专利名称：控制对移动临时专用网络的共享通信媒体的访问的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及通信网络领域，具体地说，涉及控制对共享通信媒体的访问的方法和系统。更具体地说，本发明涉及用于临时专用(ad-hoc)通信网络的通信媒体访问控制方法和系统。
背景技术：
ad-hoc通信网络是与蜂窝网络不同，不需要(至少在原理上)任何固定和有线通信网络基础设施(例如，地面基站)来路由通信业务的一种移动无线通信网络。由于这个原因，当蜂窝网络可以被定义成具有基础设施的移动无线通信网络时，ad-hoc网络可以被相反地称为无基础设施的移动无线通信网络。
由于在ad-hoc通信网络中，网络结点由能够移动并作为协作路由通信业务的网络路由器的移动主机组成，这样的目的是可以达到的。尤其是，如果ad-hoc网络结点处于各自的通信范围内，则直接相互通信，或者，如果它们不处于直接通信范围内，则依靠一个或多个中间结点来路由通信业务，而间接地以多跳方式相互通信。
因此，在ad-hoc网络中，每个结点不仅是通信网络用户(或台)，而且还可以作为通信业务路由器并与其它结点协作以维持网络连接。因此，ad-hoc网络由适当网络用户(或台)动态组成。
ad-hoc网络尤其可用于网络基础设施不存在以及建立它不可行，例如受时间限制或譬如考虑到维护成本而不方便的应用中。依靠ad-hoc网络实现通信也许有用的状况包括战场、受自然灾害打击的区域、营救任务、会议、集会和最后但非最不重要的车辆间通信。
尽管与有基础设施的网络相比ad-hoc网络存在这样那样的优点，但仍然存在一些在开始广泛部署这种网络之前面临解决的问题。不必说，这些问题的大多数是ad-hoc网络的本性，即网络结点的移动性所固有的。
在现有技术中，已经认识到ad-hoc网络的大多数问题。
例如，在K.H.Wang等人的“Group Mobility and PartitionPrediction in Wireless Ad-Hoc Networks”，Proceedings of IEEEInternational Conference on Communications(ICC)，2002中，研究了由于网络分区，即，将ad-hoc网络分为完全断开的部分而引起的服务中断问题。那篇论文的作者提出了一种特征化移动组的运动的基于速度的组模型，以便预测网络分区；通过GPS(全球定位系统)来获得结点的速度。
作为另一个例子，在L.Briesemeister等人的“OvercomingFragmentation in Mobile Ad Hoc Networks”，Journal ofCommunications and Networks，2(3)182-187，September 2000中，给出了一种像公路交通中的车辆那样，在ad-hoc网络中的主机之间根据位置多播紧急消息的方法，根据该方法，由时间、位置(利用GPS车辆导航系统确定)、速度和驾驶方向来隐含定义多播组。
在J.P.Singh等人的“Wireless LAN Performance Under VariedStress Conditions in Vehicular Traffic Scenarios”，IEEE VehicularTechnology Conference，Fall 2002，vol.2，pp.743-747，Vancouver中，已经评估了在不同车辆移动性、同等距离和驾驶环境条件下用于车辆间通信的基于802.11b的无线LAN(WLAN)的性能，以及已经观察到性能随越来越不友好的通信情形而变差；尤其在那篇论文中指出，市内驾驶条件是最恶劣的环境，而郊区环境是最有利的，以及高速公路环境介于上述两者之间。
本申请人已经观察到，在ad-hoc网络中，在利用共享通信媒体以及将通信媒体(通常是无线电通信媒体)分为多个不同部分(下文被称为传输资源或通信信道)的状况下引起的不同用户之间的冲突问题被加重。
存在几种将共享通信媒体划分成多个不同通信信道的不同方式。一种已知的方式被称为时分多址(TDMA)，通过将其划分成不同时隙而允许几个用户共享同一频率。除了别的以外，TDMA还用在例如全球移动通信系统(GSM)数字蜂窝标准中。划分共享通信媒体的另一种已知方式被称为码分多址(CDMA)，通过让多个发射机没有有害干扰地同时在同一个频率信道上将消息发送给同一个接收机来使用扩频技术。经常与前面两种技术的任何一种结合在一起使用的还有一种已知技术被称为频分多址(FDMA)在这种情况下，将不同频率信道分配给每个发射机，以便不同接收机可以通过调谐到所需信道来区别它们。
根据国际标准化组织(ISO)阐述的开放系统互连(OSI)“层堆栈”模型，网络结点对共享通信媒体的访问受到媒体访问控制(MAC)子层的支配，MAC子层是数据链路层的较低子层，即，逻辑链路控制子层和物理层之间的接口。除了控制对共享通信媒体的访问之外，MAC子层还与将数据分成数据帧、依次发送这些帧、处理接收机发送回来的确认帧、管理地址识别有关。
除了别的以外，MAC子层的具体实现取决于用于将共享通信媒体划分成信道的技术因此，存在TDMA、CDMA和FDMA MAC子层。
一般说来，在通信网络中，当两个都需要发送的用户利用同一传输资源，即，同一通信信道来访问共享通信媒体时，就认为发生了两个(或多个)用户之间的冲突；例如，在TDMA划分的情况下，如果两个用户利用同一时隙，则在两个用户之间发生冲突。在这种状况下，收听用户的物理层检测到在那个通信信道上(例如，在那个时隙中)存在传输，但MAC层不能正确地接收数据块。
在ad-hoc网络中，由于网络结构动态演变的事实，尤其会感到冲突问题；各种网络结点的相对运动使情形或多或少地连续变化，从而以前在各自的通信范围内的结点从中退出以及新的结点进入其中。
本申请人已经观察到，当结点的相对速度增加时，上面讨论的问题往往会加重，以及在高速公路/汽车高速公路的情况下，在用于车辆间通信的ad-hoc网络中会遇到特别严重的状况在这些情况下，与两个相反的行驶方向对应，存在两条(更一般地说，分立的有限条)车流；行驶在同一方向上的车辆的相对速度平均相对较低，而行驶在两个方向上的车辆的相对速度平均相当高。结果，行驶在两个相反方向之一上的普通车辆通过相对高的频率与行驶在相反方向上的车辆交错。这种在相反方向行驶的车辆之间的高频率交错使发生通信冲突的可能性变得相当高每次交错事实上都有潜在危险(从通信网络服务质量的观点来看)，因为作为ad-hoc通信网络的结点的两部车辆可能使用相同的通信信道；如果发生这种情况，两个结点的至少一个将经历服务中断。
在可以从网址www.ucop.edu/reserach/micro/98_99/98_044.pdf中找到的M.Gerla的“Clustering and Routing in Large Ad HocWireless Nets”，Final Report 1998-99 for MICRO project 98-044中和在M.Gerla等人的“On Demand Routing in Large Ad Hoc WirelessNetworks with Passive Clusting”，Proceeding of IEEE WirelessCommunication and Network Conference，September 2000中，研究了用于ad-hoc网络的分层群集方案。
发明内容
鉴于上文概述的现有技术的状态，本发明的目的是面对和解决可能严重限制ad-hoc网络的服务质量，并因此延缓或阻碍其部署的上面讨论过的问题。
