TW201513697A - 用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法以及通訊裝置 - Google Patents

Abstract

一種用於車載隨意網路系統中複數個移動節點的傳輸控制方法。該些移動節點包括來源節點、目的節點以及複數個中繼節點，且來源節點經由該些中繼節點傳送一資料封包至目的節點。所述方法包括：各移動節點擷取鄰近的每一該些移動節點廣播的移動資訊，以更新各該移動節點的連線狀態查表。所述連線狀態查表記錄該移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的可連線時間；當任一中繼節點根據連線狀態查表判斷該中繼節點與下一個移動節點之間的可連線時間小於預設門檻值時，轉換為代理節點、儲存該資料封包並與下一個代理節點或目的節點建立子連線。

Description

用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法以及通訊裝置

本發明有關於一種行動通訊網路系統，且特別是一種用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法以及使用其之通訊裝置。

車載隨意網路系統(Vehicular Ad-Hoc Network，VANET)為一種基於行動隨意網路所延伸的無線隨意網路通訊系統。車載隨意網路系統是透過在車輛上裝設無線通訊設備(On-board communication unit)使車輛與車輛或交通設施(roadside unit)之間可以無線方式進行資訊(例如，影音資訊以及行車資訊等)交換。據此，提高行車效率以及行車安全性，同時亦可避免事故發生。車載隨意網路系統目前已廣泛地被應用於建構交通管理系統、旅行者資訊系統、車輛控制安全系統及緊急事故支援系統等。

車載隨意網路系統可利用移動中的車輛或是交通設施作為傳輸節點，配合無線通訊技術形成行動網路，進行點對點資訊傳輸。目前車載隨意網路系統是採用傳輸控制協定(transmission control protocol，TCP)以及分段式通訊傳輸控制協定(split-TCP)來進行車輛與車輛或交通設施之間的通訊。

請參照圖1A與圖1B，圖1A繪示傳統利用傳輸控制協定技術的車載隨意網路系統運作示意圖。圖1B繪示習知利用分段式通訊傳輸控制協定技術的車載隨意網路系統運作示意圖。

如圖1A所示，傳統傳輸控制協定可用以提供車載隨意網路系 統來源節點(即車輛C1)到目的節點(即車輛C10)之間的可靠傳輸。車輛C1以多點跳躍傳輸方式，將封包依序經由複數個中繼節點(relay node)，亦即車輛C2~C9傳送至車輛C10。然而，車載隨意網路系統的網路拓樸(例如，節點位置)通常會因車輛的移動而快速改變，但傳輸控制協定為一種適用於固定節點的通訊技術，無法應車載隨意網路系統的網路變化而改變。例如，當任何一輛車離開車載隨意網路系統時，來源端(即車輛C1)到目的端(即車輛C10)之間的連線即會中斷，來源端(即車輛C1)必須重新尋找與建立新的傳輸連線，並須由來源端(即車輛C1)重新傳送封包至目的端(即車輛C10)，如此即產生點對點延遲(end-to-end delay)。再者，利用傳輸控制協定的車載隨意網路系統也會因資料傳輸通道(channel)過長與高封包遺失率，而增加單一傳輸通道的使用時間，進而產生通道占據效應(channel capturing effect)，降低傳輸控制協定運用於車載隨意網路系統的效能。

而分段式通訊傳輸控制協定是業界提出用以解決傳輸控制協定中傳輸通道過長的問題。分段式通訊傳輸控制協定，如圖1B所示是將來源節點(即車輛C1)到目的節點(即車輛C10)之間的連線利用固定設置代理節點(proxy node)，如車輛C4以及C7，切割分段形成複數個子傳輸連線SUB_1~SUB_3，其中每一個子傳輸連線中所存在的節點數目為固定，因此封包於子傳輸連線中傳遞的跳躍次數(即跳躍路徑H1~H3)亦為固定。以子傳輸連線SUB_1為例，封包是由來源端(即車輛C1)經跳躍路徑H1、車輛C2、跳躍路徑H2、車輛C3以及跳躍路徑H3傳送至代理節點(即車輛C4)。

從而，當任一中繼節點(例如，車輛C5)離開時，車輛C4(即代理節點)會重新建立與目的節點(即車輛C10)之間的可靠連線，從而不需由來源節點(即車輛C1)重新建立連線。此外，當封包於傳輸路徑中遺失時，亦可直接由鄰近的上一個代理節點傳送，藉以提升車載隨意網路系統的運作效能。

然由於來源節點(即車輛C1)到目的節點(即車輛C10)之間的距離固定，且每一代理節點(如車輛C4、C7)於接收到封包時皆須進行暫存以及與下一個代理節點或目的節點建立與連線，故當一傳輸線上代理節點的數量越多(如切越多段)，封包的傳輸速度會變慢。換言之，分段式通訊傳輸控制協定以固定方式將傳輸連線分段，同樣亦無法因應車載隨意網路系統的網路變化而即時變化調整。

有鑒於此，本發明提供一種用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法、通訊裝置以及車載隨意網路系統，此傳輸控制方法是用以實現一種分段式通訊傳輸控制協定。所述傳輸控制方法可依據車載隨意網路系統的拓樸變化(例如，移動節點的位置與移動速度)，即時地將車載隨意網路系統中作為中繼節點的移動節點切換為代理節點，據以動態地調整的車載隨意網路系統中代理節點的數量與設置位置，提高車載隨意網路系統的傳輸效率。

本發明實施例提供一種用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法，且車載隨意網路系統中複數個具通訊功能的移動節點。所述移動節點包括來源節點、目的節點以及複數個中繼節點。所述傳輸控制方法包括下列步驟。首先，每一該些移動節點週期性地廣播一信標信息，其中信標信息包括每一該移動節點的一移動資訊。其次，每一該些移動節點接收鄰近的每一該些移動節點廣播的該信標信息時，根據鄰近的每一該些移動節點的該移動資訊更新每一該些移動節點的連線狀態查表。所述連線狀態查表記錄每一該些移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的一可連線時間。而後，建立來源節點與目的節點之間的一傳輸連線，以使來源節點經由該些中繼節點傳送一資料封包至目的節點。接著，任一中繼節點於接收該資料封包時，根據所述連線狀態查表判斷該 中繼節點與下一個移動節點之間的該可連線時間是否小於一預設門檻值。當判斷該中繼節點與下一個移動節點之間的可連線時間小於預設門檻值時，中繼節點轉換為一代理節點，並儲存該資料封包，且與下一個代理節點或該目的節點建立第一子傳輸連線。

在本發明其中一個實施例中，上述傳輸控制方法還包括當該代理節點於接收另一資料封包時，根據所述連線狀態查表，判斷與下一個移動節點之間的該可連線時間是否大於該預設門檻值。若判斷該代理節點與下一個移動節點之間的可連線時間大於預設門檻值時，代理節點判斷與下一個移動節點的移動方向是否相同。若判斷代理節點與下一個移動節點的移動方向相同時，代理節點轉換為中繼節點並直接將該資料封傳送至下一個移動節點。

在本發明其中一個實施例中，其中上述判斷中繼節點是否轉換為代理節點或代理節點是否轉換為中繼節點的該些步驟可以是透過該移動節點的網路層來執行。而上述判斷與上一個代理節點或該來源節點建立該第一子傳輸連線的該步驟可以是透過移動節點基於短訊息通訊協定(Wave Short Message Protocol，WSMP)所定義的傳輸層來執行。

本發明實施例另提供一種用於車載隨意網路系統的移動節點的通訊裝置。所述通訊裝置包括定位模組、速度感測模組、連線狀態查表、通訊模組以及處理單元。定位模組用以產生對應該移動節點的一定位信號。速度感測模組用以偵測該移動節點的一移動速度，以產生一速度資料。連線狀態查表是設置於一記憶單元，其中連線狀態查表用以記錄該移動節點與鄰近每一該些移動節點之間的一可連線時間。通訊模組用以接收或傳送由該車載隨意網路系統中一來源節點產生的一資料封包。處理單元耦接於定位模組、速度感測模組、記憶單元以及通訊模組。處理單元週期性地控制定位模組以及該速度感測模組產生定位信號與該移動速度資料，以產生一信標信息。處理單元並透過通訊模組廣播該信標信 息給鄰近的每一該些移動節點。

所述處理單元週期性地透過通訊模組接收對應鄰近的各該移動節點的該信標信息，以根據鄰近的每一該些移動節點的移動資訊，計算並更新連線狀態查表中該移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的該可連線時間。若移動節點為一中繼節點時，當該通訊模組接收該資料封包時，該處理單元是根據連線狀態查表判斷該移動節點與下一個移動節點之間的可連線時間是否小於預設門檻值，以決定是否控制該中繼節點轉換為一代理節點。

在本發明其中一個實施例中，上述計算該中繼節點與下一個移動節點之間的可連線時間可以是根據該中繼節點與下一個移動節點之間的距離以及該中繼節點與下一個移動節點之間的一相對移動速度來計算的。

在本發明其中一個實施例中，上述計算該中繼節點與下一個移動節點之間的可連線時間的步驟可以是根據該中繼節點的傳輸距離、中繼節點與下一個移動節點之間的距離以及中繼節點移動速度來計算的。

