstern erfasst hat, wie in 5D gezeigt ist. Durch Einführen dieser Kollisionserfassung auf allen Zeitfenstern des Knotens werden dem Knoten neue Zeitfenster während der Ausführung der prev_slot_handler()-Funktion neu zugeordnet. Wie in 5A gezeigt ist, wird, falls irgendein Eintrag des coll-Vektors auf wahr gesetzt wird, die Funktion update_fut_slot() zum Versuchen, dem Knoten neue Zeitfenster unter den verfügbaren, d. h. unter den Zeitfenstern, die nicht durch irgendeinen anderen Knoten in der zweisprüngigen Umgebung verwendet werden, zuzuordnen, aufgerufen. Weitere Details der update_fut_slot()-Funktion sind in 5F dargestellt und unten weiter beschrieben.
Bezug wird nun auf 5F genommen. Gemäß dieser Implementierung der update_fut_slot()-Funktion plant, falls ein Knoten versucht, ein Zeitfenster zu beschaffen, der Knoten, auf eines der verfügbaren Zeitfenster ”gleichermaßen wahrscheinlich” zuzugreifen. In dem Fall, dass es kein verfügbares Zeitfenster gibt, verzeichnet der Knoten, dass er „auf Verfügbarkeit” zum Beschaffen eines Zeitfensters/von Zeitfenstern „wartet”. Ein Weg zum Implementieren des Planens von Zeitfensterzugriff ist, indem die Einträge eines Vektors, der die Indizes der Zeitfenster aufweist, auf die der Knoten plant in der Zukunft zuzugreifen, aber noch nicht zugegriffen hat, d. h. des Vektors fut_slot_num in 5F aktualisiert werden. Falls der Knoten auf Verfügbarkeit zum Beschaffen eines Zeitfensters wartet, kann der entsprechende Eintrag in dem Vektor fut_slot_num auf eine bestimmte Zahl gesetzt werden, die außerhalb des Bereichs von Indizes von Zeitfenstern in einem Rahmen ist.
Andererseits bestimmt bezugnehmend auf 6A und 6B die next_slot_handler()-Funktion, ob das nächste Zeitfenster zu der Menge von Zeitfenstern gehört, auf die der Knoten gegenwärtig zugreift, und ob die Anwendungsschicht eine Sicherheitsnachricht aufweist, die für Übertragung fertig ist, oder nicht. Dementsprechend erstellt, falls die Funktion entscheidet, dass ein VeMAC-Paket in dem nächsten Zeitfenster übertragen werden sollte, sie das Paket und übergibt es zur Übertragung an die PHY-Schicht. Zwei Typen von VeMAC-Paketen sind definiert: TYPE1- und TYPE2-Pakete. Jeder der zwei Typen folgt dem Paketformat in 2A, aber der einzige Unterschied zwischen den zwei Typen liegt in der Steuerungsinformation, die in dem Paketkopf enthalten ist. Ein TYPE1-Paketkopf weist zusätzliche Steuerungsinformation (im Vergleich zu dem TYPE2-Kopf) auf, die die Zeitfenster angibt, die durch die einsprüngigen Nachbarn des übertragenden Knotens belegt sind. Jeder Knoten muss ein TYPE1-Paket einmal alle K Rahmen übertragen, wobei K eine geeignet ausgewählte ganze Zahl ist, die größer oder gleich 1 ist. Ein größerer K-Wert verringert die VeMAC-Protokollverwaltungsdaten (d. h. die Menge gesendeter Steuerungsinformation) auf Kosten einer Zunahme der Zeit, die für einen Knoten zum Erfassen einer Übertragungskollision, die in einem seiner Zeitfenster aufgetreten ist, erforderlich ist. Die Implementierung der VeMAC_send()-Funktion in 6B ist speziell für K = 1. Die Steuerungsinformation in den empfangenen TYPE1-Paketköpfen stellt einem empfangenden Knoten Kenntnis aller Zeitfenster, die in seiner zweisprüngigen Umgebung belegt sind, zur Verfügung.