非常概括地说，本申请人已经发现，倘若采用根据车辆的行驶方向，尤其当存在并可以确定主要行驶方向时，根据这样的主要车辆行驶方向，有选择地分配通信信道组的网络共享通信媒体访问方案，就可以极大地缓解ad-hoc网络中结点之间的频繁冲突问题。
根据本发明的一个方面，提供了如所附独立方法权利要求1所述的控制对共享通信媒体的访问的方法。
简要地说，该方法包括确定网络用户的至少一个主要运动方向的存在，所述主要运动方向是在其附近群集多个网络用户的运动方向的方向；将所述多个通信信道内的一组通信信道与至少一个主要运动方向相关联；以及为基本上在所述主要运动方向运动的网络用户保留所述组的通信信道。
尤其是，该方法包括根据多个主要运动方向，将所述通信信道分成多个组，并为各个主要运动方向保留不同的信道组。
每个信道组可以包括多个信道，所述多个信道的数量取决于运动方向群集在各个主要运动方向附近的网络用户的数量。
在本发明的一个实施例中，每个网络用户向其它网络用户传送与各自的运动方向有关的信息。所述信息可以包括有关网络用户的速度矢量的信息。
可以利用地理位置检测器，尤其是基于GPS的检测器来获得所述有关网络用户的速度矢量的信息。
在本发明的一个实施例中，每个网络用户计算至少相邻网络用户的运动方向的分布，并通过分析这种分布来确定至少一个主要运动方向。
分布的分析包括确定分布中的峰，确定运动方向群集在每个峰附近的网络用户的数量，以及倘若网络用户的相应数量超过规定值，则将所述峰确认为主要运动方向。
该方法可以进一步包括通过平均运动方向群集在主要运动方向附近的网络用户的速度，来计算每个主要运动方向的平均速度矢量；计算平均速度矢量之间的相对平均速度；倘若每个主要运动方向相对于其它平均速度矢量的相对平均速度不低于规定的下限，则确认每个主要运动方向。
在本发明的一个实施例中，所述为基本上在所述主要运动方向运动的网络用户保留所述组的通信信道包括基本上随机地将该组的信道分配给不同网络用户。
在本发明的一个实施例中，为运动方向没有群集在至少一个主要运动方向附近的网络用户保留所述多个信道的一组信道。
根据本发明的另一个方面，提供了如所附独立设备权利要求12所述的MAC层，用于控制通信网络用户对共享通信媒体的访问。
概括地说，MAC层允许通过如下步骤来访问共享通信媒体确定网络用户的至少一个主要运动方向的存在，所述主要运动方向是在其附近群集规定数量网络用户的运动方向的方向；将所述多个通信信道内的一组通信信道与至少一个主要运动方向相关联；以及在网络用户的运动方向群集在至少一个主要运动方向附近的情况下，向所述网络用户分配所述组的一个通信信道。
在本发明的一个实施例中，MAC层可以向其它网络用户的MAC层传送与网络用户的运动方向有关的信息。
尤其是，MAC层将有关网络用户的速度矢量的信息包括在网络用户所发送的至少一个消息中。所述信息可以得自地理位置检测器，尤其是基于GPS的检测器。
在本发明的一个实施例中，MAC层计算至少相邻网络用户的运动方向的分布，并通过分析这种分布来确定至少一个主要运动方向。
尤其是确定分布中的峰，确定运动方向群集在每个峰附近的网络用户的数量，以及倘若网络用户的相应数量超过规定值，则将所述峰确认为主要运动方向。
在本发明的一个实施例中，通过平均运动方向群集在主要运动方向附近的网络用户的速度，来计算每个主要运动方向的平均速度矢量；计算平均速度矢量之间的相对平均速度；以及倘若每个主要运动方向相对于其它平均速度矢量的相对平均速度不低于规定的下限，则确认每个主要运动方向。
在本发明的一个实施例中，基本上随机地将该组的所述一个通信信道分配给网络用户。
在本发明的一个实施例中，在网络用户的运动方向没有群集在至少一个主要运动方向附近的情况下，将不属于所述组的通信信道分配给所述网络用户。
本发明的其它方面涉及权利要求21所述的用于网络用户的发射机、和权利要求22所述的通信网络。
通过参照附图，对本发明只作为非限制性例子给出的实施例进行如下详细描述，本发明的这些和其它特征和优点将更加清楚，在附图中图1相当示意性地示出了可以有利地应用根据本发明一个实施例的共享通信媒体访问方法的车辆间ad-hoc通信网络情形；图2用功能块的方式示意性示出了适合实现上述共享通信媒体访问方法的图1的ad-hoc通信网络的通用移动台(即，结点)；图3示意性示出了在本发明的一个实施例中，ad-hoc网络的移动台所交换的消息的可能结构；图4是示意性示出根据本发明一个实施例的共享通信媒体访问方法的简化流程图；图5是如图1的情形下的一般车辆所观察到的，车辆速度矢量在车辆行驶方向(角度)上的示范性分布；图6A是在低通滤波处理之前和之后，在如图1所示的情形下，作为车辆行驶方向的函数的车辆速度矢量的示范性概率密度函数的图；图6B是通过与图6A相比较，示出在准同向行驶方向情形下，作为车辆行驶方向的函数的车辆速度矢量的示范性、低通滤波后的概率密度函数的图形；图7形象示出了根据本发明一个实施例，共享通信媒体划分成不同通信信道的示范性划分，以及信道分配给主要车辆行驶方向的示范性分配；和图8示出了传统信道分配方法和当采用根据本文所述发明实施例的方法时，ad-hoc网络所承载的通信业务之间的比较的图。
具体实施例方式
现在参照附图，在图1中，相当示意性地示出了可以有利地应用根据本发明一个实施例的共享通信媒体访问方法的示范性ad-hoc通信网络情形。
更详细地说，本文考虑的示范性情形是打算用于车辆间通信的ad-hoc通信网络，尤其是在高速公路、汽车高速公路或免费高速公路100的情况下，更一般地说，车辆主要沿分立和有限数量(比方说，大致上不多于10个)的界线分明的主要行驶方向行驶的任何情况；在本文所考虑的简单情况中，假设车辆在与高速公路的示范性向东行驶和向西行驶车道100a和100b对应的、在图中分别用箭头A和B标识的两个主要行驶方向上行驶。
假设各自速度矢量为V1、V2、V3、V4和V5的在A方向上行驶在高速公路100上的车辆105a1、105a2、105a3和在B方向上行驶在高速公路100上的车辆105b1和105b2装有适合在ad-hoc通信网络的无基础设施(或基本上无基础设施)背景下实现车辆间通信的机载适用通信设备(为了使图清楚起见，在图1中未示出)。因此，每部车辆(更精确地说，各自的通信设备)不仅仅作为通信网络的用户来发送和接收明确指向它的业务，而且在建立通信网络和维持网络连接方面也起到积极作用；具体地说，每部车辆作为移动网络结点或台，并与其它移动网络台协作来路由通信业务。由于这个原因，在下文中，车辆105a1、105a2、105a3、105b1和105b2也指ad-hoc网络的移动台，或简明地，移动网络台。
ad-hoc通信网络是无线电网络，每个移动网络台具有空间相对有限的通信覆盖范围；两个普通移动网络台之间的直接无线电通信只有在两个台处于各自的通信覆盖范围内时才有可能。从实用的观点来看，根据物理传输所采用的特定技术，通信覆盖范围可以在很宽的范围内变化；例如，在UTRA-TDD ad-hoc网络(代表UMTS地面无线电访问-时分双工的缩写；UTRA是通用移动电信系统-UMTS的地面实现)中，覆盖范围可以具有几百米，例如500m数量级的半径。