本發明實施例另提供一種車載隨意網路系統，包括複數個移動節點，且每一該些移動節點具前述的通訊裝置。所述移動節點包括來源節點、目的節點以及複數個中繼節點，且來源節點透過該些中繼節點與目的節點建立連線，以將資料封包經該些中繼節點傳送至目的節點。該些中繼節點的任一可分別依據該中繼節點與下一個移動節點之間的可連線時間決定是否轉換為一代理節點。

在本發明其中一個實施例中，上述每一個中繼節點中該行動裝置的該處理單元是於每隔一段時間，主動根據連線狀態查表判斷該中繼節點與下一個移動節點之間的該連線時間是否小於預設門檻值，且所述通訊裝置的處理單元會於可連線時間小於預設門檻值，主動使中繼節點轉換為代理節點，以與該載隨意網路系統 中下一個代理節點的或一目的節點建立傳輸連線，以將資料封包暫存並傳送至下一個代理節點或該目的節點。

本發明實施例的傳輸控制方法可將對應分段式可靠傳輸控制協定的傳輸控制方法以韌體方式寫入裝設於移動節點的行動裝置，例如，筆記型電腦、衛星導航裝置，行車記錄器的處理單元，據以動態地調整車載隨意網路系統的網路拓樸。

綜上所述，本發明實施例提供一種用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法、移動節點的通訊裝置以及車載隨意網路系統，此傳輸控制方法可主動依據車載隨意網路系統的網路狀態，例如，移動節點的移動資訊，決定是否將車載隨意網路系統中來源節點與目的節點之間的傳輸線利用設置代理節點分割為至少一子傳輸線，以適應車載通訊網路的環境。本發明可藉由設置代理節點提供一暫存空間，以將資料封包暫存，從而可於子傳輸連線發生資料封包遺失的情況時，快速的進行封包重傳工作。此外，本發明提供之傳輸控制方法可根據移動節點的位置與移動速度估測移動節點之間的可連線時間，並動態調整子傳輸連線的路徑長度，藉以降低點對點傳輸的失敗率，同時亦解決前述網路壅塞的問題。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

C1~C10‧‧‧車輛

H1、H2、H3‧‧‧跳躍路徑

SUB_1~SUB_3‧‧‧子傳輸線

1‧‧‧車載隨意網路系統

110‧‧‧傳輸路徑

10‧‧‧行動裝置

11‧‧‧定位模組

12‧‧‧速度感測模組

13‧‧‧距離偵測模組

14‧‧‧距離偵測模組

15‧‧‧處理單元

150‧‧‧協議棧

16‧‧‧通訊模組

S‧‧‧來源節點

R1~R8‧‧‧中繼節點

D‧‧‧目的節點

P1、P2‧‧‧代理節點

CRD(R3,R4)、CRD(C2,C3)、CRD(C4,C5)‧‧‧可連線時間

DIR_C4、DIR_C5‧‧‧車輛移動方向

TH‧‧‧預設門檻值

SA、SB、SC‧‧‧子傳輸線

R‧‧‧傳輸距離

d、d1、d2‧‧‧距離

V1、V2、V3、V4、V5‧‧‧移動速度

L1‧‧‧實體層

L2‧‧‧資料鍵結層

L3‧‧‧網路層

L4‧‧‧傳輸層

L5‧‧‧包裹層

L6‧‧‧應用層

21‧‧‧傳輸範圍

MESS_BEACON‧‧‧信標信息

PACKET_D‧‧‧資料封包

C11~C14‧‧‧曲線

C21~C24‧‧‧曲線

T1~T4‧‧‧時間點

S101~S125‧‧‧步驟流程

S201~S215‧‧‧步驟流程

S301~S305‧‧‧步驟流程

S401~S415‧‧‧步驟流程

圖1A是傳統利用傳輸控制協定傳輸的車載隨意網路系統運作示意圖。

圖1B是習知利用分段式通訊傳輸控制協定技術的車載隨意網路系統運作示意圖。

圖2A分別是本發明實施例提供的車載隨意網路系統的系統架構示意圖。

圖2B~2C分別是本發明實施例提供的車載隨意網路系統的 運作示意圖。

圖3是本發明實施例提供的裝設於移動節點的通訊裝置的功能方塊示意圖。

圖4A是本發明實施例提供的協議棧的架構示意圖。

圖4B是本發明實施例提供的車載隨意網路系統中一子傳輸連線上各移動節點的協議棧運作示意圖。

圖5是本發明實施例提供的傳輸控制方法的流程示意圖。

圖6是本發明實施例提供的一移動節點傳輸範圍示意圖。

圖7A與圖7B分別是本發明實施例提供的移動節點移動過程示意圖。

圖8A是本發明實施例提供的信標信息產生與連線狀態查表更新方法的流程示意圖。

圖8B是本發明實施例提供的移動節點廣播信標信息的運作信示意圖。

圖9A是本發明實施例提供的代理節點轉換至中繼節點方法的流程示意圖。

圖9B是本發明實施例提供的移動節點的運作信示意圖。

圖10是本發明實施例提供的車載隨意網路系統的一運作示意圖。

圖11是本發明實施例提供的車載隨意網路系統中封包傳遞的延遲時間與預設門檻值關係的曲線示意圖。

圖12是本發明實施例提供的車載隨意網路系統中封包跳躍次數與預設門檻值關係的曲線示意圖。

在下文中，將藉由圖式說明本發明之各種例示實施例來詳細描述本發明。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。此外，在圖式中相同參考數字可用以表示類似的元件。

〔車載隨意網路系統之實施例〕

本發明主要揭示一種用以實現應用於車載隨意網路系統的分段式可靠傳輸控制協定(split reliable transmission control protocol的傳輸控制方法與使用傳輸控制方法的移動節點，據以提供車載隨意網路系統中車輛與車輛之間進行影音資料分享、車間視訊、行車安全訊息等資訊交換的可靠傳遞運作。此外，本發明之使用分段式可靠傳輸控制協定的車載隨意網路系統可應用於交通通訊系統，例如，交通管理系統、旅行者資訊系統、車輛控制安全系統及緊急事故支援系統等。

因車載隨意網路系統的架構、移動節點之間連線建立與封包傳送的具體實施手段以及運作方式為習知技藝，故不再於本文中贅述，而僅簡述與本發明相關之部分。

請參照圖2A，圖2A繪示本發明實施例提供的車載隨意網路系統的系統架構示意圖。車載隨意網路系統1包括複數個具有通訊功能的移動節點，且該些移動節點(mobile node)包括來源節點(source node)S、目的節點(destination node)D以及複數個中繼節點(relay node)R1~R8，且來源節點S經中繼節點R1~R8與目的節點D鍵接形成車載隨意網路。所述車載隨意網路是以短距多重跳躍(multi-hop)傳送機制傳遞封包，且車載隨意網路的網路拓樸會因車輛動快速移動進入或離開而快速變化。

於本實施例中，該些移動節點是以具通訊設備的車輛，例如，汽車、公車、卡車等來表示，車載隨意網路系統1可提供車輛與車輛(Vehicle-to-Vehicle，V2V)之間的即時訊息交換，如交通路況、緊急車輛到達前通知等。據此，在本文中，車輛與移動節點可相互交替使用，且車載隨意網路系統1的網路拓樸會因移動節點高速移動而快速變化。

值得一提的是，於實務上，移動節點亦可為具通訊設備的車輛或交通設備(例如，路邊基地台)，以進行車輛與車輛之間或車輛 與交通設備(Vehicle-to-infrastructure，V2I)之間的通訊。

進一步地說，來源節點S與目的節點D之間會建立可靠的一傳輸連線，且來源節點S是經由該些中繼節點R1~R8組成的複數個傳輸路徑110傳送一資料封包PACKET_D至目的節點D。於本實施例中，每個移動節點是採用IEEE802.11p通訊標準進行無線通訊，且每個移動節點的傳輸距離可介於200公尺至300公尺之間。

詳細地說，來源節點S經傳輸路徑110將資料封包PACKET_D傳送至中繼節點R1，中繼節點R1再將資料封包PACKET_D經下一傳輸路徑110傳送至中繼節點R2，以此類推直至將資料封包PACKET_D傳送至目的節點D。而目的節點D會於接收到資料封包PACKET_D後，傳送對應資料封包PACKET_D的一回應封包經相同傳輸路徑，亦即中繼節點R1~R8，至來源節點S。

在車載隨意網路系統1的架構下，該些移動節點週期性地(例如，每秒)廣播一信標信息(beacon message)MESS_BEACON，例如，哈囉信息(hello message)，以分別將每一該移動節點的一移動資訊(例如，移動節點的位置、移動速度以及移動方向等)廣播給鄰近的每一該些移動節點。所述信標信息MESS_BEACON可包括該移動節點的身分資料以及移動資訊，其中移動資訊可包括移動節點的位置資料、移動資料等。

舉例來說，來源節點S週期性地廣播信標信息MESS_BEACON至鄰近的移動節點，即中繼節點R1；中繼節點R1週期性地廣播信標信息MESS_BEACON給鄰近的每一該些移動節點，即來源節點S、中繼節點R2；中繼節點R2週期性地廣播信標信息MESS_BEACON給鄰近每一該些移動節點，即中繼節點R1、R3，以此類推。