7 stellt in einem Blockschaubild eine Übersicht einer Kommunikations- und Sicherheitsnachrichtenvorrichtung 700 zur Verfügung, die aus einem Kommunikationsmodul 710 und einem Anwendungsmodul 720 besteht. Das Kommunikationsmodul 710 weist einen MAC-Mikrocontroller 712 basierend auf einem ATmega2560-Chip auf. Der MAC-Mikrocontroller 712 implementiert das VeMAC-Protokoll, wie im Detail oben in Bezug auf 2A bis 6B erläutert wurde, interagiert mit dem Anwendungsmodul 720, kommuniziert mit dem Drahtlossendeempfänger 714 (einem Nordic nRF24L01+-Chip) und führt Fenstersynchronisation basierend auf dem 1PPS-Signal, das durch ein GPS-Modul 716 (eine EB-365 GPS-Funktionseinheitbaugruppe) zur Verfügung gestellt wird, und einem kompensierten Zeitgebersignal, das durch den internen Zeitgeber 718 des Mikrocontrollers zur Verfügung gestellt wird, durch, was ebenfalls oben im Detail beschrieben wurde. Andererseits besteht das Anwendungsmodul 720 hauptsächlich aus einem anderen Mikrocontroller, der Anwendungs-MCU 722 genannt werden wird. Anwendungs-MCU 722 implementiert Straßensicherheitsanwendungen, wie beispielsweise Kollisionsvermeidung und Notbremsalarm. Sie tut dies unter Verwendung des Kommunikationsmoduls 710 zum periodischen Senden von Sicherheitsnachrichten mit Information über den gegenwärtigen Status eines Fahrzeugs alle 100 ms. Die Statusinformation, die in den gesendeten Sicherheitsnachrichten enthalten ist, besteht hauptsächlich aus dem Fahrzeugort, der von dem GPS-Modul 716 erhalten wird, und seiner gegenwärtigen Beschleunigung/Verlangsamung, die durch einen Beschleunigungsmesser 724 (ADXL345) bestimmt wird, zum Erfassen jeglichen harten Abbremsens, das auf das Fahrzeug ausgeübt wird. Die Vorrichtung kann eine Datenkommunikationsschnittstelle, die einen seriellen Hardwareanschluss 726, der mit dem GPS-Modul 716 zum Weiterleiten der Positionsinformation gekoppelt ist, aufweisen kann, und einen seriellen peripheren Schnittstellen-(engl. serial peripheral interface, SPI)-Bus 728, der zum Verbinden der MCUs 712, 722 in dem Kommunikationsmodul 710 und dem Anwendungsmodul 720, des Drahtlossendeempfängers 714 und des Beschleunigungsmessers 724 verwendet wird, aufweisen. Selbstverständlich können auch direkte Verbindungen, wie beispielsweise direkte Verbindung zwischen dem GPS-Modul und der MCU implementiert werden. Das GPS-Modul kann auch eine Datenspeichervorrichtung zum Speichern von GPS-Kartendaten aufweisen. Somit kann das Anwendungsmodul die Orts-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungsinformation und die GPS-Kartendaten zum Berechnen einer vorhergesagten Bewegungstrajektorie des Fahrzeugs verwenden. Wenn eine Sicherheitsnachricht durch das Kommunikationsmodul 710 empfangen wird, bestimmt das Anwendungsmodul 720 basierend auf der implementierten Sicherheitsanwendung, ob eine Sicherheitswarnung erforderlich ist oder nicht. In dem Fall, dass eine Sicherheitswarnung ausgelöst wird, beispielsweise das Fahrzeug kurz davor steht, mit einem stehengebliebenen Fahrzeug zu kollidieren, wird die Warnung dem Fahrer auf einer Flüssigkristallanzeige 730 (engl. liquid crystal display, LCD) angezeigt und ein Alarmton wird unter Verwendung eines digitalen Signaltongebers erzeugt. Das Funk-Frontend ist an einer 5 dBi Dipolantenne angebracht, und das GPS-Modul 716 ist mit einer langkabeligen GPS-Antenne verbunden, was die Innenexperimente erleichtert. Jede der MCUs 712, 722 weist eine Speichervorrichtung 750 zum Speichern von Anweisungen darauf auf, die, wenn sie ausgeführt werden, die Folge von Schritten, die oben beschrieben worden sind, durchführen.