在图1中，三个大致圆形的区域110a1、110a2和110b1旨在分别代表移动网络台105a1、105a2和105b2的通信覆盖范围；在图1中所描绘的瞬像中，网络台105a1和105b1处于各自的通信覆盖范围110a1和110b1内，因此，可以直接相互通信；网络台105a2被描绘成正在进入两个通信覆盖范围110a1和110b1；其余两个网络台105a3和105b2处于各自的通信覆盖范围内(为了图形的清楚起见，未示出)，但在网络台105a1和105b1的通信覆盖范围之外。尽管如此，不在各自通信覆盖范围内的网络台还是可以借助于作为通信业务路由器的其它中间台，以多跳段方式相互通信；例如，网络台105b2可以直接与网络台105a3通信，网络台105a3又可以直接与网络台105a2通信，因此，尽管是间接的，但两个网络台105a1和105b1中的任何一个都可以与网络台105b2通信。
图1还示意性示出了基于卫星的地理位置系统，譬如全球定位系统(GPS)，它是包括一群卫星115的本身公知(由于这个原因，本文不作详细描述)的系统，卫星115的轨道围绕地球，每个卫星115广播包括预定载波频率的射频(RF)信号和承载编码数据的调频信号，所述编码数据通常包括诸如卫星的轨道位置、一天中的时间和其它信息的数据。
在本文考虑的本发明的示范性和非限制性实施例中，假设作为移动网络台的车辆105a1、105a2、105a3、105b1和105b2也配有适合确定车辆行驶参数，尤其是车辆行驶方向，以及最好是用方向和绝对值两者来表示的车辆速度矢量V1、V2、V3、V4和V5(在预定的公用参考系中，或在具有公知关系的不同参考系中)的装置。方便的做法是，在本发明的实施例中，这样的装置利用GPS，尤其是包括本身公知的机载GPS导航设备。但是，需要指出的是，不应该理解为这是对本发明的限制，因为，除了基于GPS的装置之外，还可以应用能够确定车辆行驶方向，最好是车辆速度矢量的任何装置。
现在参照图2，图2示出了在车辆105a1、105a2、105a3、105b1和105b2的普通一员105车载的移动ad-hoc网络台的普通一员200的主要部件(或至少是与本描述目的相关的部件)的示意性功能方块图。
根据ISO的OSI分层模型结构来构造移动网络台200，它包括多个层，具体包括物理层205、数据链路层210和未详细示出但显示为单个方框并笼统表示成215的OSI模型的更高层。
数据链路层210具体包括媒体访问控制(MAC)子层220(在下文中，简称为MAC 220)。MAC 220具有几种功能，包括将数据分成数据帧、依次发送这些帧、处理接收机发送回来的确认帧和管理地址识别，但MAC 220的主要功能和对于本说明书来说重要的一种功能是针对发送目的而控制移动ad-hoc网络台200对ad-hoc网络共享通信媒体的访问。因此，MAC 220实现不同网络台为了共享ad-hoc网络所利用的共享通信媒体而使用的通信媒体访问协议。
对于本说明书来说，术语“共享通信媒体”应该相当宽泛地理解，它指的是可以用于实现不同通信网络设备(譬如，移动网络台200，但也有可能是在网络不完全是无基础设施的情况下提供的在图中未示出的固定站或基站)之间的相互通信以及在不同通信设备之间共享的任何媒体；共享通信媒体的一个例子是用于ad-hoc网络的结点之间的无线电通信的特定射频或频率范围。
为了使多个移动网络台能够访问共享通信媒体，将共享通信媒体细分成一般被称为通信信道的原则上具有最不同性质的不同通信媒体部分或传输资源。例如，通信信道可以采取在基本时间单元内的不同时隙的形式，譬如，在UTRA-ADD中规定的每帧45个时隙CH1到CH45(示意性地显示在图7中，稍后将详细描述)；或者，可以由通过应用不同代码(以CDMA为典型的技术)或规定频率范围内的不同频率而获得的扩频信号来表示信道。
MAC 220可以通过图中未示出的其媒体独立接口(MII，MediaIndependent Interface)与物理层205交互，MII使MAC 220和物理层205负责管理共享通信媒体上的通信的低级(“物理”)细节的单元，具体地说，发送部分和接收部分之间的交互成为可能。物理层205耦合到ad-hoc网络天线225，具体地说，RF天线，ad-hoc网络天线225可以是定向(扇形天线)或全向的，用于与ad-hoc网络的其它用户通信。
作为速度和方向计算的非限制性例子，图2中的方块230示意性标识了基于GPS的地理位置和行驶参数检测器装置，它被安装在车辆105上，并适合于确定车辆行驶参数，尤其是车辆105的速度矢量Vi，即，预定参考坐标系中的车辆速度绝对值和方位。具体地说，基于GPS的地理位置和行驶参数检测器230耦合到GPS天线235，基于GPS的地理位置和行驶参数检测器230通过GPS天线235接收GPS卫星115广播的RF信号。
基于GPS的地理位置和行驶参数检测器230向MAC 220提供与车辆105的速度矢量Vi有关的信息(在图2中被标识为240)。
GPS技术的全面描述可以在各种各样现有技术的参考文献中找到，这超出了本说明书的目的。
无需涉及本身公知的过多细节，基于GPS的地理位置和行驶参数检测器230可以通过从GPS系统的多个卫星115获得的信息来建立车辆行驶参数；具体地说，导出车辆速度矢量的一种方式需要利用车辆地理位置信息，即，有关车辆位置的信息，车辆地理位置信息是从与多个(例如，三个或更多个)GPS卫星广播的调频信号一起接收的有关这种卫星的轨道位置的信息中导出的；导出车辆速度矢量的另一种方式利用了由于车辆运动所引起的多普勒效应而从多个GPS卫星(例如，仍然三个卫星)接收的载波频率漂移。可替代地，可以采用差分GPS(DGPS)技术。通过DGPS，地面上存在静止GPS接收机，车辆可以例如通过GSM与静止接收机连接，获得校正参数来校正它们的地理位置计算，以便使计算更精确。GPS的差分运算的描述可以在P.K.Enge等人的“Differen-tial Operation of the Global PositioningSystem”，IEEE Co-mmunications Magazine，Vol.26，Issue 7，pages48-60，July 1988中找到。然而，需要指出的是，用来计算车辆行驶参数，尤其是车辆速度矢量的特定技术不对本发明构成限制。
可以看出，作为基于GPS的地理位置和行驶参数检测器230，可以利用已经存在于车辆105中用于例如导航目的的设备中的装置(GPS导航系统越来越普及地被安装在新生产的车辆上)；可替代地，基于GPS的地理位置和行驶参数检测器230也可以是构成移动网络台200的装置的一部分。
需要指出的是，移动网络台200和基于GPS的检测器230的至少一些部分可以并通常被实现为硬件和软件的混合体，或甚至完全实现为软件。具体地说，MAC 220可以包括或依赖于适当编程的数据处理系统，譬如，具有适当计算能力的微处理器。
与车辆105的速度矢量Vi有关的信息240被移动网络台200的MAC 220用于控制对共享通信媒体的访问。具体地说，参照图3，和根据本发明的一个示范性实施例，每个移动网络台向其它移动网络台传送用预定参考坐标系中的绝对值和方向(方位)两者来表示的各自速度矢量Vi。图3相当示意性地示出了普通移动网络台所发送的普通消息的结构。移动网络台的MAC 220从更高的OSI层215接收预编译消息，并在将消息传递给物理层205以便物理发送消息之前，MAC220将从基于GPS的设备230接收的有关车辆速度矢量的信息240放入要发送的消息中。例如，可以使用要发送的消息310的信头部分305中的两个字节300a和300b，一个字节300a用于传送速度矢量绝对值(模)，以及另一个字节300b用于传送速度矢量方向(方位或角度)。具体地，字节300a适合于编码28＝256个不同速度值，例如从0到255Km/h，分辨率为1Km/h，而字节300b适合于编码28＝256个不同角度值，从0°到360°(用弧度表示，0rad到27πrad)，分辨率为1.4°(0.024rad)。需要指出的是，在速度矢量绝对值和/或速度矢量方位不需要这样相对高的分辨率的情况下，可以使用少于两个的字节(例如，一个字节的半字节-四个位-可以用于传送速度矢量绝对值，和另一个半字节可以用于传送角度)；相反，如果需要更高的分辨率，则需要利用多于两个的字节。
