专利名称：控制器单元、通信设备、通信系统和移动节点之间的通信方法
技术领域：
本发明涉及一种控制器单元，尤其涉及一种中央数据处理单元(例如一种中继控制盒)，本发明还涉及一种控制移动节点(尤其是车辆)之间和之中的通信的方法，每个节点被设计用于接收和发送消息，尤其是-至少一个问候消息(helio message)，和/或-至少一个数据消息，例如至少一个警告消息。
本发明还涉及一种相应的用于移动节点(尤其是车辆)之间和之中的通信的通信设备，以及一种用于无线局域网的用于移动节点(尤其是车辆)之间和之中的通信的通信系统。
本发明还涉及一种通信协议，用于控制移动节点(尤其是车辆)之间和之中的通信，每个节点被设计用于接收和发送消息，尤其是-至少一个问候消息(hello message)，和/或-至少一个数据消息，例如至少一个警告消息。
对无线局域网(所谓的无线LAN或WLAN)的数据速率和发送功率的选择仍然是未解决问题。实际上，到目前为止，这些类型的网络主要用于连接多个站到中央接入点。在该情况下，最好的选择就是使用尽可能最高的数据速率以可用的最高功率来发送。
原因就是接入点就是“瓶颈”，而选择最高的数据速率就最小化接入点处于忙状态的时间。在该情况下，干扰并不是主要问题，因为当接入点忙时，(在标准操作模式中)节点不允许向其他节点发送。
一个公路安全无线LAN必须在没有接入点的情况下也起作用。这意味着移动节点主要互相交换消息，仅仅偶尔地连接到固定接入点。
在这些条件下，选择处于最大功率的最高数据速率不再是最好的解决方案，因为这意味着阻止其他节点互相交换消息的高级别的干扰。
在现有技术文献中，已经有一些数据速率和功率控制选择机制的提议。在现有技术文献“Efficient Power Control via Pricing in WirelessData Networks”，Cem U.Saraydar，Narayan B.Mandayam和David J.Goodman，IEEE Transactions on Communications，第50卷，第2版，2002年2月，第291-303页中，引入了定价函数的概念，其根据每个发送所使用的功率来分配成本。最后提出了一种算法来为每个节点最小化这个成本函数并且给出了带宽的更平等的分布。
在现有技术文献“Power controlled multiple access(PCMA)inwireless communication networks”by Nicholas Bambos和SunilKandukuri，INFOCOM 2000，19thAnnual Joint Conference of the IEEEComputer and Communications Societies，Proceedings，IEEE，第2卷，2000年3月26-30日，第386-395页中，提出了一种根据队列中等待发送的消息的数量以及检测到的干扰的功率而为每个节点调整发送功率的算法。
结果显示，与标准的恒定信号干扰比(所谓的恒定SIR)算法相比，该算法获得了更高的吞吐量，在标准的恒定信号干扰比算法中，功率是根据在接收机处计算的误码率而增加的。
此外，在现有技术文献“Multimodal Dynamic Multiple Access(MDMA)in Wireless Packet Networks”by Sunil Kandukuri和Nicholas Bambos，INFOCOM 2001，20thAnnual Joint Conference of the IEEE Computer andCommunications Societies，Proceedings；IEEE，第1卷，2001年4月22-26日，第199-208页中，提出了该算法的扩展，除了选择发送功率，该算法还包括选择数据速率。结果显示在网络吞吐量中有进一步的提高。
对于“强化学习”可以例如参见现有技术文献“ReinforcementLearningA Survey”by L.P.Kaeblling，M.L.Littman和A.W.Moore，Journal of Articicial Intelligence Research 4，1996年，第237-285页。(主要基于“强化学习”的)这些算法的主要问题，就是假设较慢变化的环境并使用特殊的接入模式(例如码分多址)。这些算法允许通过不断检查其他节点产生的干扰来获取反馈。
