[发明专利]在车辆通信网络中管理单跳和多跳广播的方法及其装置

说明书

在车辆通信网络中，安全消息的可靠传递至关重要，应避免任何传输冲突。本发明描述了一种基于时分多址方案的方法。提供了一个额外的层来管理和安排安全消息的传输。在安全应用层和媒体访问控制(MAC)层之间提供了额外的消息广播处理层(MBH层)。从安全应用层生成和接收的安全消息在MBH层中假脱机，并由MBH层进行调度，以传递到MAC层进行广播。还描述了实现该方法的装置。

技术领域

本发明通常涉及车辆通信领域。特别地，本发明涉及在车辆通信网络中管理消息的单跳和多跳广播的方法和装置，以及用于实施该方法的装置。

背景技术

道路交通事故是严重的公共问题，并且在许多国家是人员死亡和伤残的主要原因之一。为了降低车辆在道路上撞车的风险和严重性，可以在彼此附近移动的车辆之间采用无线通信，使它们了解周围的环境并做出相应的反应。重要的是，每个节点(例如，车辆)必须可靠地向所有周围节点广播安全消息。

已经提出了提供(标准化的)车辆网络架构以用于以分布式方式(即，不需要任何中央控制器)在车辆之间建立无线通信。这样的架构通常是分层的，并且将至少包括生成安全消息、诸如SAEJ2735标准中定义的安全消息的应用层。安全消息应用层生成不同类型的安全消息，包括基本安全消息(BSM)，并且因此可以称为BSM层。在IEEE网络架构中，BSM层下方是运行WAVE短消息协议(WSMP)的层，与UDP/IP或TCP/IP相比，该协议被认为更适合支持用于安全应用的网络服务。

常规上，消息传输在5.9GHz专用短程通信(DSRC)频谱上运行，该频谱分为七个10MHz通道。安全消息在BSM层生成，然后传递到媒体访问控制(MAC)层进行传输。每个节点都有一个始终调谐到安全频道的收发器，每个节点都会在该频道上广播安全消息。与其他频道切换技术相比，在消息错误率和消息间接收延迟方面，由于其优越的性能，对于安全消息广播和在固定频道上通常建议使用专用收发器。

当节点x广播安全消息时，除非发生传输冲突，否则假定该消息已成功传递到距节点x的距离(用ζ_χ表示)小于或等于指定阈值的每个节点。另一方面，与节点x距离大于ζ_χ的所有节点都无法接收节点x广播的任何消息。对于所有的安全消息广播，所有节点都使用相同的传输功率水平和物理层数据速率(即调制和编码方案(MCS))。因此，距离阈值ζ_X被合理地认为是固定的并且对于每个节点x是类似的，并由ζ表示。在车辆环境中，车辆之间的距离改变，并且因此每个节点的广播邻域由于车辆移动性而动态地改变。传输冲突因此可能由车辆移动性引起，并且可能阻止所有节点成功接收由附近节点发送的安全消息。这是潜在的安全风险。

已经提出了使用时分多址(TDMA)方案广播安全消息来避免传输冲突。为车载网络提出的TDMA协议将要求每个节点在其一个时隙上广播，每帧一次，即访问前一(滑动)帧中任何时隙的每个单跳邻居的ID。每帧中单跳邻居ID的这种定期广播会导致大量开销信息，尤其是在高车辆密度的情况下。同样，即使TDMA协议的主要优点在于可靠的广播服务，该服务主要用于安全应用，但仍需要将TDMA应用于所有类型的应用消息。另外，提出的TDMA解决方案需要用TDMAMAC方案替换标准化的MAC协议、例如IEEE 802.11p MAC，并且因此与当前的车辆网络架构不兼容。因此，由于引入的开销、缺乏灵活性以及与当前车辆网络架构的不兼容性，提出的TDMA解决方案不是理想的。

上述内容对于在节点之间建立和维持可靠的车辆通信产生了挑战和约束。因此，需要一种管理用于车辆通信的消息广播的方法和系统，以将安全消息可靠地传递到所有附近的节点，避免潜在的传输冲突。本发明的目的是减少或消除上述缺点中的至少一个。

发明内容

本发明涉及一种通过在广播邻域中的多个节点来管理安全消息的广播的方法和装置，这些节点在车辆通信网络中彼此通信。每个节点定期向其他节点广播消息。