接著，每個該移動節點會隨時於接收來自於鄰近的每一該些移動節點廣播的信標信息MESS_BEACON，根據鄰近的每一該些 移動節點的移動資訊建立或即時更新內建於每一該些移動節點的連線狀態查表。所述連線狀態查表用以記錄鄰近的每一該些該移動節點的身份與移動資訊(例如，鄰近的每一該些移動節點的位置、移動速度及移動方向)以及該移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的可連線時間(coverage remaining duration，CRD)。

舉例來說，中繼節點R1會根據來源節點S與中繼節點R2所廣播信標信息MESS_BEACON，更新連線狀態查表中來源節點S與中繼節點R2的身份、所在位置、移動速度及移動方向，並據以計算中繼節點R1與來源節點S之間的可連線時間CRD(R1,S)以及中繼節點R1與中繼節點R2之間的可連線時間CRD(R1,R2)。中繼節點R2會根據中繼節點R1與中繼節點R3所廣播的信標信息MESS_BEACON更新連線狀態查表上中繼節點R1與R3的身份、所在位置、移動速度及移動方向，並據以計算中繼節點R2與中繼節點R1之間的可連線時間CRD(R2,R1)以及中繼節點R2與中繼節點R3之間的可連線時間CRD(R2,R3)。中繼節點R3會根據中繼節點R2與中繼節點R4所廣播信標信息MESS_BEACON更新連線狀態查表中，中繼節點R2與中繼節點R4的身份、所在位置、移動速度及移動方向，並據以計算中繼節點R3與中繼節點R2之間的可連線時間CRD(R3,R2)以及中繼節點R3與中繼節點R4之間的可連線時間CRD(R3,R4)，以此類推。

值的一提的是，於實務上，每一個移動節點接收到鄰近的每一該些移動節點廣播的信標信息MESS_BEACON可能因距離不同而具有時間上的差異，例如，中繼節點R2與來源節點S可能同時收到中繼節點R1所廣播的信標信息MESS_BEACON，或中繼節點R2與來源節點S之一會因距離較短而較快收到中繼節點R1所廣播的信標信息MESS_BEACON，但本實施例並不限制。

接著，請參照圖2B與圖2C並配合參照圖2A，圖2B與圖2C繪示本發明實施例提供的車載隨意網路系統的運作示意圖。如圖 2B所示，當任一中繼節點(例如，中繼節點R1~R8)接收資料封包PACKET_D時，該中繼節點(例如，中繼節點R3)會根據其所具有的連線狀態查表判斷該中繼節點(例如，中繼節點R3)與下一個移動節點(例如，中繼節點R4)之間的可連線時間(即可連線時間CRD(R3,R4)是否小於一預設門檻值TH(例如，1秒、2秒或3秒)，決定是否轉換為一代理節點(proxy node)，以將來源節點S與目的節點D之間的傳輸連線以該中繼節點(例如，中繼節點R3)的位置進行分割。特別說明的是，將傳輸連線分割的目的主要是在於資料封包遺失時，可快速地透過代理節點進行資料封包重傳工作，進而提高子傳輸連線的連線穩定度。

如前述，由於移動節點隨時進入或離開車載隨意網路中各移動節點的傳輸範圍，因此任一中繼節點(例如，中繼節點R3)會於收到資料封包時，主動根據連線狀態查表判斷該中繼節點(例如中繼節點R3)與下一個移動節點(例如，中繼節點R4)之間的可連線時間(即可連線時間CRD(R3,R4))，以判斷該中繼節點(例如，中繼節點R3)與下一個移動節點(例如，中繼節點R4)之間的連線是否穩定。該中繼節點(例如，中繼節點R3)並會於判斷出連線不穩定時，即時轉換為代理節點P1。

具體地說，該中繼節點(例如，中繼節點R3)同時會通知前、後移動節點(例如，中繼節點R2、R4)。而後，在與前、後移動節點(如中繼節點R2、R4)確認後，轉換為代理節點P1。隨後，代理節點P1會儲存該資料封包PACKET_D，並同時重新尋找以及建立與下一個代理節點或目的節點D之間的子傳輸連線，以將來源節點S與目的節點D之間的傳輸連線進行分割，使資料封包PACKET_D得以順利傳送至目的節點D。

如圖2C所示，於資料封包PACKET_D的傳送過程中，中繼節點R3因判斷出與中繼節點R4之間的可連線時間(即可連線時間CRD(R3,R4))小於預設門檻值TH而轉換為代理節點P1；中繼節點 R7因判斷出與中繼節點R8之間的可連線時間(即可連線時間CRD(R7,R8))小於預設門檻值TH而轉換為代理節點P2。

中繼節點R3於轉換為代理節點P1時，會先將資料封包PACKET_D暫存。同時，中繼節點R3與轉換為代理節點P1後，會與來源節點S及下一個代理節點P2分別建立子傳輸連線SA、SB。同樣地，中繼節點R7於轉換為代理節點P2時，亦會將所收到的資料封包PACKET_D暫存，並與目的節點D建立子傳輸連線SC。

所述子傳輸連線SA是由來源節點S、中繼節點S2以及代理節點P1所組成；所述子傳輸連線SB是由代理節點P1、中繼節點R4~R6以及代理節點P2所組成；所述子傳輸連線SC是由代理節點P2、中繼節點R8以及目的節點D所組成。換言之，於本實施例中，來源節點S與目的節點D之間的傳輸連線依據車載隨意網路系統1的拓樸變化分割為三個可靠的子傳輸連線SA~SC。

當代理節點P1確定代理節點P2已收到資料封包PACKET_D時，即當代理節點P1收到由代理節點P2傳送對應資料封包PACKET_D的回應封包時，會將資料封包PACKET_D刪除。同理，當代理節點P2確定目的節點D已收到資料封包PACKET_D時，即當代理節點P2收到由目的節點D傳送對應資料封包PACKET_D的回應封包時，會將資料封包PACKET_D刪除。

若資料封包PACKET_D於子傳輸連線SA中遺失時，亦即當來源節點S於一段時間內仍未收到代理節點P1傳送的對應資料封包PACKET_D的回應封包時，來源節點S會重新傳送資料封包PACKET_D至代理節點P1直至收到由代理節點P1傳送的對應資料封包PACKET_D的回應封包。同樣地，若資料封包PACKET_D於子傳輸連線SB中遺失時，亦即當代理節點P1於一段時間內仍未收到代理節點P2傳送的對應資料封包PACKET_D的回應封包時，代理節點P1會重新傳送資料封包PACKET_D至代理節點P2 直至收到由代理節點P2傳送的對應資料封包PACKET_D的回應封包後，再將資料封包PACKET_D刪除。若資料封包PACKET_D於子傳輸連線SC中遺失時，亦即當代理節點P2於一段時間內仍未收到目的節點D傳送的對應資料封包PACKET_D的回應封包時，代理節點P2會重新傳送資料封包PACKET_D至目的節點D直至收到由目的節點D傳送的對應資料封包PACKET_D的回應封包後，再將資料封包PACKET_D刪除。

值得注意的是，於當任一代理節點與下一個代理節點或目的節點D之間離開車載隨意網路系統1使得子傳輸連線中斷時，該代理節點會重新尋找與建立與下一個代理節點或目的節點D之間的子傳輸離線。

附帶一提的是，任一中繼節點R1~R8亦可主動於每隔一段時間，例如，每5秒後，各自根據其連線狀態查表判斷其與下一移動節點之間連線狀態是否穩地，亦即與下一移動節點之間的可連線時間是否小於預設門檻值TH，決定是否轉換為代理節點。任一中繼節點R1~R8亦可於接收到連線請求封包時，根據對應每一個中繼節點的連線狀態查表判斷其與下一移動節點之間連線狀態是否穩定。

於另一實施方式中，任一中繼節點R1~R8亦可各自根據其連線狀態查表中，判斷其與下一移動節點的移動方向是否不同，以決定是否需轉換為代理節點。也就是，當任一中繼節點R1~R8判斷其與下一移動節點的移動方向不同時，該中繼節點即轉換為代理節點。

於本實施例中，任一代理節點可主動於每隔一段時間(例如，每隔5秒或10秒)後或是接收到資料封包PACKET_D時，各自根據其連線狀態查表判斷與下一移動節點之間連線狀態是否穩定，據以決定是否轉換為中繼節點。詳細而言，任一代理節點會根據其連線狀態查表判斷該代理節點與下一移動節點之間的可連線時 間是否大於預設門檻值TH以及該代理節點與下一移動節點的移動方向是否相同，以決定該代理節點與下一個移動節點的連線是否穩定。任一代理節點會於與下一移動節點之間的可連線時間大於預設門檻值TH以及相互移動方向相同時，轉換為中繼節點。換言之，當任一代理節點判斷出其與下一移動節點之間的可連線時間小於預設門檻值TH或相互移動方向不同時，即會維持為代理節點。

由於各個代理節點皆需要作資料封包PACKET_D暫存與連線重新建立的工作資料，故當來源節點S與目的節點D之間距離固定時，若傳輸連線分割為越多段子傳輸連線，亦即代理節點的數量越多時，資料封包PACKET_D傳輸速度會變慢。反之，若傳輸連線分割為越少段子傳輸連線，亦即代理節點的數量越少，甚至於沒有(如圖2A所示)時，資料封包PACKET_D傳輸速度會變快。也就是說，若來源節點S與目的節點D之間的傳輸連線穩定(例如，移動節點之間的移動速度與相對速度相同)時，來源節點S與目的節點D之間亦可不需要設置代理節點。