使用该技术，通过使用不同的码，实际上节点被允许同时发送；通过这种方法，如果节点增加它的发送功率，就会造成对其他节点的干扰，从而为了保持它们自己的通信也增加它们的发送功率。通过这种方法，第一节点能够看见它们最初增加功率的效果，并且可以在下一次计算其发送功率时使用该信息。
但是，这些系统并不工作在高移动性环境中，因为在高移动性环境中时信道特性持续变化并且不可预测。此外，通过通常的无线LAN接入模式，例如载波侦听多址接入(CSMA)类型，干扰的检查并不是采取措施的快速可靠反馈。
匹配上述描述的示例性系统还在如下现有技术文献中公开了-“Principles and Protocols for Power Control in Wireless AdHoc Networks”by Vikas Kawadia和P.R.Kumar，Wireless Ad Hoc NetworksIEEE Journal on Selected Areas in Communications，Special Issue onWireless Ad Hoc Networks，第1卷，2005年1月，-US2003/0189906 A1和-WO 02/03567A2优化总的系统吞吐量的各种发送模式是已知的并且在以下标准中实施IEEE 802.11 WLAN of the Institute of Electrical and ElectronicEngineers.这些模式根据测量的误码率而改变调制。估计连接的质量越好，就可以选择越高的比特率。
通常，无线本地危险警告系统的一个主要目的就是警告尽可能多的节点(尤其是尽可能多的司机)，其生命例如被一些路障所危及。使用现有的无线LAN技术是有吸引力的，因为经过很好测试的产品是商业可用的并且被市场支持。但是，需要向系统添加一些功能以便使性能特性适应公路情形。
在现有技术文献“Distributed Power Control for ReliableBroadcast in Inter-Vehicle Communication System”by Marco Ruffini和PhiladelphiaHans-Jurgen Reumerman，VANET 2004(workshop withinMOBICOM 2004 conference)，美国宾夕法尼亚州费城，2004年9月26日至10月1日中，提出了通过调整广播消息的发送功率的方法来降低带宽消耗，而不改变可获得的性能。
该机制允许在高低密度交通量情况下有效地分发消息，但是该提出的功率控制概念仅仅适用于广播模式。为了在非安全相关的应用中重新使用无线本地危险警告系统，并由此有利于市场引入，对等单播发送模式是必须的。
在对等单播模式中的其中一个技术挑战就是在发送速率和发送功率之间的折中，其被要求来优化网络资源。一方面，实际上更高的发送速率提高了网络吞吐量，但是另一方面，还需要更高的发送功率，这增加了与其他邻居的干扰。此外，因为广播和单播消息在同一个系统中共存，因此其变得对这两种消息类型强制采用发送功率规则，否则，一种类型的消息将压倒其他类型的消息，这将对一种类型的消息赋予不希望的优先次序。
在无线LAN网络中，在数据速率的选择和发送功率中的不明确性还没有被解决。
从上述的缺点和不利开始，并考虑上述现有技术，本发明的目的是进一步开发在技术领域中所描述的那种控制器单元、在技术领域中描述的那种类型的通信设备、在技术领域中描述的那种类型的通信系统以及具有在技术领域中描述的那种相应的通信协议的方法，以便最小化移动节点之间和之中发送的消息的干扰，并最大化总的本地网络吞吐量。
本发明的目的是通过包括权利要求1所述特征的一种控制器单元，通过包括权利要求5的特征的通信设备，通过包括权利要求7的特征的通信系统，通过包括权利要求9的特征的通信协议，以及通过包括权利要求10的特征的方法来获得。本发明的有利实施例和有利改进被公开在相应的从属权利要求中。