利用相邻移动网络台(即，处于考虑的网络台的通信覆盖范围内的移动网络台)所广播的信息，每个移动网络台仅仅通过收听其它台，就可以知道每个相邻移动网络台的速度矢量(用绝对值和方向表示)。为此，普通移动网络台的MAC 220一旦接收到来自普通相邻移动网络台的消息，在将接收的消息传递给更高的OSI层215之前，从接收消息310的信头305中提取两个字节300a，300b，并更新本地数据库245，在所述本地数据库245中存储有从不同相邻台接收的车辆速度角度和绝对值对(α1，|V1|)、(α2，|V2|)、(α3，|V3|)...；在这个同一数据库245中，可以存储移动网络台自己的速度角度和绝对值对(可替代地，可以将这对值存储在不同的数据库或存储位置中)。正如稍后更好地描述的那样，根据这个数据，MAC 220能够确定车辆行驶方向的分布，尤其能够确定主要车辆行驶方向的存在。
现在介绍图4的示意性简化流程图，图4描绘了根据本发明的示范性和非限制性实施例，在普通车辆105上的普通移动网络台200的MAC 220的操作，尤其是MAC实现的通信信道分配过程。
MAC 220周期性地从基于GPS的地理位置和行驶参数检测器230接收有关车辆行驶参数，尤其是车辆速度矢量Vi的信息240；根据这个信息，MAC 220确定预定参考坐标系中的当前车辆行驶方向和速度绝对值(方块401)。MAC 220将这个信息存储在例如本地数据库245中。
MAC 220还不断地收听相邻台，接收它们所发送的消息。MAC220从从相邻台接收的消息中提取有关各自的速度矢量(例如，包括在消息信头中的字节300a和300b中)的信息，并更新本地数据库245(方块403)，存储不同相邻台的速度矢量绝对值和方位对。尤其可以看到，可以每隔预定时间间隔数据库245可以被完全更新，所述预定时间间隔对应于例如由构成不同通信信道的时隙组成的基本时间。
在这些操作(和可能地，与本说明书无关的其它操作)之后，将从相邻台接收的MAC 220消息传递给更高的OSI层215。
只要更高的OSI层215不请求MAC 220发送消息，MAC 220就简单地重复上述动作(从判决方块405的分支N退出)；例如，只要检查到发送消息队列是空的，就发生这种情况。
相反，当MAC 220检测到存在要发送的消息(从判决方块405的分支Y退出)时，例如由于一个或多个消息正在消息队列中等待，MAC 220不得不控制各个台200对共享通信媒体的访问，具体地说，MAC 220不得不从划分共享通信媒体而成的可用信道中选择一个通信信道。为此，进入现有将描述的通信信道分配过程。
作为第1步骤，MAC 220根据存储在数据库245中的信息，确定对于相邻网络台是否存在主要行驶方向分量(即，主要运动方向)。为此，MAC 220首先从本地数据库245中提取存储的速度矢量角度值α1、α2、α3、...，并确定相邻网络台的速度矢量的角度分布；随后，根据如此获得的角度分布，MAC 220确定相邻台的主要行驶方向分量(方块407)。
图5的图形示出了在图1的情形下普通车辆，例如车辆105a2观察到的相邻车辆速度矢量的示范性(和示意性)角度分布；可以看到，相邻车辆速度矢量的角度分布分别在第一和第二角度αA和αB附近呈现两个峰；第一角度αA对应于行驶方向A，例如在预定参考坐标系中为45°，而第二角度αB与第一角度αA相差大约180°(在本文考虑的例子中，αB＝225°)，对应于与行驶方向A相反的行驶方向B。因此，描绘在图5中的速度矢量角度分布指的是几乎所有车辆都在本文考虑的例子中对应于高速公路100的方向A和B的两个主要行驶方向之一运动的状况。应该看到，虽然在图5的图中，两个峰在高度上几乎相等(意味着在A方向上行驶的车辆数量基本上等于在B方向上行驶的车辆数量)，但这只是偶然的，很清楚，这不对本发明构成限制一个峰可以比另一个高一些，甚至高很多。另外，值得注意的是，图1的情形只是示范性的在存在不止两个主要行驶方向(例如，与高速公路交叉口对应的四个主要行驶方向)的不同情形下，相邻速度矢量分布中的峰数量将更多。可以看到，可能会出现主要行驶方向的个数少于两个以及只能识别到一个主要行驶方向的状况例如，描绘在图1中，但两个方向之一，例如方向B发生了交通堵塞，从而在那个方向上行驶的车辆非常缓慢地移动的情形就是这种情况。
为了更清楚起见，和仅仅举例来说，假设本文考虑的网络台具有20个相邻台，它们的速度矢量具有下列角度方向(在预定的参考坐标系中，为了便于数学计算，用从0到2π的弧度来表示角度)
下文将考虑这种示范性分布，以便更好地阐明一般陈述。
从数学观点来看，速度矢量的角度分布可以通过如下函数来描述f(α)=1DΣi=0D-1δ(α-αi)]]>其中，D是相邻台的个数(在本文考虑的例子中，20个)，δ(α)是狄拉克(Dirac)的德耳塔函数，以及αi是第i个相邻台的速度矢量方向。函数f(α)是作为车辆行驶方向的函数的速度矢量的概率密度。
图6A是示出在与类似于描绘在图1中的情形有关的公布在上表中的示范性情况下的概率密度函数f(α)的图(在图6A的图中，每个脉冲具有等于1/20＝0.05的面积)。可以看到，速度矢量方向集中在分别接近大约1rad和4rad的两个方向附近。
一旦建立了速度矢量方向的分布(即，角度分布)，MAC 220就分析获得的分布，以便确定是否可以对于相邻车辆识别出主要运动方向(主要行驶方向)；尤其是，如果背景是高速公路背景，这个过程步骤允许MAC建立。更详细地，这个步骤的目的是从相邻台的速度矢量的角度分布中导出具有足够近似度的主要方向分量。为此，可以采用从数学的角度来看或多或少有点复杂，因此就取得的结果而言或多或少精确的几种技术。例如，相对简单的技术需要向理想的低通滤波过程提交概率密度分布；一旦将这种技术应用于描绘在图6A中的示范性分布，就可以获得在图中用f′(α)表示的结果分布。
可以看到，应用在本例中的理想低通滤波器对于范围[-0.6，0.6]内的频率幅度等于1，以及对于所有其它频率幅度等于0。需要指出的是，应用在本文考虑的例子中的理想低通滤波可以通过不同截止频率来参数化。截止频率越高，主要方向分量附近的峰越紧凑。容易理解，可以对理想低通滤波器进行无限次参数化。必须设计滤波器以便获得满意的选择性，即分离不同的主要方向分量的能力。此外，滤波器不应当是过分可选择的，例如，不应当将在几乎平行的方向上行驶的车辆分配到不同的主要方向分量。滤波器截止频率的选择决定了高选择性和低选择性之间的折衷。例如，通过选择等于0.6的截止频率，在考虑的例子中，已经被选择成能够辨别一组大约0.6·27π＝4个可能的主要方向分量当中的车辆方向。这是因为在本例中，低通滤波器的最大输出频率等于0.6，因此，在0和2π之间在函数f′(α)中最多存在四个极大值。一般地说，本申请人已经确定，一旦已经根据公式2πfc～M固定了主要方向分量的最大数量M，就可以设计低通滤波器的截止频率。设计者根据必须分类车辆的方向分量的期望数量，有可能适当地指定滤波器截止频率。因此，在公布在图6A中的例子中选择的特定截止频率仅仅是非限制性的例子。可以应用低通滤波器的截止频率的其它值。并且，理想低通滤波器的采用也只是一个例子。也可以设想在截止频率附近具有更平滑过渡的其它滤波器。