習知車載隨意網路系統的網路拓樸會因移動節點的快速移動而不斷改變，故當來源節點與目的節點之間的傳輸連線的長度越長，點對點封包遺失率愈高(例如，因網路壅塞或連線不穩定導致封包遺失)，進而增加點對點傳輸延遲時間。從而，本發明之車載隨意網路系統1藉由適當依據車載隨意網路系統1的拓樸變化，將來源端與目的端之間傳輸連線進行分割，可有效地降低封包遺失機率，提高資料封包PACKET_D的傳輸速度與效率，進而提升車載隨意網路系統的運作效益。

值得注意的是，所述預設門檻值的設置會決定車載隨意網路系統1中來源節點S與目的節點D之間的傳輸連線分割為子傳輸連線的數量。當預設門檻值越高，中繼節點的數量會越多；而當預設門檻值越低，中繼節點的數量會越少。此外，上述預設門檻 值可依據車載隨意網路系統1的實際運作狀態(如，各移動節點的移動狀態)來設置，本實施例並不限制。上述信標信息的廣播週期亦可依據車載隨意網路系統1的實際運作狀態(如各移動節點的移動狀態)來設置，本實施例並不限制。

更進一步地說，請參照圖3並同時參照圖2A，圖3繪示本發明實施例提供的裝設於移動節點的通訊裝置的功能方塊示意圖。每一個移動節點具有一通訊裝置10，例如為車輛的通訊機上盒(on board communication unit)或衛星導航裝置，且通訊裝置10用以與相鄰的移動節點進行無線通訊。於本實施例中，移動節點為車輛，且因車輛具發電功能，故通訊裝置10可以是由車輛自行供電運作。

通訊裝置10包括定位模組11、速度感測模組12、距離偵測模組13、記憶單元14、處理單元15以及通訊模組16。定位模組11、速度感測模組12、距離偵測模組13、記憶單元14以及通訊模組16分別耦接於處理單元15。

定位模組11用以定位移動節點，以產生對應移動節點位置的定位信號。所述定位信號可包括移動節點的經度與緯度資料。定位模組11可例如為全球衛星定位系統(global positioning system，GPS)。

速度感測模組12用以偵測該移動節點的移動速度，以對應產生一速度資料。速度感測模組12可以是由速度感測器(speed sensor)來實現。距離偵測模組13用以偵測該移動節點與下一個移動節點之間的距離。

記憶單元14用以儲存連線狀態查表，且連線狀態查表是記錄鄰近的每一該些移動節點的移動資訊以及該移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的可連線時間。具體地說，請參照表一，表一為連線狀態查表的一具體實施範例，且表一是以中繼節點R3來作說明。

當移動節點為來源節點、代理節點或目的節點時，記憶單元14的一暫存區塊可用以儲存資料封包PACKET_D。所述記憶單元14於本實施例中，可以是利用快閃記憶體晶片、唯讀記憶體晶片或隨機存取記憶體晶片等揮發性或非揮發性記憶晶片來實現。於一實施方式中，上述記憶單元14亦可是內建於處理單元15的記憶空間。要說明的是，本實施例並不限制記憶單元14的種類、實際架構以及實際設置方式。

處理單元15用以根據移動節點的類型控制定位模組11、速度感測模組12、距離偵測模組13、記憶單元14以及通訊模組16的運作。處理單元15可週期性地產生信標信息MESS_BEACON，並廣播該移動節點的位置與移動資訊給鄰近的各該移動節點。處理單元15並依據對應鄰近的各該移動節點的信標信息MESS_BEACON擷取鄰近的各該移動節點的移動資訊，據以計算並更新連線狀態查表中該移動節點與鄰近的各該移動節點之間的可連線時間。

於一實務上，處理單元15可根據該移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的相對移動速度以及距離，計算該移動節點與鄰近的各該移動節點之間的可連線時間。於另一實務上，處理單元15可根據該移動節點的移動速度與該移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的相對距離，計算該移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的可連線時間。

當該移動節點為中繼節點時，處理單元15會根據連線狀態查表中該移動節點與下一個移動節點之間的可連線時間(亦即判斷可連線時間是否小於預設門檻值)，決定該移動節點是否轉換為代理節點；當該移動節點為代理節點時，處理單元15會根據連線狀態查表中該移動節點與下一個移動節點之間的可連線時間(亦即可連線時間是否小於預設門檻值)以及該移動節點與下一個移動節點的移動方向，決定該代理節點是否轉換為中繼節點。

通訊模組16用以接收或傳送封包(例如，資料封包PACKET_D、通知封包、連線請求封包、回應封包等)與信標信息MESS_BEACON。於本實施例中，通訊模組16是採用IEEE802.11p通訊標準來與其他移動節點的通訊裝置10進行無線通訊，其中IEEE 802.11p通訊標準適用於短距高速移動通訊，且IEEE 802.11p的工作頻帶在5.9吉赫斯(GHz)。於實務上，通訊模組16亦可使用其他無線通訊技術，例如，WiFi、IEEE 1609(WAVE)、IEEE 802.16(WiMAX)來與其他移動節點的通訊裝置10進行無線通訊，本實施例並不限制。

以下針對本發明之分段式可靠傳輸控制協定中移動節點的協議棧(protocol stack)的架構作進一步說明。請參照圖4A並同時參照圖3，圖4A繪示本發明實施例提供的協議棧的架構示意圖。所述協議棧150可以是由通訊裝置10的處理單元15以配置定義。協議棧150由下至上依序為實體層(physical layer)L1、資料鍵結層(data link layer)L2、網路層(network layer)L3、傳輸層(transport layer)L4、包裹層(bundle layer)L5以及應用層(application layer)L6。

資料鍵結層L2與實體層L1是依據IEEE802.11p通訊標準定義規範的。資料鍵結層L2會依據IEEE802.11p通訊標準產生封包，並透過實體層L1無線傳送或接收封包至其他移動節點。

網路層L3用以決定根據連線狀態查表判斷連線狀態是否穩定的時機以及中繼節點(如圖2A的中繼節點R1~R8)是否轉換為 代理節點或代理節點(圖2C的代理節點P1、P2)是否轉換為中繼節點，據以決定封包傳送至其他移動節點方式或是接收到封包的處理方式。網路層L3還可週期性地產生對應移動節點的移動資訊的信標信息MESS_BEACON(例如，哈囉信息)，並透過資料鍵結層L2與實體層L1廣播給鄰近的各該移動節點。網路層L3亦會於接收到鄰近的每一該些移動節點廣播的信標信息MESS_BEACON，計算該移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的可連線時間，並對應更新通訊裝置10的記憶單元14中的連線狀態查表。

網路層L3並可根據車載隨意網路系統1的網路壅塞狀態(congestion)、服務資量(quality of service)、吞吐量、封包發送優先權等選擇與決定封包傳送至下一個移動節點的傳輸路徑(例如，圖2C中傳輸路徑110)。

傳輸層L4是處理單元15基於短訊息通訊協定(Wave Short Message Protocol，WSMP)所定義的。傳輸層L4用以搜尋與建立與來源節點S、代理節點或目的節點D之間的連線。傳輸層L4可例如，經由網路層L3、資料鍵結層L2與實體層L1傳送連線請求封包至下一代理節點或目地節點，並於收到由下一代理節點或目地節點傳送對應連線請求封包的連線確認封包後，建立連線。

而後，傳輸層L4可用以將封包暫存，直至確認封包順利成功傳送出去，再將封包移除。傳輸層L4並會於傳送失敗(如封包遺失)時，執行將封包重傳工作，例如，於一段時間後再將重新經由網路層L3、資料鍵結層L2與實體層L1傳送封包。包裹層L5用以協助提供點對點之間的可靠傳輸工作。應用層L6用以與應用程式進行溝通。通訊模組16可以是由一收發晶片(transceiver chip)來實現。

附帶一提的是，來源節點S與目的節點D之間的傳輸連線亦可能因與另一條傳輸連線共用同一條傳輸通道(channel)而使得傳輸通道壅塞，提高封包遺失率。傳輸層L4可以透過點對點網路壅 塞控制技術(end to end congestion control)，控制資料流量，以避免網路壅塞。舉例來說，本發明的傳輸層L4可如習知傳輸控制協定中使用的流量控制方式，藉由配置壅塞窗口(congestion window)的大小，控制資料傳遞的流量，以避免網路壅塞。須說明的是，網路壅塞的處理方式、傳輸路徑建立方式以及封包實際傳輸技術為習知技藝，且並非為本發明著重之技術，故不再贅述。協議棧150中各層的運作方式與架構亦為習知技藝，本發明領域具有通常知識者應知協議棧150的功能與具體運作，故亦不再贅述。

所述處理單元15可以是中央處理單元(central processing unit，CPU)或是微控制器(microcontroller)或嵌入式控制器(embedded controller)等處理晶片，以韌體程式化方式建構協議棧150，並設置於通訊裝置10，但本實施例並不以此為限。