Zusätzlich zu den oben im Detail beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen ermöglichen gemäß einem anderen Beispiel die Vorrichtungen und das System einem, ein Verfahren zum Aufbauen und Aufrechterhalten von Fahrzeugkommunikationen zwischen Knoten in einem Fahrzeug-ad-hoc-Netzwerk (VANET) gemäß einem Medienzugriffssteuerungs-(„MAC”)-Protokoll zu implementieren. Das MAC-Protokoll unterteilt jede von periodischen Zeitdauern in eine Mehrzahl indizierter Zeitfenster, wobei jedes der Mehrzahl indizierter Zeitfenster eine vorausgewählte Zeitlänge aufweist, jeder Knoten der Knoten in dem VANET mindestens einem indizierten Zeitfenster der Mehrzahl indizierter Zeitfenster zugeordnet ist. Das Verfahren weist die Schritte von, bei jedem der Knoten in dem VANET, Empfangen eines drahtlosen Zeitreferenzsignals für eine vorausgewählte Dauer von einer externen Zeitreferenzsignalquelle, welches Zeitreferenzsignal aufeinanderfolgende Zeitmarkierungen, die bei einer bestimmten Dauer beabstandet sind, zur Verfügung stellt; Kalibrieren eines Zeitgebers eines Mikrocontrollers, der mit dem jeweiligen Knoten assoziiert ist, unter Verwendung der aufeinanderfolgenden Zeitmarkierungen, die in dem Zeitreferenzsignal, das über die vorausgewählte Dauer empfangen wird, enthalten sind; Empfangen des drahtlosen Zeitreferenzsignals und Initiieren eines Zeitintervalls unter Verwendung einer der aufeinanderfolgenden Zeitmarkierungen, während des Zeitintervalls und bis zum Empfangen einer nachfolgenden Zeitmarkierung: Zurverfügungstellen eines Ende-des-indizierten-Zeitfensters-Auslösers (Triggers) dem jeweiligen Knoten für jedes indizierte Zeitfenster basierend auf einer Taktgeberzählung des Zeitgebers, wie durch den Mikrocontroller kalibriert, Zuordnen des jeweiligen Knotens zu mindestens einem indizierten Zeitfenster; Übertragen einer oder mehrerer Nachrichten des jeweiligen Knotens in dem zugeordneten mindestens einen indizierten Zeitfenster; und Empfangen von Nachrichten von anderen Knoten als dem jeweiligen Knoten in indizierten Zeitfenstern, die den anderen Knoten als dem jeweiligen Knoten zugeordnet sind, auf.
Optional weist das Verfahren ferner die Schritte von Erfassen einer Übertragungskollision, bei der mehrere Knoten Nachrichten in einem selben indizierten Zeitfenster übertragen; und Neuzuordnen jedes Knotens der mehreren kollidierenden Knoten zu einem anderen indizierten Zeitfenster bei Erfassung der Übertragungskollision auf.
Als ein anderes Merkmal weist das Verfahren ferner die Schritte von, an jedem der Knoten, Erfassen eines Blockierungszustands des jeweiligen Knotens während des zugeordneten indizierten Zeitfensters und Zuordnen des jeweiligen Knotens zu einem anderen indizierten Zeitfenster bei Erfassung des Blockierungszustands des jeweiligen Knotens auf.