然后，通过分析(低通滤波后的)分布f′(α)中的峰，可以导出主要方向分量在所示的例子中，识别出两个峰，因此，两个主要行驶方向分别处于0.78rad和3.87rad(位于5.98rad的第三个较低峰实际上是低通滤波处理的寄生副产物)。具有其方向与对应于识别出的峰之一的方向接近的速度矢量的所有车辆都被宣称在那个主要行驶方向上行驶。
通过比较，在图6B中提供的图示出了在准同向行驶方向情形下，作为车辆行驶方向的函数的车辆速度矢量的示范性的低通滤波后的概率密度函数；可以看出，在这种情况下，不能识别出界线分明的主要行驶方向。
可以设想出检测主要行驶方向分量的几个过程。下文概述了可能的示范性过程(该描述参照图6A)。
在第一阶段(阶段1)，定位函数f′(α)的相对极大值。在图6A的例子中，三个检测到的极大值被分别标为600、601、和602。在f′(α)相对极大值的定位过程中，还计算出相对极大值的坐标。在本例中，如图6A所示，极大值600、601和602的横坐标被分别标为x0、x1和x2。在本例中，这个计算结果给出了x0＝0.78rad，x1＝3.87rad以及x2＝5.98rad。
在第二阶段(阶段2)，对于横坐标xi(x0、x1和x2)的第i个检测的相对极大值，考虑各自的角度范围Δi＝[xi-Δ，xi+Δ]，其中，出现在方程中的符号Δ是通过将在下文中说明的过程固定的参数。落在角度范围Δi内的所有速度方向样本都分配给第i个主要方向分量。
很宽的一组选择可用于选择参数Δ。如果Δ很小，只有少量方向样本将包括在主要方向分量中。如果Δ很大，有更多方向样本包括在主要方向分量中，但这些行驶方向不是相互几乎平行的，而是分散在相对宽的角度扇形上。可以根据试探过程来进行参数Δ的选择。在本例中，将Δ选择成等于0.25rad(近似15°)。因此，在本例中，三个角度范围是Δ0＝
，Δ1＝[3.62，4.12]，以及Δ2＝[5.73，6.23]。三个角度范围显示在图6A中。
在第三阶段(阶段3)，对于每个i值，将角度范围Δi内的车辆分配给主要行驶方向i。
在第四阶段(阶段4)，行驶方向不包括在上面确定的角度范围的任何一个内的所有车辆不分配给任何主要行驶方向。
参照本文考虑的例子，这四个过程阶段的结果是，将总共20部车辆当中的10部车辆分配给主要方向分量“0”(0.78rad)，将10部车辆分配给主要方向分量“1”(3.87rad)，以及将0部车辆分配给(寄生)主要方向分量“2”(5.98rad)。
再回到图4，MAC 220接着检查是否存在主要行驶方向(判决方块409)，即，在方块407中执行的上面过程实际上是否已识别出主要行驶方向。
以例如下文概述的方式进行这个控制。
首先，计算未分配给任何主要方向分量的车辆数量N1。此外，计算分配给主要方向分量的车辆数量N2＝D-N1。在本文考虑的例子中，N1＝0和N2＝20。
然后，根据如下公式η＝N1/D，来计算未分配给任何主要方向分量的车辆的比例η。
如果比例η在最大比例阈值ηmax以下，则认为在上述过程的第4阶段计算的车辆的主要方向分量和相关分配是有效的。相反，如果比例η大于ηmax，则MAC宣称不存在主要方向分量。最大阈值ηmax的选择取决于系统的所选参数化。在本例中，将最大阈值ηmax固定为0.2(也就是说，最多20％的车辆可以沿着与主要方向分量不同的方向运动)。在本例中，η＝0/20＝0＜ηmax，因此，在第4阶段检测的两个主要方向分量是有效的。
进行这种检查的理由是，如果行驶方向的分布几乎同向(像在图6B的例子中那样)，滤波后的行驶方向的概率分布仍然可能有峰(在图6B的示范性分布中，虽然分布相当平滑，但可以识别出标识为603、604和605的三个峰)。在这种情况下，假设存在主要方向分量将是不正确的。因此，在判决方块409进行的控制可以防止MAC 220在几乎同向行驶方向分布的情况下，不正确地判决存在主要方向分量。
如果未检测到主要行驶方向分量(从判决方块409的分支N退出)，则MAC 220判断没有理由启动根据本文考虑的本发明实施例的特有的有选择的通信信道分配过程，从而采用任何传统的信道分配规则(方块411)，以基本随机的分布式方法来提供信道分配。
传统上如何以分布方式将信道分配给网络台的例子描述在例如M.Lott等人的“Medium Access and Radio Resource Management forAh-hoc Networks based on UTRA-TDD”，Proc.of Second ACMInternational Symposium on Mobile Ad Hoc Networks andComputing，2001中；尤其，那篇论文提供了在定制UTRA-TDD物理层的情况下的信道分配过程的建议。在F.Borgonovo等人的“ADHOCMACa New，Flexible and Reliable MAC Archi-tecture for Ad-hocNetworks”，Proc.of IEEE WCNC，New Orleans，Louisiana，USA.March 16-22，2003中升级了在所引用论文中提出的信道分配过程。
在G.Gaizzone、P.Giacomazzi、L.Musumeci、G.Verticale的“Impact of User Speed on the Performance of a MAC Protocol forVehicular Ad-Hoc Networks”，Proceedings of 3re Int.Conf.Electronics.Hardware，Wireless & Optical Communications，13-15，Feb.2004，WSEAS Salzburg(Austria)中，提出了对所引用信道分配过程的进一步修改。
无需涉及与本发明实施例的描述无关的细节，当未识别出主要行驶方向分量时启动的可能的信道分配过程可以如下文所述。
由于网络台可以通过收听时隙来进行识别，为了避免不同网络台之间的冲突，每个MAC都将将有关信道状态的信息包括在发送消息的信头中；尤其是，这种信息采取包括在发送消息的信头中的位图的形式。包括用于每个时隙的1位的一个位图描述了发送位图的台所认识到的时隙的空闲/忙状态。这个位图可以被称为“物理位图”。所考虑的网络台(基准台)的每个邻居通过读取基准台所发送的“物理位图”，可以获知哪些时隙被基准台认为空闲或忙。基准台也可以将时隙分类成冲突的或不冲突的。因此，MAC可以将附加的“冲突位图”加入发送的消息中。如果基准台将一个时隙分类成“冲突的”，它就将冲突位图中的相应位设置为适当值。这样，基准台的所有相邻台可以获知那些时隙被基准台认为是冲突的和不冲突的。
想访问发送数据的通信网络的网络台必须首先与MAC帧和多帧同步。一旦同步，网络台必须观察完整的多帧，检查所有邻居的物理和冲突位图，和检测忙、空闲和冲突的时隙。在下一个多帧中，网络台可以尝试信道捕获过程。如果过程成功，则访问的网络台进入发送状态，否则，网络台再次尝试捕获。如果超过时间阈值或如果超过最大尝试次数，则捕获可能失败。
在信道捕获过程中，如果访问台认识到没有时隙可用(即，所有信道都忙或冲突)，它不尝试访问网络并继续监视后续多帧中的时隙的状态。另外，在多帧中的至少一个时隙处于冲突状态的情况下，网络台也不访问网络。一旦网络台观察到具有不冲突时隙和具有至少一个可用时隙的多帧，网络台随机地选择可用时隙之一，并开始捕获过程。假设网络台选择获取(可用)时隙i，则网络台在下一个多帧中的时隙i上发送保留分组，并开始检查它的邻居所发送的位图。如果所有邻居都报告发送成功，也就是说，时隙i被所有邻居信号通知成忙的和不冲突的，那么，保留是成功的。如果保留是成功的，则网络台进入发送状态。如果保留未成功，则网络台重复访问过程，直到获得信道或放弃获取。