接著，以協議棧150的運作角度來說明本發明揭示的車載隨意網路系統1的運作方式。請參照圖4B配合參照圖2C與圖3，圖4B繪示本發明實施例提供的車載隨意網路系統中一子傳輸連線上各移動節點的協議棧運作示意圖。圖4B繪示對應圖2C所示的車載隨意網路系統1中子傳輸連線SA上各移動節點的協議棧運作示意圖。

於本實施例中，若移動節點為中繼節點時，通訊裝置10的處理單元15會將經實體層L1所接收到資料封包PACKET_D，上傳至網路層L3處理。而網路層L3則會於判斷是否需轉換為代理節點後，決定是否將資料封包PACKET_D上傳至傳輸層L4處理或是直接經資料鍵結層L2、實體層L1無線傳送至下一個移動節點。若中繼節點的網路層L3判斷出連線穩定而無須轉換為代理節點後，中繼節點的網路層L3會經資料鍵結層L2、實體層L1將接收到的資料封包無線傳送至下一個移動節點。

如圖4B所示，來源節點S的傳輸層L4會與代理節點P1的傳輸層L4建立可靠的子傳輸連線SA，以傳送資料封包 PACKET_D。來源節點S的應用層L6於執行的應用程式產生資料傳遞要求後，經傳輸層L4產生具接收的移動節點(例如，代理節點P1)的位址的資料封包PACKET_D，經網路層L3選擇傳輸路徑後，透過資料鍵結層L2、實體層L1傳送至中繼節點R1。

中繼節點R1的實體層L1接收資料封包PACKET_D後，會將資料封包PACKET_D經資料鍵結層L2上傳至網路層L3進行處理。中繼節點R1的網路層L3會於接收到資料封包PACKET_D，根據儲存於記憶單元14的連線狀態查表判斷中繼節點R1與中繼節點R2之間的可連線時間CRD(R1,R2)是否小於預設門檻值TH(例如，3秒)。中繼節點R1的網路層L3並於判斷中繼節點R1與中繼節點R2之間的可連線時間CRD(R1,R2)，例如，20秒大於預設門檻值TH，直接選取中繼節點R1與中繼節點R2之間的傳輸路徑，並將資料封包PACKET_D經資料鍵結層L2、實體層L1、所選取的傳輸路徑傳送至中繼節點R2。

中繼節點R2的實體層L1同樣於接收資料封包PACKET_D後，僅將資料封包PACKET_D上傳至網路層L3進行處理。中繼節點R2的網路層L3並於判斷中繼節點R2與中繼節點R3之間的可連線時間CRD(R2,R3)，例如，30秒大於預設門檻值，直接將資料封包PACKET_D經資料鍵結層L2、實體層L1傳送至中繼節點R3。

代理節點P1的網路層L3會於接收到資料封包PACKET_D後，上傳至傳輸層L4進行處理，代理節點P1的傳輸層L4會先將資料封包PACKET_D暫存於記憶單元14的暫存區塊(buffer)。代理節點P1的傳輸層L4並會與下一個代理節點(如代理節點P2)建立可靠的子傳輸連線，經網路層L3選取傳輸路徑透過資料鍵結層L2以及實體層L1傳送至下一個移動節點(如中繼節點R4)。

也就是說，於本實施例中，本發明揭示的移動節點的網路層L3用以決定傳輸路徑外，並會根據該移動節點與下一個移動節點 之間的可連線時間決定移動節點為中繼節點或代理節點。當移動節點為中繼節點時，資料封包PACKET_D即會經移動節點的實體層L1上傳至網路層L3處理。網路層L3會於判斷是否需轉換為代理節點後，決定是否將資料封包上傳至傳輸層L4處理或是直接經資料鍵結層L2、實體層L1無線傳送至下一個移動節點。

當移動節點為代理節點時，資料封包PACKET_D即會經移動節點的實體層L1上傳至傳輸層L4，以進行暫存並建立與下一個代理節點(如代理節點P2)或目的節點D之間的子傳輸連線。傳輸層L4並會於資料封包PACKET_D順利傳送至對應的代理節點P2或目的節點D時，將資料封包PACKET_D刪除。

於資料封包PACKET_D於傳送路徑遺失時，亦即當傳輸層L4未收到由下一個代理節點(如代理節點P2)或目的節點D回傳對應資料封包PACKET_D的回應封包時，傳輸層L4會執行資料封包PACKET_D重傳工作，直至收到由下一個代理節點(如代理節點P2)或目的節點D回傳對應資料封包PACKET_D的回應封包，據以建立代理節點與由下一個代理節點(如代理節點P2)或目的節點D之間的可靠子傳輸連線。

此外，代理節點的網路層L3亦可於接收到資料封包PACKET_D或是每隔一段時間(例如，每5秒)時，根據連線狀態查表代理節點與下一移動節點之間的可連線時間是否大於預設門檻值TH以及代理節點與下一移動節點的移動方向是否相同。網路層L3並會於代理節點與下一移動節點之間的可連線時間大於預設門檻值TH以及代理節點與下一移動節點的移動方向相同時，轉換為中繼節點，並直接將資料封包PACKET_D經資料鍵結層L2、實體層L1傳送至下一移動節點。

據此，本發明之車載隨意網路系統1中的中繼節點可於接收到依據網路狀態變化(例如，車輛的移動速度與移動方向)，主動決定是否將車載隨意網路系統中的來源端與目的端之間的傳輸連線 分割子傳輸連線，以即時適應車載隨意網路系統的拓樸變化，提升封包傳輸的可靠度。

〔傳輸控制方法之實施例〕

由上述實施例，本發明可歸納出一種傳輸控制方法，此方法可應用適用於上述實施例中車載隨意網路系統1。所述傳輸控制方法可根據車載隨意網路系統的網路狀態變化(即如車輛的移動速度與移動方向)，主動判斷是否將車載隨意網路系統中的來源端與目的端之間的傳輸連線分割為至少一個子傳輸連線，並決定各個子傳輸連線的連線長度。藉此，以適應車載隨意網路系統的即時變化，提升封包傳輸的速度，進而提高車載隨意網路系統運作的穩定度。

請參照圖5並同時參照圖2A~圖2C，圖5繪示本發明實施例提供的傳輸控制方法的流程示意圖。

於步驟S101中，每一該些移動節點週期性地(例如，每1秒或2秒)廣播信標信息MESS_BEACON，例如，哈囉信息(Hello message)，以將各該移動節點的移動資訊廣播給鄰近的每一該些移移動節點，其中信標信息MESS_BEACON可包括該移動節點的身分資料、該移動節點的位置資料、該移動節點的移動速度以及該移動節點的移動方向。各鄰近的移動節點可能因相對距離不同而於不同時間點收到信標信息MESS_BEACON。

舉例來說，中繼節點R1會週期性地透過廣播信標信息MESS_BEACON，提供中繼節點R1的身分資料、位置資料、移動速度以及移動方向給鄰近的移動節點，即來源節點S與中繼節點R2，其中來源節點S與中繼節點R2可能同時或不同時間點收到中繼節點R1廣播的信標信息MESS_BEACON。

其次，於步驟S103，每一該些移動節點接收鄰近的每一該些移動節點廣播的信標信息MESS_BEACON。於步驟S105中，各個移動節點根據信標信息MESS_REACON擷取鄰近的每一該些移動 節點的移動資訊，以更新各移動節點的連線狀態查表中移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的可連線時間(如前述表一所示)。

其後，於步驟S107，建立來源節點S與目的節點D之間的傳輸連線。來源節點S可藉由傳送連線請求封包至目的節點D，且來源節點S並於收到目的節點D回傳對應連線請求封包的連線確認封包後，建立來源節點S與目的節點D之間可靠的傳輸連線。

而後，於步驟S109中，傳輸連線上任一中繼節點(例如，中繼節點R3)會於接收資料封包PACKET_D時，主動根據連線狀態查表判斷該中繼節點(例如，中繼節點R3)與下一個移動節點之間的可連線時間(例如，可連線時間CRD(R3,R4))是否小於預設門檻值TH(例如，3秒)。

當該中繼節點(例如，中繼節點R3)根據連線狀態查表判斷該中繼節點(例如，中繼節點R3)與下一個移動節點之間的可連線時間(例如可連線時間CRD(R3,R4))小於預設門檻值TH時，執行步驟S111。反之，當該中繼節點(例如，中繼節點R3)根據連線狀態查表判斷該中繼節點(例如，中繼節點R3)與下一個移動節點之間的可連線時間(例如可連線時間CRD(R3,R4))大於預設門檻值TH時，執行步驟S125。

於步驟S111中，該中繼節點(例如，中繼節點R3)轉換為一代理節點(例如，代理節點P1)。

詳細地說，該中繼節點(例如，中繼節點R3)會傳送一通知封包分別至上一個移動節點(例如，中繼節點R2)與下一個移動節點(例如，中繼節點R4)。該中繼節點(例如，中繼節點R3)並於收到上一個移動節點(例如，中繼節點R2)與下一個移動節點(例如，中繼節點R4)回傳對應通知封包的確認封包後，轉換為代理節點(例如，代理節點P1)。