Als ein anderes Beispiel kann eine Kommunikationsvorrichtung zum Aufbauen und Aufrechterhalten von Fahrzeugkommunikationen unter Fahrzeugen in einem Fahrzeug-ad-hoc-Netzwerk (VANET) gemäß einem Medienzugriffssteuerungs-(„MAC”)-Protokoll erstellt werden. Das MAC-Protokoll unterteilt jede von periodischen Zeitdauern in eine Mehrzahl indizierter Zeitfenster, wobei jedes der Mehrzahl indizierter Zeitfenster eine vorausgewählte Zeitlänge aufweist, jeder Knoten der Knoten in dem VANET einem indizierten Zeitfenster der Mehrzahl indizierter Zeitfenster zugeordnet ist. Die Kommunikationsvorrichtung weist einen Drahtlossignalempfänger zum Empfangen eines drahtlosen Zeitreferenzsignals von einer externen Zeitreferenzsignalquelle; einen Mikrocontroller, der an den Drahtlossignalempfänger gekoppelt ist, welcher Mikrocontroller einen Zeitgeber aufweist, wobei der Drahtlossignalempfänger an den Mikrocontroller gekoppelt ist und die Zeitmarkierungen dem Mikrocontroller zur Verfügung stellt, der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, den Zeitgeber unter Verwendung der aufeinanderfolgenden Zeitmarkierungen des Zeitreferenzsignals, das von dem Drahtlossignalempfänger empfangen wird, zu kalibrieren und dem jeweiligen Knoten ein indiziertes Zeitfenster zuzuweisen; einen Drahtlosnachrichtensendeempfänger, welcher Drahtlosnachrichtensendeempfänger durch den Mikrocontroller zum Empfangen und Senden von Nachrichten gesteuert wird; und einen Anwendungsnachrichtenprozessor, der an den Mikrocontroller gekoppelt ist, auf, welcher Anwendungsnachrichtenprozessor Zustandsinformation des jeweiligen Knotens verarbeitet und die Zustandsinformation zu Knotennachrichten für den Mikrocontroller zum Übergeben an den Drahtlosnachrichtensendeempfänger zum Senden während eines indizierten Zeitfensters, das dem jeweiligen Knoten zugeordnet ist, packt, und zum Verarbeiten von Nachrichten, die durch den Drahtlosnachrichtensendeempfänger von anderen Knoten als dem jeweiligen Knoten in anderen indizierten Zeitfenstern als den zugeordneten Zeitfenstern empfangen werden.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind nun im Detail beschrieben worden. Die Fachpersonen werden anerkennen, dass zahlreiche Abwandlungen, Anpassungen und Änderungen an den Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Schutzansprüche definiert ist. Der Umfang der Schutzansprüche sollte durch die breiteste Auslegung, die mit der Beschreibung als Ganzes konsistent ist, gegeben sein und nicht auf diese Ausführungsformen, die in den Beispielen oder der genauen Beschreibung davon dargelegt werden, eingeschränkt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 802.11p-Standard [0005]
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IEEE 802.11p-Standard [0005]
IEEE 802.11p-Sendedienstes [0005]
IEEE 802.11p-Standards [0005]
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Claims

Fahrzeug, das dazu ausgebildet ist, Fahrzeugkommunikationen mit und zwischen Knoten in einem Fahrzeug-ad-hoc-Netzwerk (VANET), das gemäß einem Medienzugriffssteuerungs-(„MAC”)-Protokoll aufgebaut ist, aufzubauen und aufrechtzuerhalten, welches besagte MAC-Protokoll ein Zeitteilungsschema aufweist, das eine periodische Zeitdauer in eine Mehrzahl indizierter Zeitfenster unterteilt, welches besagte Fahrzeug aufweist: einen Drahtlossignalempfänger (112; 716) zum Empfangen eines drahtlosen Zeitreferenzsignals von einer externen Zeitreferenzsignalquelle, welches besagte Zeitreferenzsignal aufeinanderfolgende Zeitmarkierungen, die durch eine Referenzzeitdauer getrennt sind, zur Verfügung stellt; einen Mikrocontroller (110; 712), der an den Drahtlossignalempfänger (112; 716) gekoppelt ist, welcher besagte Mikrocontroller (110; 712) einen Taktzeitgeber (118; 718) aufweist, wobei der Drahtlossignalempfänger (112; 716) an den Mikrocontroller (110; 712) gekoppelt ist und besagte Zeitmarkierungen dem Mikrocontroller (110; 712) zur Verfügung stellt, besagter Mikrocontroller (110; 712) dazu ausgebildet ist, den Taktzeitgeber (118; 718) unter Verwendung der aufeinanderfolgenden Zeitmarkierungen, die durch den Drahtlossignalempfänger (112; 716) empfangen werden, zu kalibrieren und mindestens ein indiziertes Zeitfenster des Zeitteilungsschemas für Nachrichtensenden an der Kommunikationsvorrichtung auszuwählen; einen Drahtlosnachrichtensendeempfänger (114; 714), welcher besagte Drahtlosnachrichtensendeempfänger (114; 714) durch besagten Mikrocontroller (110; 712) zum Empfangen und Senden von Nachrichten gesteuert wird; und einen Anwendungsnachrichtenprozessor (122; 722), der an den Mikrocontroller (110; 712) gekoppelt ist, welcher Anwendungsnachrichtenprozessor (122; 722) Statusinformation des Fahrzeugs verarbeitet und die Statusinformation zu Knotennachrichten für den Mikrocontroller (110; 712) zum Übergeben an den Drahtlosnachrichtensendeempfänger (114; 714) zum Senden während jedes des mindestens einen ausgewählten Zeitfensters, das dem Fahrzeug zugeordnet ist, packt, und zum Verarbeiten von Nachrichten, die durch den Drahtlosnachrichtensendeempfänger (114; 714) von allen anderen Knoten in indizierten Zeitfenstern, die nicht dem lokalen Knoten zugeordnet sind, empfangen werden.