回到图4，相反，如果已经有效地检测到主要行驶方向分量(从判决方块409的分支Y退出)，则MAC 220进行另一种检查，这次基于相邻台的速度的绝对值。事实上，倘若在主要行驶方向上行驶的车辆的相对速度足够高，则采用根据本发明这个实施例的特有的基于方向的有选择信道分配方法是有用的；在虽然存在分立的有限数量的主要行驶方向，但相对车辆速度非常低的状况下，譬如，在交通堵塞(车辆几乎停留在队列中)的条件下，最好采用传统信道分配方法。
具体地说(如方块413示意的那样)，MAC 220计算在主要行驶方向上行驶的车辆的平均相对速度。为此，将之前识别的不同主要行驶方向分量的数量表示成M(在上面考虑的例子中，M＝2)，例如，通过计数概率密度函数f′(α)中的相应第i个峰所对的样本的数量(即，车辆数量)，来计算速度矢量具有对应于第i个主要行驶方向分量的方向的车辆的数量mi；例如，参照图6A，在0.78rad附近的峰600所对的样本的数量等于10，在3.87rad附近的峰601所对的样本的数量也是10；可以看到，由适合滤波概率密度分布的低通滤波器的脉冲响应中的队列引起的、出现在图6A中的5.98附近的小的寄生峰602不对应任何样本(这个峰所对样本的数量是0)。因此，在本文考虑的例子中，m1＝m2＝10，m3＝0。
例如，由MAC 220对在主要行驶方向的每个方向上(或基本上在那个行驶方向，即落入上面确定的角度范围内)行驶的每部车辆的宣称速度绝对值(从数据库245取出的值|V1|、|V2|、|V3|、...)求平均，来计算在那个行驶方向上行驶的车辆的平均速度。
一般说来，将分配给第i个主要行驶方向分量的第j个车辆的速度矢量表示成 并将它的绝对值或模表示成
此外，从低通滤波后的速度分布f′(α)的分析，已经识别出主要行驶方向。正式地，将第i个主要分量的方向称为 相应绝对值是|a→i|=1.]]>可以按如下来计算第i个行驶方向分量的平均速度vave，ivave,i=1miΣj=1miv→i,j·a→i]]>其中， 表示 和 的标积。
因此获得M个平均速度矢量，每一个用于每个主要行驶方向分量，每个具有与相应主要行驶方向相同的方向和等于在那个主要行驶方向上行驶的车辆的速度矢量的绝对值的平均值的绝对值。例如，被称为 的与第i个方向有关的平均速度矢量具有等于vave，i的模和与单位矢量 的方向相同的方向。
一旦获得M个平均速度矢量，就可以通过这些矢量的适当数量的差值来计算相对平均速度。
在计算出相对平均速度之后，为了有理由采用根据本发明实施例的特有的信道分配方法，MAC 220检查这些平均速度值是否过低。
具体地说，对于每个主要方向分量i(0≤i≤M)，通过主要方向i的平均速度矢量和其它主要方向的平均速度矢量之间的差的模，即，vave,i,j=|v→ave,i-v→ave,j|,]]>来计算相对于所有其它主要方向分量的相对平均速度vave，i，j(0≤j＜M，j≠i)。
如果如此获得的值vave，i，j的至少一个大于规定的速度阈值vmin，则主要方向分量i是有效的。否则，如果没有一个相对速度vave，i，j大于vmin，则主要方向分量i是无效的，并从一组主要方向分量中取消它。将事先分配给主要方向分量i的所有车辆插入未分配给任何主要行驶方向分量的车辆的库中。
对于事先检测的所有主要方向分量重复这个过程。
接着，MAC 220再次检查，在这个操作之后，是否仍然存在主要方向分量(判决方块415)。与在方块409中进行的检查类似，计算未分配给任何主要方向分量的车辆的数量N1(作为刚刚描述过的过程的结果，这样的数量可能已经改变)；重新计算未分配给任何主要方向分量的车辆的比例η(η＝N1/D)。如果比例η在最大阈值(例如，最大阈值ηmax)以下，则认为由于相对平均速度不够而作为方块409实现的过程的结果可能改变的、在方块407所实现的过程的第4阶段中计算的车辆的主要方向分量和相关分配是有效的。相反，如果比例η大于上述最大阈值(例如，大于ηmax)，则MAC 220宣称不存在主要方向分量。
进行方块415中的检查的理由是，如果的确存在主要方向分量，但相对平均速度太小，则应用根据这里所述的本发明实施例的有选择的信道分配方法不是特别有利，并且应当应用传统信道分配过程。
如果MAC 220查明不再存在主要方向分量(从判决方块415的分支N退出)，那么，采用传统信道分配方法(方块411)。
相反，如果MAC 220查明仍然存在主要方向分量(从判决方块415的分支Y退出)，那么，采用根据本发明实施例的有选择的信道分配方法。
在这后一种情况下，MAC 220实现考虑车辆的主要行驶方向的存在，和最好(但不一定需要)还考虑在这些方向的每一个上行驶的车辆的数量的有选择的通信信道分配。具体地说，MAC 220将一定数量的可用信道(可用传输资源)划分成数量等于在前面步骤中识别的主要行驶方向数量的信道组；最好，每个信道组包括取决于、尤其直接正比于相应主要行驶方向的群体，即，在不同主要行驶方向上运动的相邻移动网络台的数量的多个信道(方块419)。
更详细地说，参照例如图7，图7示意性地示出了共享通信媒体的一组通信信道。详细地说，将三个TURA-TDD帧组成一个所谓的MAC多帧，因此，可获得45个通信信道CH1到CH45，采取每个基本时间单位(一个多帧占据的时间)的不同时隙的形式。传统上，三个最高信道CH43、CH44和CH45是保留用于在网络台之间交换诸如同步数据等的服务信息的服务信道；其余42个信道CH1到CH42可用于不同网络台之间的通信业务交换；下文将这些信道称为可用信道。
可以看到，与M.Lott等人在已引用论文“Medium Access andRadio Resource Management for Ad-hoc Networks based onUTRA-TDD”中描述的建议类似，这种信道结构典型地用于例如应用于车辆ad-hoc网络的UTRA-TDD系统，其中，UTRA-TDD帧组成MAC层多帧。
根据本发明的示范性实施例，规定的数量受限的可用信道CH1到CH42被留下可自由任意分配给网络台，譬如图7中的两个信道CH41和CH42，而其余可用信道CH1到CH40被有选择地分配给不同的车辆主要行驶方向分量。
在这个示范性和非限制性情况中，正如在上文中讨论的那样，需要发送消息的MAC 220在已经确定主要行驶方向之后，根据已经确定的主要行驶方向的数量，首先将40个信道CH1到CH40的组(42个可用信道，减去留下来可自由任意指定的两个信道CH41和CH42)划分成两组或更多组信道；正如如下公式定义的那样，这些小组的每一个包括数量直接与在事先识别的(两个)主要行驶方向分量之一上行驶的车辆的数量成正比的多个信道Ci=mi(C-C*)Σj=0Mmj,]]>0≤i≤M，其中，Ci(0≤i≤M)表示属于第i个信道小组(与第i个主要行驶方向分量有关)的信道的数量，C0表示未分配给任何主要方向分量的信道的数量，mi(0≤i≤M)表示(与上文一样)第i个主要行驶方向分量的群体，即，在第i个主要行驶方向上行驶的车辆的数量，m0表示未分配给任何主要方向分量的车辆的数量，C是可用信道的数量，C*是留下来可自由分配的信道的数量(在图7的例子中，分别是42个和2个)，以及M是(如前所述)主要行驶方向分量的数量。在本文考虑的例子中，M＝2，C-C*＝40，m0＝0，m1＝m2＝10，从而C1＝C2＝20。
可以看到，可以采用不同类型的信道数量划分；例如，通过简单地将可用信道的数量(C-C*)除以不同主要行驶方向的数量M，即，无需采用与主要行驶方向的群体成比例的准则，所以没有什么东西能阻止划分可用信道。