本发明主要基于具有调制和功率控制优化的用于车辆间通信的安全系统的思想；在本文中，数据速率/发送功率判定算法被提供来通过收集和处理从相邻节点接收的信息来逐个分组地适配数据速率和发送功率。通过完全分布式的方法，本系统减小了节点干扰并提高了总的网络吞吐量。
基于估计的发送时间，基于平均的相邻路径损耗，基于受干扰的节点的数量和用于重发送所浪费的可能时间，为一个范围的数据速率和功率余量值计算定价函数。导致产生最低价格的数据速率和发送功率的值被用于发送该分组。
本发明解决了数据速率和发送功率的选择的模糊性，其通常是无线LAN网络，尤其是通过提供一个标准来定义选择数据速率和发送功率的正式机制，并且可以以完全分布式方式实施。
在本文中，本发明与功率控制的安全系统和方法的领域相关，尤其与下述文献相关“Distributed Power Control for Reliable Broadcastin Inter-Vehicle Communication System”by Marco Ruffini和Hans-Jurgen Reumerman，VANET 2004(workshop within MOBICOM 2004conference)，美国宾夕法尼亚州费城，2004年9月26日至10月1日，其中描述了一种在一组车辆中分发警告消息(仅使用广播消息)的系统。但是，与之相比，本发明并不限制于广播消息。
根据本发明的优选实施例，利用了现有无线局域网(WLAN)系统和方法的基本功能，一些修改和改变被用于将现有无线局域网系统适配到车辆间通信的分布式和高移动环境。
根据特定的创造性改进，根据本发明的系统和方法可以产生不同类型的消息并能够选择发送功率和数据速率来发送这些不同类型的消息。该选择以最小化邻居之间的干扰的方式作出；该技术措施对应于本系统的最大化总的本地网络吞吐量的目的。
优选地，本发明的系统和方法被设计来判定在哪些路径损耗值上计算它们的平均。
根据本发明的优选实施例，本系统和方法使用由相邻节点接收的路径损耗的信息来适配所发送的分组的数据速率和发送功率。
尤其，本系统和/或本方法可以基于例如以下方面来使用定价函数-邻居的数量，-这些邻居的路径损耗信息，-发送分组长度，-有关调制灵敏度的信息，-分组丢失的概率-功率余量-最大发送功率，-信道评估避免阈值，和/或-消息的优选级。
根据本发明的有利实施例，本系统以及本方法将最小定价函数与最小干扰模式相关联，其中模式被称为数据速率和发送功率对，尤其，根据本发明的系统和方法自动地消除与最大发送功率不兼容的发送模式。
根据本发明的特别创造性的改进，当没有接收到肯定应答信号时，根据本发明的系统和方法通过重新计算定价函数并促进使用较高的功率余量，重新传送分组。
通常，本发明，尤其是如上所述的通信设备可以被应用和安装到在公路上移动的每个车辆中。所述通信设备可以自己构成一个完整的结构来获得无线本地危险警告，并能够自适应不同的环境和情形。
此外，当没有接收到应答时，通过重新计算定价函数并促进使用更高的功率余量，所述通信设备也可以作为更复杂协议栈的一部分(例如设计用于重新传送消息(尤其是分组)的协议)被包括。例如，一个通常的协议可以体现本发明以便解决数据速率和发送功率之间正确选择的一般问题，与通信系统和发送数据的目的无关。
尤其，本发明最终涉及使用上述至少一个控制器单元和/或使用上述至少一个通信设备和/或上述至少一个通信系统和/或上述至少一个通信协议和/或上述方法以便用于至少一个无线ad hoc网络，尤其是用于至少一个传感器网络或用于无线本地危险警告，并具有自适应于不同环境和情形的能力，例如用于车到车通信(其中，汽车协同交互作用并分发例如警告消息)，尤其用于无事故驾驶，例如-为了在变线或并线期间避免冲突，和-当车辆在同一个区域中的不同方向上移动时，用于报告看不见的障碍物，例如模糊的或阴暗的物体。
最后，本发明还可以用于发送普通的数据消息以便支持面向安全的、面向信息通信业务(telematics)和/或面向娱乐的应用。
如上所述，有几个选项来以有利的方式体现和提高本发明的教导。为此，将引用分别从属于权利要求1、权利要求5、权利要求7和权利要求10的权利要求；通过示例的方式来参考优选实施例并参考附图，以下将更详细的说明本发明的其他改进、特征和优点，其中