Fahrzeug von Anspruch 1, bei dem der Mikrocontroller (110; 712) ferner dazu ausgebildet ist: einen Übertragungskollisionszustand an dem lokalen Knoten zu erfassen, bei Erfassen des Übertragungskollisionszustands in einem des mindestens einen ausgewählten Zeitfensters, das Zeitfenster abzuwählen und ein anderes Zeitfenster auszuwählen, das nicht durch andere Knoten ausgewählt ist.
Fahrzeug von Anspruch 1, bei dem der Mikrocontroller (110; 712) ferner dazu ausgebildet ist: einen Blockierungszustand des lokalen Knotens zu erfassen, alle des mindestens einen ausgewählten Zeitfensters, das dem Fahrzeug zugeordnet ist, abzuwählen und für jedes des mindestens abgewählten Zeitfensters ein anderes Zeitfenster, das nicht durch irgendwelche anderen Knoten und das Fahrzeug ausgewählt ist, auszuwählen.
Kommunikationsvorrichtung (100) für Installation in einem Fahrzeug zum Aufbauen und Aufrechterhalten von Fahrzeugkommunikationen zwischen Knoten in einer zweisprüngigen Umgebung in einem Fahrzeug-ad-hoc-Netzwerk (VANET), das gemäß einem Medienzugriffssteuerungs-(„MAC”)-Protokoll aufgebaut ist, welches besagte MAC-Protokoll ein Zeitteilungsschema aufweist, das eine periodische Zeitdauer in eine Mehrzahl indizierter Zeitfenster einer vorausgewählten Zeitlänge unterteilt, welche besagte Kommunikationsvorrichtung aufweist: einen Drahtlossignalempfänger (112; 716) zum Empfangen eines drahtlosen Zeitreferenzsignals an dem Fahrzeug von einer externen Zeitreferenzsignalquelle, welches besagte Zeitreferenzsignal aufeinanderfolgende Zeitmarkierungen, die durch eine Referenzzeitdauer getrennt sind, zur Verfügung stellt; einen Mikrocontroller (110; 712), der an den Drahtlossignalempfänger (112; 716) gekoppelt ist, welcher besagte Mikrocontroller (110; 712) einen Zeitgeber (118; 718) aufweist, wobei der Drahtlossignalempfänger (112; 716) an den Mikrocontroller (110; 712) gekoppelt ist und besagte Zeitmarkierungen dem Mikrocontroller (110; 712) zur Verfügung stellt, besagter Mikrocontroller (110; 712) dazu ausgebildet ist, den Zeitgeber (118; 718) unter Verwendung der aufeinanderfolgenden Zeitmarkierungen des Zeitreferenzsignals, das von dem Drahtlossignalempfänger (112; 716) empfangen wird, zu kalibrieren und mindestens ein indiziertes Zeitfenster der Kommunikationsvorrichtung für Nachrichtensenden zuzuordnen; einen Drahtlosnachrichtensendeempfänger (114; 714), welcher besagte Drahtlosnachrichtensendeempfänger (114; 714) durch besagten Mikrocontroller (110; 712) zum Senden von Nachrichten in dem zugeordneten mindestens einen ausgewählten Zeitfenster und Empfangen von Nachrichten in anderen Zeitfenstern gesteuert wird; eine Datenkommunikationschnittstelle, die an einen oder mehrere Sensoren (716; 724) gekoppelt ist, die auf dem Fahrzeug installiert sind, welcher eine oder welche mehreren Sensoren (716; 724) Statusinformation des Fahrzeugs sammeln; und einen Anwendungsnachrichtenprozessor (122; 722), der an die Datenkommunikationsschnittstelle und den Mikrocontroller (110; 712) gekoppelt ist, welcher Anwendungsnachrichtenprozessor (122; 722) die Statusinformation, die durch den einen oder die mehreren Sensoren (716; 724) gesammelt wird, verarbeitet und die Statusinformation zu Knotennachrichten für den Mikrocontroller (110; 712) zum Übergeben an den Drahtlosnachrichtensendeempfänger (114; 714) zum Senden während des mindestens einen ausgewählten Zeitfensters, das dem Fahrzeug zugeordnet ist, packt, und zum Verarbeiten von Nachrichten, die durch den Drahtlosnachrichtensendeempfänger (114; 714) von allen anderen Knoten in der Umgebung in Zeitfenstern, die nicht dem Fahrzeug zugeordnet sind, empfangen werden.