一旦已经建立了保留给每个主要行驶方向分量和未分配给任何主要方向分量的车辆的信道数，则MAC 220必须确定为不同主要行驶方向保留哪些可用信道(方块421)。
为此，根据本发明的非限制性实施例，采用固定的预定分配方案，根据该方案，提供主要行驶方向分量(相对于预定参考坐标系，用绝对项来考虑)和信道组的映射。这意味着，如果MAC 200识别的M个主要行驶方向分量对应于角度0 rad＜αA rad＜αB rad＜αC rad＜...＜αM rad＜2π rad，则前C1个信道被考虑保留给主要行驶方向αA，随后的C2个信道被考虑保留给主要行驶方向αB，以此类推，直到CM个可用信道被考虑保留给主要行驶方向αM；最后C0个信道不分配给任何主要方向分量。参照本文考虑的例子，前面20个信道CH1到CH20因此保留给主要行驶方向αA，接下来的20个信道CH21到CH40被考虑保留给另一主要行驶方向αB；其余两个信道CH41和CH42分配给由于它们的速度矢量而未分配给任何一个主要方向分量的那些网络台。另外，这些剩余信道可以留下来自由地用于例如属于相反的主要行驶方向的车辆之间的任意通信。在图7中示意了这种信道分配方案。
值得注意的是，如果一个方向上的车辆由于交通堵塞而非常缓慢地移动，以及另一个方向上的车辆以相对较高的速度移动，那么，只识别出一个主要方向分量，然而根据所述过程，所有传输信道被划分成用于静止车辆的一个小组、用于运动车辆的一个小组和用于任意通信的一个小组。
可以看到，可以设想出几种不同信道分配方案，刚刚描述过的那一种只是示范性的(虽然那种方案具有相当直截了当的优点)。例如，可替代信道分配方案可以提供主要行驶方向分量和信道之间的灵活对应(不是基于绝对角度值与信道组之间的映射)。
一旦MAC 220已经建立了主要行驶方向和可用信道之间的对应关系，MAC 220不得不选择可用信道之一来发送要发送的消息。为此，MAC 220首先确定各个车辆正在行驶的主要行驶方向，例如图1中的方向A(这是根据从例如GPS检测器230接收的信息240，通过比较速度矢量角度和主要行驶方向来完成的)；然后，一旦MAC 220确定了将用于发送消息的通信信道组，它必须确定实际用于发送消息的特定通信信道；也就是说，MAC 220必须选择已经考虑保留给那个主要行驶方向的信道中的一个信道用于传输(方块423)；在图7的例子中，这些信道是从CH1到CH20的信道。可以简单地通过执行应用于保留给当前主要行驶方向分量的信道小组(在本例中，从CH1到CH20的信道)的如上所述的传统发送过程，来实现这个操作。因此，MAC 220将传统分配方法应用于从CH1到CH20的所选信道小组，而不是将传统分配方法应用于从CH1到CH40的整个信道组，如果没有检测到或确认主要行驶方向，情况将会是这样。
可以看到，在这个步骤中，可能引起两个问题。
第一个问题是，与所考虑的网络台(基准台)相邻的网络台可能以不同的方式来划分传输资源。在前面的例子中，基准台可能将从CH1到CH20的信道分配给处于0.78rad的主要行驶方向分量，并将从CH21到CH40的信道分配给处于3.87rad的主要行驶方向分量。如果不执行网络台与网络台之间的协调，则基准台的邻居可能将从CH1到CH20的信道分配给处于3.87rad的主要行驶方向分量，并将从CH21到CH40的信道分配给处于0.78rad的主要行驶方向分量。由于沿着相反方向行驶的网络台之间会发生冲突，所以这将破坏系统性能。对这第一个问题的解决方案可以有几种。
对这个问题的一种可能解决方案如下。网络台简单地按方向(用弧度测量)递增顺序来排序主要行驶方向分量。然后，可以将低序号的信道分配给低弧度的方向。根据这种解决方案，相邻的所有车辆都会将从CH1到CH20的信道分配给处于0.78rad的主要行驶方向分量，而将从CH21到CH40的信道分配给处于3.87rad的主要行驶方向分量。这种解决方案不需要网络台之间的任何附加通信。
可能引起的第二个问题是，每个相邻台可能在每个主要行驶方向分量中检测到数量稍有不同的车辆。因此，与基准台相邻的每个网络台所确定的信道组可能稍不同。例如，基准台可能将从CH1到CH20的信道分配给第一主要行驶方向分量，而将从CH21到CH40的信道分配给第二主要行驶方向分量。基准台的邻居可能将从CH1到CH21的信道分配给第一主要行驶方向分量，而将从CH22到CH40的信道分配给第二主要行驶方向分量。由于根据传统信道分配过程来分配同一组内的信道，这不是严重的问题。传统信道分配过程假设，访问台不能获得已被占用的信道。因此，即使相邻台使用信道CH21在沿第一主要行驶方向分量运动的车辆组内进行通信，而沿第二主要行驶方向分量运动的基准台想要获得信道，基准台将不能获得信道CH21，因为根据传统信道分配过程，信道CH21将被感测为忙。因此，即使在相邻台之间出现信道组的不重合，也不可能发生冲突。
一旦MAC 220已经选择了要用于发送消息的信道，MAC 220将与车辆行驶参数(速度矢量角度和绝对值)有关的信息加入从更高OSI层215接收的消息中，然后，MAC让物理层205发送消息。
加入消息中的有关车辆行驶参数的信息使得接收到该消息的相邻网络台的MAC 220可以知道发送车辆的行驶方向和速度。
在已经发送了消息之后，MAC的操作流程跳回到方块401(连接符J)。
本申请人进行了模拟以核实根据所述本发明实施例的信道分配方法是否实现了预期的性能提高。具体地说，在使用码片率为3.84Mchip/s、从2010MHz到2020MHz频带下工作的UTRA-TDD物理层的假设下进行了模拟。引用的物理层提供10ms长的帧，每个帧包括667μs的15个时隙。没有采用码分形式，从而扩展因子等于1。对于错误检测，采用了比率为1/2的代码。
传播环境被假设成理想的，这意味着，所有网络用户拥有相等的传输覆盖范围R，假设等于500m。此外，还假设通信是无错的。
模拟的MAC 220以多帧形式来组织帧，每个多帧由三个帧组成，从而，每个多帧持续30ms并包括45个时隙；与如图7所示的例子类似，每个多帧的三个时隙是保留用于交换控制信号服务时隙，而不用于净荷(这三个时隙每一个都位于多帧的相应UTRA-TDD帧的开头；在图7中，仅仅为了简单起见，假设三个服务时隙处于多帧的末端)。
移动网络台配有根据本发明、能够分布式地将通信信道动态地分配给不同台的MAC。
进行的模拟假设像描绘在图1中那样的状况，也就是说，车辆有两个主要行驶方向的高速公路情形。具体地说，考虑了高速公路路段，和假设了车辆以75Km/h的平均速度沿着两个方向之一行进在整个高速公路路段上。因此，两个车辆流的相对平均速度是150Km/h。
模拟的结果公布在图8中，提供的业务(横坐标)用厄兰(Erlang)每平方公里(Erl/km2)来量度，并被定义为在能够满足所有服务请求的理想系统中，单位面积的平均现时用户数。承载的业务(纵坐标)也用Erl/km2来量度，被定义为在考虑因资源短缺而服务请求被拒绝的实际系统中，单位面积的平均现时用户数。
具体地说，图8中的曲线T1示出了在传统信道分配方法中承载的业务随提供的业务的变化情况，而曲线T2示出了当使用根据本发明的信道分配方法时，承载的业务随提供的业务的变化情况。