隨後，代理節點(例如，代理節點P1)會將資料封包PACKET_D暫存於代理節點(例如，代理節點P1)內建記憶單元的暫存區塊， 並建立與下一個代理節點(例如，代理節點P2)或目的節點D之間的第一子傳輸連線(例如，子傳輸連線SB)。(步驟S113與步驟S115)

代理節點(例如，代理節點P1)同時會建立與上一個代理節點或來源節點S之間的第二子傳輸連線(例如，子傳輸連線SA)。

而後，於步驟S117中，代理節點(例如，代理節點P1)會以多重跳躍方式將資料封包PACKET_D經第一子傳輸連線(例如，子傳輸連線SB)傳送至下一個代理節點(例如，代理節點P2)或目的節點D。

於步驟S119中，代理節點(例如，代理節點P1)判斷下一個代理節點(例如，代理節點P2)或目的節點D是否收到資料封包PACKET_D。

具體地說，當代理節點(例如，代理節點P1)於傳送資料封包PACKET_D後一段時間(例如，2秒)後，仍未收到由下一個代理節點(例如，代理節點P2)或目的節點D回傳對應資料封包PACKET_D的回應封包時，代理節點(例如，代理節點P1)即判斷下一個代理節點(例如，代理節點P2)或目的節點D未收到資料封包PACKET_D，亦即資料封包PACKET_D已遺失，並執行步驟S121。

當代理節點(例如，代理節點P1)於傳送資料封包PACKET_D後一段時間(例如，2秒)內收到由下一個代理節點(例如，代理節點P2)或目的節點D回傳對應資料封包PACKET_D的回應封包時，代理節點(例如，代理節點P1)即判斷下一個代理節點(例如，代理節點P2)或目的節點D已收到，則執行步驟S123。

於步驟S121，代理節點(例如，代理節點P1)會重新傳送資料封包PACKET_D至下一個代理節點(例如，代理節點P2)或目的節點D，並回到步驟S119重新判斷下一個代理節點(例如，代理節點P2)或目的節點D是否收到資料封包PACKET_D。

代理節點(例如，代理節點P1)於步驟S123中於清除儲存於內 建記憶單元的暫存區塊中的資料封包PACKET_D。於步驟S125中，該中繼節點(例如，中繼節點R3)直接將資料封包PACKET_D傳送至下一個移動節點(例如，中繼節點R4)。

如前述，每一該移動節點的連線狀態查表中該移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的可連線時間，可以是根據該移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的相對移動速度以及距離，或是該移動節點的移動速度與該移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的相對距離來計算的。

以下就連線狀態查表中各移動節點與鄰近的各該移動節點之間的可連線時間的細部演算方式做進一步說明，請參照圖6，圖6繪示本發明實施例提供的一移動節點傳輸範圍示意圖。

如圖6所示，中繼節點R1具有傳輸範圍21，且傳輸範圍21示是由傳輸距離R(例如，200至300公尺之間)來定義的。中繼節點R2(即鄰近於中繼節點R1的下一個移動節點)是位於中繼節點R1的傳輸距離內，且中繼節點R1與中繼節點R2之間距離一距離d。中繼節點R1與中繼節點R2的移動方向相同。據此，中繼節點R1與中繼節點R2的可連線時間可以是依據中繼節點R1與中繼節點R2可連線的距離，亦即根據中繼節點R1的傳輸距離R以及中繼節點R1與中繼節點R2之間的距離d與相對速度差來計算。

當中繼節點R1依據連線狀態查表判斷中繼節點R1的移動速度小於中繼節點R2的移動速度時，可利用公式(1)來計算中繼節點R1與中繼節點R2之間的可連線時間CRD(R1,R2)，

其中，CRD(R1,R2)表示中繼節點R1與中繼節點R2之間的可連線時間；R表示中繼節點R1的傳輸距離；表示中繼節點R1的位置向量；表示中繼節點R2的位置向量；表示中繼節點 R1的移動速度向量；表示中繼節點R2的移動速度向量。

換言之，當中繼節點R1的移動速度比中繼節點R2的移動速度慢時，中繼節點R1與中繼節點R2的可連線時間等於中繼節點R2離開中繼節點R1的傳輸範圍21的時間。

而當中繼節點R1依據連線狀態查表判斷中繼節點R1的移動速度大於中繼節點R2的移動速度時，則利用公式(2)計算中繼節點R1與中繼節點R2之間的可連線時間CRD(R1,R2)，

其中，CRD(R1,R2)表示中繼節點R1與中繼節點R2的可連線時間；R表示該中繼節點的傳輸距離；表示中繼節點R1的位置向量；表示中繼節點R2的位置向量；表示中繼節點R1的移動速度向量；表示中繼節點R2的移動速度向量。

舉例來說，請參照圖7A與圖7B，圖7A與圖7B分別繪示本發明實施例提供的移動節點移動過程示意圖。

如圖7A所示，中繼節點R1的移動速度為V1，而中繼節點R2的移動速度為V2，其中，中繼節點R2的移動速度為V2大於中繼節點R1的移動速度為V1。中繼節點R1與中繼節點R2之間相距有一距離d1且中繼節點R1與中繼節點R2的移動方向相同。據此，中繼節點R1與中繼節點R2之間的可連線時間CRD(R1,R2)可利用公式(1)來計算。

假設中繼節點R1的傳輸距離R為250公尺，且中繼節點R1與中繼節點R2之間的距離d1為100公尺；中繼節點R1的移動速度為V1為每秒25公尺，中繼節點R2的移動速度為V2為每秒30公尺。中繼節點R1與中繼節點R2之間的可連線時間即為30秒。

因此，若預設門檻值為3秒時，則中繼節點R1可因中繼節點R1與中繼節點R2之間的可連線時間大於預設門檻值，而判斷為穩定連線狀態，故不需要轉換為代理節點。

接著請參照圖7B，中繼節點R1的移動速度為V1大於中繼節點R2的移動速度為V2。中繼節點R1與中繼節點R2之間相距一距離d2且中繼節點R1與中繼節點R2的移動方向相同。據此，中繼節點R1與中繼節點R2之間的可連線時間CRD(R1,R2)可利用公式(2)來計算。

假設中繼節點R1的傳輸距離R為250公尺，且中繼節點R1與中繼節點R2之間的距離d1為100公尺；中繼節點R1的移動速度為V1為每秒30公尺，中繼節點R2的移動速度為V2為每秒25公尺。中繼節點R1與中繼節點R2之間的可連線時間即為70秒。

值得一提的是，當任一中繼節點的移動速度大於下一移動節點的移動速度，且該中繼節點與下一移動節點移動方向相同且之該中繼節點與下一移動節點間的距離小於該中繼節點的傳輸距離時，該中繼節點與下一移動節點之間的連線狀態為穩定，故該中繼節點可不需要轉換為代理節點。

接著，本發明另歸納各移動節點廣播的信標信息產生方法與連線狀態查表更新方法。請參照圖8A與圖8B並同時參照圖3，圖8A繪示本發明實施例提供的信標信息產生與連線狀態查表更新方法的流程示意圖。圖8B繪示本發明實施例提供的移動節點廣播信標信息的運作信示意圖。

於步驟S201中，移動節點(即中繼節點R1)的通訊裝置10的處理單元15會驅動定位模組11產生對應移動節點(即中繼節點R1)的定位信號，其中定位信號可包括移動節點(如中繼節點R1)的經、緯度資料。

於步驟S203中，移動節點(即中繼節點R1)的通訊裝置10的處理單元15會驅動速度感測模組12偵測移動節點(即中繼節點R1)的移動速度與移動方向，以產生移動資訊。於步驟S205中，移動節點(即中繼節點R1)的通訊裝置10的處理單元15會根據移動節點(即中繼節點R1)的身份資料(例如，車輛編號或通訊裝置10的 序號等)、定位信號以及移動資訊產生信標信息MESS_BEACON。移動節點(即中繼節點R1)的通訊裝置10的處理單元15會於步驟S207中，驅動通訊模組16廣播信標信息MESS_BEACON給鄰近的每一該些移動節點(例如，中繼節點R2)。移動節點(即中繼節點R1的廣播方式可如圖8B所示。特別說明的是，如前述，圖8B中鄰近的來源節點S與代理節點P1可能同時收到信標信息MESS_BEACON或是因距離不同而使得兩者收到信標信息MESS_BEACON具有時間上的差異。

當鄰近的每一該移動節點(例如，中繼節點R2)的通訊裝置10的處理單元15接收到由移動節點(即中繼節點R1)所廣播的信標信息MESS_BEACON時，通訊裝置10的處理單元15會根據信標信息MESS_BEACON中移動節點(即中繼節點R1)的移動資訊，對應更新通訊裝置10的記憶單元14中的連線狀態查表中該移動節點(即中繼節點R1)的移動資訊。(步驟S209以及步驟S211)

於步驟S213中，鄰近的每一該移動節點(例如，中繼節點R2)的通訊裝置10的處理單元15並可根據移動節點(即中繼節點R1)的移動資訊選擇公式(1)或公式(2)計算與移動節點(即中繼節點R1)之間的可連線時間CRD(R1,R2)。

而後，於步驟S215，鄰近的每一該移動節點(例如，中繼節點R2)根據計算結果，將鄰近的每一該移動節點(例如，中繼節點R2)與移動節點(即中繼節點R1)之間的可連線時間CRD(R1,R2)記錄於連線狀態查表。