Kommunikationsvorrichtung (100) von Anspruch 4, ferner mit: einem GPS-(globales Positionierungssystem)-Modul (112; 716), welches besagte GPS-Modul besagten Drahtlossignalempfänger aufweist, bei dem besagtes externes Zeitreferenzsignal ein Zeitsignal ist, das durch einen GPS-Satelliten zur Verfügung gestellt wird, und die aufeinanderfolgenden Zeitmarkierungen die 1PPS-(Ein-Puls-pro-Sekunde)-Pulsflanke des GPS-Zeitzsignals sind, und das GPS-Modul (112; 716) an den Mikrocontroller (110; 712) und den Anwendungsnachrichtenprozessor (122; 722) zum Zurverfügungstellen von Orts- und Geschwindigkeitsinformation des Fahrzeugs an den Anwendungsnachrichtenprozessor (122; 722) für Aufnahme in die Statusinformation des Fahrzeugs gekoppelt ist, bei der besagte Nachrichten, die durch den Drahtlossendeempfänger (114; 714) gesendet werden, die Orts- und Geschwindigkeitsinformation des Fahrzeugs, die durch das GPS-Modul (112; 716) zur Verfügung gestellt wird, aufweisen.
Kommunikationsvorrichtung (100) von Anspruch 5, ferner mit: einem Beschleunigungsmesser (724), welcher besagte Beschleunigungsmesser (724) dazu ausgebildet ist, Beschleunigung des Fahrzeugs zu messen und besagte Beschleunigungsdaten dem Anwendungsnachrichtenprozessor (122; 722) zur Aufnahme in die Statusinformation zur Verfügung zu stellen, bei der besagte Nachrichten, die durch den Drahtlossendeempfänger (114; 714) gesendet werden, die Beschleunigungsdaten aufweisen.
Kommunikationsvorrichtung (100) von Anspruch 6, ferner mit: einem Warnnachrichtengenerator, welcher besagte Warnnachrichtengenerator von dem Anwendungsnachrichtenprozessor (122; 722) oder direkt von dem einem oder den mehreren Sensoren (716; 724) Statusinformation des Fahrzeugs empfängt und von dem Anwendungsnachrichtenprozessor (122; 722) Statusinformation anderer Knoten, die in den Nachrichten, die durch den Drahtlossignalsendeempfänger (114; 714) empfangen werden, enthalten ist, empfängt und die Statusinformation des Fahrzeugs und die Statusinformation anderer Knoten zum Erzeugen von Warnnachrichten verarbeitet.
Kommunikationsvorrichtung (100) von Anspruch 7, bei der der Warnnachrichtengenerator die Warnnachrichten in Kategorien klassifiziert und Benutzeralarmnachrichten für Warnnachrichten erzeugt, die zu vorausgewählten Kategorien gehören.
Kommunikationsvorrichtung (100) von Anspruch 7, ferner mit: einer Datenspeichervorrichtung, auf der GPS-Kartendaten gespeichert sind, bei der der Anwendungsnachrichtenprozessor (122; 722) dazu ausgebildet ist, eine vorhergesagte Bewegungstrajektorie des Fahrzeugs zu berechnen und eine interne Sicherheitsnachricht aus der Orts- und Geschwindigkeitsinformation, den Beschleunigungsdaten und der projizierten Trajektorie des Fahrzeugs und anderer Knoten zu erzeugen.
Kommunikationsvorrichtung (100) von Anspruch 8, bei der der Warnnachrichtengenerator eine Warnnachricht erzeugt, falls die Sicherheitsnachricht, die durch den Anwendungsnachrichtenprozessor (122; 722) erzeugt wird, drohende Gefahr anzeigt.