从图中可以看出，当业务水平相对较低时，传统信道分配方法和本发明的方法之间没有实质性差别；实际上，如果车辆密度低，资源很充裕。相反，当提供的业务超过某个阈值(随特定背景而改变)时，根据本发明的信道分配方法使得网络性能提高。具体地说，可以看到，承载的业务随着提供的业务的增加而基本上保持与后者成正比，而传统方法对于高于7Erl/km2的提供业务值，达到饱和。注意到如下情况是重要的，如果提供的业务相对较高，例如图8中的13Erl/km2，则通过应用根据本发明的方法，承载的业务从8.5Erl/km2到11.8Erl/km2，大约提高了3.3Erl/km2。承载的业务相对提高大约等于38.8％，由于系统资源利用率几乎提高了40％，所以可以认为系统性能显著提高。
尽管通过一些实施例已经公开和描述了本发明，但对于本领域的普通技术人员来说，显而易见，对所述实施例所作的各种各样修改，以及本发明的其它实施例都不偏离如所附权利要求书限定的本发明的范围。
尤其，需要指出的是，根据本发明的方法可以一般性地应用于存在共享通信媒体，以及与通信媒体的性质和信道无关地将通信媒体划分成多个信道的任何情况；因此，本发明一般应用于任何类型的MAC，TDMA型的MAC、CDMA型的MAC、FDMA型的MAC或这些类型的任何组合。
可以利用车辆位置、速度和行驶方向的其它计算方法来替代基于GPS的方法，尤其是基于也不依赖于卫星的任何其它系统的方法，并且，可以设想出其它类型的通信信道划分和信道分配。
权利要求
1.一种控制基本无基础设施的通信网络的移动用户(105a1，105a2，105a3，105b1，105b2)对共享通信媒体的访问的方法，其中，所述共享通信媒体被划分成多个独立通信信道(CH1-CH42)，所述信道可以分别用于网络用户之间的通信，该方法包括确定网络用户的至少一个主要运动方向(A，B)的存在，所述主要运动方向是在其附近群集多个网络用户的运动方向的方向；将所述多个通信信道内的通信信道组(CH1-CH20，CH21-CH40)与至少一个主要运动方向相关联；以及为基本上在所述主要运动方向运动的网络用户保留所述组的通信信道。
2.根据权利要求1所述的方法，包括根据多个主要运动方向，将通信信道分成多个组，以及为各个主要运动方向保留不同的信道组。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，每个信道组包括多个信道，所述多个信道的数量取决于运动方向群集在各主要运动方向附近的网络用户的数量。
4.根据前面权利要求的任何一项所述的方法，包括让每个网络用户向其它网络用户传送与各自的运动方向有关的信息(300a，300b)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述与各自的运动方向有关的信息包括有关网络用户的速度矢量(V1-V5)的信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述有关网络用户的速度矢量的信息是利用地理位置检测器(230，235)，尤其是基于GPS的检测器获得的。
7.根据权利要求4所述的方法，包括让每个网络用户计算至少相邻网络用户的运动方向的分布(f′(x))，并通过分析这种分布来确定至少一个主要运动方向。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述分析分布包括确定分布中的峰，确定运动方向群集在每个峰附近的网络用户的数量，以及倘若网络用户的各数量超过规定值，则将峰确认为主要运动方向。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括通过对运动方向群集在主要运动方向附近的网络用户的速度求平均，来计算每个主要运动方向的平均速度矢量；计算平均速度矢量之间的相对平均速度；倘若每个主要运动方向相对于它平均速度矢量的相对平均速度不低于规定的下限，则确认每个主要运动方向。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述为基本上在所述主要运动方向上运动的网络用户保留所述组的通信信道包括基本上随机地将所述组的信道分配给不同的网络用户。
11.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括为运动方向不群集在至少一个主要运动方向附近的网络用户保留所述多个信道的一组信道。
12.一种控制基本无基础设施的通信网络的移动用户对共享通信媒体的访问的媒体访问控制(MAC)层(220)，其中，所述共享通信媒体被划分成可以分别用于网络用户之间的通信的多个独立通信信道(CH1-CH42)，该MAC层允许通过如下步骤授权访问所述共享通信媒体确定网络用户的至少一个主要运动方向(A，B)的存在，所述主要运动方向是在其附近群集规定数量的网络用户的运动方向的方向；将所述多个通信信道内的一组通信信道(CH1-CH20，CH21-CH40)与至少一个主要运动方向相关联；以及在网络用户的运动方向群集在至少一个主要运动方向附近的情况下，将所述组的一个通信信道分配给所述网络用户。
13.根据权利要求12所述的MAC层，其中，所述MAC层向其它网络用户的MAC层传送与网络用户的运动方向有关的信息(300a，300b)。
14.根据权利要求13所述的MAC层，其中，所述MAC层将有关网络用户的速度矢量(V1-V5)的信息包括在网络用户所发送的至少一个消息中。
15.根据权利要求14所述的MAC层，其中，所述有关网络用户的速度矢量的信息得自地理位置检测器(230，235)，尤其是基于GPS的检测器。
16.根据权利要求14所述的MAC层，其中，所述MAC层计算至少相邻网络用户的运动方向的分布(f′(x))，并通过分析这种分布来确定至少一个主要运动方向。
17.根据权利要求16所述的MAC层，其中，确定所述分布中的峰，确定运动方向群集在每个峰附近的网络用户的数量，以及倘若网络用户的各数量超过规定值，则将峰确认为主要运动方向。
18.根据权利要求17所述的MAC层，其中通过对运动方向群集在所述主要运动方向附近的网络用户的速度求平均，来计算每个主要运动方向的平均速度矢量；计算平均速度矢量之间的相对平均速度；和倘若每个主要运动方向相对于其它平均速度矢量的相对平均速度不低于规定的下限，则确认每个主要运动方向。
19.根据权利要求12所述的MAC层，其中，基本上随机地将所述组的所述一个通信信道分配给所述网络用户。
20.根据权利要求12所述的MAC层，其中，在网络用户的运动方向不群集在至少一个主要运动方向附近的情况下，将不属于所述组的通信信道分配给所述网络用户。
21.一种用于包括根据权利要求12到20的任何一项的MAC层的基本无基础设施的通信网络的移动用户的发射机。
22.一种移动网络用户用作通信业务路由器的基本无基础设施的通信网络，其中，所述网络用户具有根据权利要求21所述的发射机。
全文摘要
一种控制基本无基础设施的通信网络的移动用户(105a1，105a2，105a3，105b1，105b2)对共享通信媒体的访问的方法，其中，共享通信媒体被划分成可以分别用于网络用户之间的通信的多个独立通信信道(CH1－CH42)。该方法包括确定网络用户的至少一个主要运动方向(A，B)的存在，所述主要运动方向是在其附近群集规定数量的网络用户的运动方向的方向；将所述多个通信信道内的一组通信信道(CH1－CH20，CH21－CH40)与至少一个主要运动方向相关联；以及为基本上在所述主要运动方向上运动的网络用户保留所述组的通信信道。
文档编号H04L12/56GK1951065SQ200480042931
公开日2007年4月18日 申请日期2004年4月2日 优先权日2004年4月2日
发明者保罗·佳卡玛兹, 朱塞佩·卡佐恩 申请人:希尔维奥·特隆切蒂·普罗韦拉基金会