接著，本發明另歸納車載隨意網路系統的運作中各代理節點轉換為中繼節點的方法。請參照圖9A與圖9B，圖9A繪示本發明實施例提供的代理節點轉換至中繼節點方法的流程示意圖。圖9B繪示本發明實施例提供的移動節點的運作示意圖。

於步驟S301中，任一代理節點(例如，代理節點P1)於每隔一段時間後或是接收到資料封包PACKET_D時，該代理節點(例如， 代理節點P1)會主動根據內建的連線狀態查表，判斷該代理節點(例如，代理節點P1)與下一個移動節點(例如，中繼節點R4)之間的可連線時間CRD(P1,R4)是否大於預設門檻值TH。當該代理節點(例如，代理節點P1)根據內建的連線狀態查表，判斷該代理節點(例如，代理節點P1)與下一個移動節點(例如，中繼節點R4)之間的可連線時間CRD(P1,R4)大於預設門檻值TH，則執行步驟S303。反之，當該代理節點(例如，代理節點P1根據內建的連線狀態查表判斷該代理節點(例如，代理節點P1)與下一個移動節點(例如，中繼節點R4)之間的可連線時間CRD小於預設門檻值TH，表示該代理節點(例如，代理節點P1)與下一個移動節點(例如，中繼節點R4)之間的連線不穩定，則維持為代理節點。

於步驟S303中，該代理節點(例如，代理節點P1)根據內建的連線狀態查表判斷該代理節點(例如，代理節點P1)的移動方向與下一個移動節點(例如，中繼節點R4)的移動方向是否相同。

當該代理節點(例如，代理節點P1)根據內建的連線狀態查表判斷該代理節點(例如，代理節點P1)的移動方向與下一個移動節點(例如，中繼節點R4)的移動方向相同時，執行步驟S305。反之，當該代理節點(例如，代理節點P1根據內建的連線狀態查表判斷該代理節點(例如代理節點P1)的移動方向與下一個移動節點(例如，中繼節點R4)的移動方向並不相同，如圖9B所示，則繼續維持為代理節點。

於步驟S305中，該代理節點(例如，代理節點P1)轉換為中繼節點。詳細地說，該代理節點(例如，代理節點P1)會傳送通知封包分別至上、下移動節點，並於收到上、下移動節點回傳得確認封包後才轉換為中繼節點。

接著，請參照圖10，圖10繪示本發明實施例提供的車載隨意網路系統的一實際運作示意圖。圖10之車載隨意網路系統中複數個移動節點是由車輛C1~C5來表示，且車輛C1~C5的移動方向 皆相同。車輛C1~C5分別裝設具無線通訊功能的通訊裝置(未繪示於圖10)。車輛C1的移動速度為V1；車輛C2的移動速度為V2；車輛C3的移動速度為V3；車輛C4的移動速度為V4；車輛C5的移動速度為V5。

在時間點T1至時間點T2之間，車輛C1與C4用以作為代理節點切割來源節點(未繪示於圖10)與目的節點(未繪於圖10示)之間的傳輸連線的。車輛C2、C3以及C6則作為中繼節點。車輛C1~C5週期性地廣播信標信息至鄰近的每一該車輛，並於接收對應鄰近的每一該車輛廣播的信標信息，對應更新各自內建的連線狀態查表中各車輛的移動資訊以及該車輛與鄰近的每一該車輛之間的可連線時間。

在時間點T2時，車輛C2根據連線狀態查表判斷出車輛C2與車輛C3之間的可連線時間CRD(C2,C3)小於預設門檻值TH。(步驟S401)

隨後，車輛C2於步驟S403中傳送通知封包分別至車輛C1與車輛C3，以通知車輛C1與車輛C3，車輛C2將轉換為代理節點。車輛C1與車輛C3則在收到通知封包後，於步驟S405中傳送出對應通知封包的確認封包至車輛C2。車輛C2可能同時收到車輛C1與車輛C3回傳的確認封包。車輛C2亦可以因距離不同而分別於不同時間點(例如，相互間隔一延遲時間)收到車輛C1與車輛C3回傳的確認封包。

而後，車輛C2於時間點T3，亦即收到C1與車輛C3回傳的確認封包後，於步驟S407中轉換為代理節點。車輛C2會重新與下一個代理節點或目的節點建立可靠傳輸連線。

同樣地，在時間點T2之間，車輛C4於步驟S409中主動根據連線狀態查表出車輛C4與車輛C5之間的可連線時間CRD(C4,C5)大於預設門檻值TH，且車輛C4的移動方向DIR_C4與車輛C5的移動方向DIR_C5相同時，車輛C4於步驟S411中傳送通知封包 分別至車輛C3以及車輛C5以通知車輛C3與車輛C5，車輛C4將轉換為中繼節點。

車輛C3與車輛C5則在收到通知封包後，於步驟S413中傳送出對應通知封包的確認封包至車輛C4。車輛C4可能同時收到車輛C3與車輛C5回傳的確認封包。車輛C4亦可以因距離不同而分別於不同時間點(例如，相互間隔一延遲時間)收到車輛C3與車輛C5回傳的確認封包。而後，車輛C4於時間點T4，亦即收到C3與車輛C5回傳的確認封包後，於步驟S415中轉換為中繼節點。

本發明之車載隨意網路系統中各個移動節點可因應車載通訊網路的網路環境，自動變換通訊架構，亦即切換為中繼節點或代理節點，調整車載通訊網路系統的網路拓樸，以適當地調整切割來源節點與目的節點之間的傳輸連線為複數個子傳輸連線。據此，藉以提升車載通訊網路系統的封包傳遞穩定度與可靠度。

接著，請參照圖11，圖11繪示本發明實施例提供的車載隨意網路系統中封包傳遞的延遲時間與預設門檻值的關係曲線示意圖。曲線C11表示應用傳統分段式傳輸控制協定的封包傳遞的延遲時間曲線。曲線C12表示應用本發明的分段式可靠傳輸控制協定在預設門檻值為一秒的封包傳遞的延遲時間曲線。曲線C13表示應用本發明的分段式可靠傳輸控制協定在預設門檻值為兩秒的封包傳遞的延遲時間曲線。曲線C14表示應用本發明的分段式可靠傳輸控制協定在預設門檻值為三秒的封包傳遞的延遲時間曲線。

由圖11可知，當預設門檻值越高，則表示車載隨意網路系統中來源節點與目的節點之間的傳輸連線上代理節點的數量越多，因此來自於來源節點的封包傳遞到目的節點的延遲時間越大；當預設門檻值越低，則表示車載隨意網路系統中來源節點與目的節點之間的傳輸連線上代理節點的數量會越少，故來自於來源節點的封包傳遞到目的節點的延遲時間越小。

此外，當預設門檻值為2秒或3秒時，使用本發明的分段式可靠傳輸控制協定的車載隨意網路系統中於封包傳遞過程中產生的延遲時間皆低於應用傳統分段式傳輸控制協定車載隨意網路系統中所封包傳遞過程中產生的延遲時間。因此，本發明分段式可靠傳輸控制協定可透過適當地選擇配置預設門檻值，調整車載隨意網路系統中傳輸連線產生的封包傳遞的延遲時間。

另外，請參照圖12，圖12繪示本發明實施例提供的車載隨意網路系統中封包傳遞由來源節點到目的節點的平均跳躍次數與預設門檻值的關係曲線示意圖。曲線C21表示應用傳統分段式傳輸控制協定的平均封包跳躍次數曲線。曲線C22表示應用本發明的分段式可靠傳輸控制協定在預設門檻值為一秒的封包平均跳躍次數曲線。曲線C23表示應用本發明的分段式可靠傳輸控制協定在預設門檻值為兩秒的平均封包跳躍次數曲線。曲線C24表示應用本發明的分段式可靠傳輸控制協定在預設門檻值為三秒的封包跳躍次數曲線。

由圖12可知，當預設門檻值越高，則表示車載隨意網路系統中來源節點與目的節點之間的傳輸連線上代理節點的數量越多，因此封包在遺失後重傳所需的跳躍次數越少，使得整體車載隨意網路系統中封包平均跳躍次數較低；當預設門檻值越低，則表示車載隨意網路系統中來源節點與目的節點之間的傳輸連線上代理節點的數量會越少，而中繼節點的數量相對地會越多，故封包平均跳躍次數越多。此外，當預設門檻值為2秒或3秒時，使用本發明的分段式可靠傳輸控制協定的車載隨意網路系統中傳輸連線產生的封包跳躍次數皆低於應用傳統分段式傳輸控制協定車載隨意網路系統產生的封包跳躍次數。

習知封包傳遞的跳躍次數越少，可減少封包遺失的機率，提高車載隨意網路系統傳輸吞吐量。同時，還可藉由降低封包傳遞的跳躍次數，進一步消除通道占據效應與網路壅塞問題，進而提 高車載隨意網路系統的運作效益。據此，本發明的應用分段式可靠傳輸控制協定的車載隨意網路系統的傳輸速度與網路運作效益可較傳統分段式傳輸控制協定車載隨意網路系統高。

值得提的是，由圖11與圖12可知，前述的預設門檻值較佳可設為2秒或3秒，但預設門檻值於實務上可依據車載隨意網路系的實際架構與運作需求來設置，故本發明並不以此為限。

綜上所述，本發明實施例提供一種用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法、移動節點的通訊裝置以及車載隨意網路系統，此傳輸控制方法可依據車載隨意網路系統的網路狀態，例如，移動節點的移動資訊，主動決定是否將車載隨意網路系統中來源節點與目的節點之間的傳輸線分割為至少一子傳輸線，以適應車載通訊網路的環境。本發明提供之傳輸控制方法可根據移動節點的位置與移動速度估測移動節點之間的可連線時間，並動態調整子傳輸連線的路徑長度，藉以降低點對點傳輸的延遲時間，同時亦解決前述網路壅塞的問題。

S101~S125‧‧‧步驟流程

Claims (17)

1. 一種用於車載隨意網路系統(Vehicular Ad Hoc Network System)的傳輸控制方法，該車載隨意網路系統具有複數個具通訊功能的移動節點(mobile node)，其中該些移動節點包括一來源節點(source node)、一目的節點(destination node)以及複數個中繼節點(relay node)，該傳輸控制方法包括：每一該些移動節點週期性地廣播一信標信息(beacon message)，且該信標信息包括一移動資訊；每一該些移動節點接收來自於鄰近的每一該些移動節點廣播的該信標信息，並根據該移動資訊更新每一該些移動節點的一連線狀態查表，其中該連線狀態查表記錄每一該移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的一可連線時間(coverage remaining duration)；建立該來源節點與該目的節點之間的一傳輸連線，以使該來源節點經由該些中繼節點傳送一資料封包至該目的節點；每一該些中繼節點於接收該資料封包時，根據該連線狀態查表判斷該中繼節點與下一個移動節點之間的該可連線時間是否小於一預設門檻值；以及當該可連線時間小於該預設門檻值時，該中繼節點轉換為一代理節點(proxy node)，儲存該資料封包，並與下一個代理節點或該目的節點建立一第一子傳輸連線。
2. 如請求項1所述之用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法，更包括下列步驟：該代理節點於接收另一資料封包時，該代理節點根據該連線狀態查表，判斷與下一個移動節點之間的該可連線時間是否大於該預設門檻值；若判斷該代理節點與下一個移動節點之間的該可連線時間大於該預設門檻值時，該代理節點判斷與下一個移動節點的 移動方向是否相同；以及若判斷該代理節點與下一個移動節點的移動方向相同時，該代理節點轉換為該中繼節點並直接將該資料封傳送至下一個移動節點。
3. 如請求項1所述之用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法，其中在該中繼節點轉換為該代理節點後，更包括下列步驟：儲存該資料封包於該代理節點的一記憶單元；傳送一通知封包分別至上一個移動節點與下一個移動節點；建立與下一個代理節點或該目的節點的該第一子傳輸連線以及與上一個代理節點或該來源節點的一第二子傳輸連線；該代理節點將該資料封包經該第一子傳輸連線傳送至下一個代理節點或該目的節點；以及該代理節點並於接收到下一個代理節點或該目的節點回傳對應該資料封包的一回應封包時，將該資料封包由該記憶單元中移除。
4. 如請求項3所述之用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法，其中在該中繼節點轉換為該代理節點的該步驟之後，更包括下列步驟：當該代理節點在傳送該資料封包至該下一個代理節點或該目的節點一段時間後，仍未收到對應該資料封包的該回應封包時，該代理節點重新將該資料封包傳送至下一個代理節點或該目的節點。
5. 如請求項1所述之用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法，更包括下列步驟：任一該代理節點於每隔一預設時間後，主動根據該連線狀態查表，判斷該代理節點與下一個移動節點之間的該可連線時間是否大於該預設門檻值以及該代理節點與下一個移動節點 的移動方向是否相同，以決定是否轉換為該中繼節點。
6. 如請求項1所述之用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法，更包括下列步驟：任一該中繼節點於每隔一預設時間後，主動根據該連線狀態查表，判斷該中繼節點與下一個移動節點之間的該可連線時間是否小於該預設門檻值，並於該可連線時間小於該預設門檻值時，該中繼節點轉換為該代理節點。
7. 如請求項1所述之用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法，其中該信標信息包括該移動節點的身分資料、該移動節點的位置資料、該移動節點的移動速度以及該移動節點的移動方向。
8. 如請求項1所述之用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法，其中該中繼節點是根據該中繼節點與下一個移動節點之間的距離以及該中繼節點與下一個移動節點之間的一相對移動速度計算該中繼節點與下一個移動節點之間的該可連線時間。
9. 如請求項8所述之用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法，其中在該中繼節點計算該可連線時間的該步驟中，包括：當該中繼節點依據該連線狀態查表判斷該中繼節點的移動速度小於下一個移動節點的移動速度時，利用公式(1)計算該可連線時間， 其中，CRD表示該可連線時間；R表示該中繼節點的傳輸距離；表示該中繼節點的位置向量；表示下一個該移動節點的位置向量；表示該中繼節點的移動速度向量；表示下一個該移動節點的移動速度向量；以及當該中繼節點依據該連線狀態查表判斷該中繼節點的移動速度大於下一個移動節點的移動速度時，利用公式(2)計算該 可連線時間， 其中，CRD表示該可連線時間；R表示該中繼節點的傳輸距離；表示該中繼節點的位置向量；表示下一個移動節點的位置向量；表示該中繼節點的移動速度向量；表示下一個移動節點的移動速度向量。
10. 如請求項1所述之用於車載隨意網路系統的傳輸控制方法，其中該中繼節點是根據該中繼節點的傳輸距離、該中繼節點與下一個移動節點之間的距離以及該中繼節點移動速度，計算該中繼節點與下一個移動節點之間的該可連線時間。
11. 一種用於車載隨意網路系統之移動節點的通訊裝置，包括：一定位模組，用以產生對應該移動節點的一定位信號；一速度感測模組，用以偵測該移動節點的一移動速度，以產生一速度資料；一連線狀態查表，設置於一記憶單元中，用以記錄該移動節點與鄰近各該移動節點之間的一可連線時間；一通訊模組，用以接收或傳送由該車載隨意網路系統中一來源節點產生的一資料封包；以及一處理單元，耦接於該定位模組、該速度感測模組、該記憶單元以及該通訊模組，該處理單元用以根據該定位信號與該速度資料週期性地產生一信標信息，該處理單元並透過該通訊模組廣播該信標信息；其中，該處理單元透過該通訊模組接收鄰近的每一該些移動節點廣播的該信標信息，以根據鄰近的每一該些移動節點的該移動資訊，計算並更新該連線狀態查表中該移動節點與鄰近的每一該些移動節點之間的該可連線時間；其中，若該移動節點為一中繼節點時，當該通訊模組接收 該資料封包時，該處理單元是根據該連線狀態查表判斷該移動節點與下一個移動節點之間的該可連線時間是否小於一預設門檻值，以決定是否控制該中繼節點轉換為一代理節點。
12. 如請求項11所述之用於車載隨意網路系統之移動節點的通訊裝置，其中當該處理單元判斷該移動節點與下一個移動節點之間的該可連線時間小於該預設門檻值，該處理單元控制該移動節點轉換為該代理節點，並傳送一通知封包分別至上一個移動節點以及下一個移動節點。
13. 如請求項12所述之用於車載隨意網路系統之移動節點的通訊裝置，其中當該處理單元於控制該移動節點轉換為該代理節點時，該處理單元將該資料封包儲存於該記憶單元的一暫存區塊，該處理單元與該車載隨意網路系統中的下一個代理節點或一目的節點建立一第一子傳輸連線，以將該資料封包傳送至下一個代理節點或該目的節點；該處理單元並與該車載隨意網路系統中上一個代理節點或該來源節點建立一第二子傳輸連線。
14. 如請求項13所述之用於車載隨意網路系統之移動節點的通訊裝置，其中當該處理單元透過該通訊模組接收到下一個代理節點或該目的節點經該第一子傳輸連線回傳對應該資料封包的一回應封包時，該處理單元將該資料封包由該記憶單元的該暫存區塊中移除。
15. 如請求項11所述之用於車載隨意網路系統之移動節點的通訊裝置，其中該信標信息包括該移動節點的身分資料、該移動節點的位置資料、該移動節點的移動速度以及該移動節點的移動方向。
16. 如請求項11所述之用於車載隨意網路系統之移動節點的通訊裝置，其中該處理單元是根據該中繼節點與下一個移動節點之間的距離以及該中繼節點與下一個移動節點之間的一相對移動速度計算該中繼節點與下一個移動節點之間的該可連線時 間。
17. 如請求項11所述之用於車載隨意網路系統之移動節點的通訊裝置，其中在該移動節點轉換為該代理節點之後，該處理單元每隔一預設時間主動根據該連線狀態查表，判斷該代理節點與下一個移動節點之間的該可連線時間是否大於該預設門檻值以及該代理節點與下一個移動節點的移動方向是否相同；當該處理單元判斷該代理節點與下一個移動節點之間的該可連線時間大於該預設門檻值，且該代理節點與下一個移動節點的移動方向相同時，該處理單元控制該代理節點轉換為該中繼節點。