图1示意性地显示了根据本发明方法操作的根据本发明的通信设备的实施例；图2示意性地显示了被包括在图1的通信设备中的控制器单元或中央数据处理单元的第一实施例；图3示意地显示了说明根据本发明的方法的实施例的框图；图4示意地显示了根据图3方法的来自邻居的问候消息的路径损耗估计；图5示意性地显示了在高交通量情况中根据本发明的车辆间通信的应用的示例；图6示意性地显示了在低交通量情况中根据本发明的车辆间通信的应用的示例；图7示意性地显示了被包括在图1的通信设备中的控制器单元或中央数据处理单元的第二实施例；图8用透视图显示了在交叉路口或十字路口的情况下车辆间通信的应用的第一示例(源US DoT智能车辆启动)；图9A示意性地显示了在变线或并线情况下车辆间通信的应用的第二示例(来源CarTalk计划)；图9B示意性地显示了在前方事故的情况下车辆间通信的应用的第三示例(来源CarTalk计划)；和图9C示意性地显示了在看不见的障碍物的情况下车辆间通信的应用的第四示例(来源CarTalk计划)。
对于图1到9C的相应特征或部分使用相同的附图标记。
为了避免不必要的重复，以下有关本发明实施例、特征和优点的描述涉及(除非特别指出)-根据本发明的通信设备100的实施例(参考图1)，和-根据本发明的控制器单元(即中央数据处理单元40)的第一实施例(参考图2)，和-根据本发明的控制器单元(即中央数据处理单元40’)的第二实施例(参考图7)，所有的实施例都根据本发明的方法来操作。
本发明主要描述了属于系统200的发送速率/功率判定的概念(参考图5、6、8、9A、9B、9C)以及用于无线本地危险警告的方法。系统200和本方法被用于在车辆以及路边单元中分发警告消息，也可以用于发送普通的数据消息以便支持许多可能的面向安全的、面向信息通信业务的和/或面向娱乐的应用。
与此相对应，该算法被开发用于移动车辆中的通信，但是也可以嵌入到利用共享无线介质的每个通信协议中。
根据本发明的分配给通信系统200的通信设备100的一般系统结构如图1所示。该实施例尤其适合于IEEE802.11类型的网络，如在以下文献中描述的“The International Standard ISO/IEC 8802-11，Part 11Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specification”，1999(E)ANSI/IEEE Standard 802.11，但是原理可用一般地延伸到每种类型的网络。
图1所示的通信设备100被设计用于移动节点10，12，14，16(例如在参考车辆10(即汽车)和相邻汽车12，14，16之间和之中)之间和之中的通信。
通信设备100包括-发送单元20，即发送器块，用于发送消息22，即问候消息和数据消息，例如警告消息，-接收器单元30，即接收器块，用于感测到达的由相邻汽车12，14，16发送的消息，即问候消息和数据消息，和-中央数据处理单元40，40’，尤其是控制单元和中继控制盒，实现用于控制数据速率和功率所需的所有功能，用来单播消息(中央数据处理单元40，参见图2)和/或广播消息(中央数据处理单元40’，参见图7)。
中央数据处理单元40，40’被配置用于通过处理至少部分到达的消息(尤其通过处理有关相邻汽车12，14，16的信息)来计算用于发送消息22的发送功率和数据速率。
接收器单元30连接到-接收/发送天线23和-中央数据处理单元40，40’和功率估计单元50，该功率估计单元50被设计来计算接收到达消息的接收功率504。
接收/发送天线23被分配给发送单元20和接收器单元30。
为了经由定位天线62(即经由全球定位系统天线)接收-与各自汽车10的当前位置有关和/或-与各自汽车10的移动方向有关的信号，该中央数据处理单元40，40’连接到定位单元60(即全球定位系统单元)。
此外，中央数据处理单元40，40’连接到危险感测单元90，该危险感测单元90被设计来感测与考虑的汽车10和/或相邻汽车12，14，16相关的一个或多个物体，尤其是危险的物体。
为了被供应各自汽车10的速度，该中央数据处理单元40，40’连接到汽车总线接口70。所述汽车总线接口70向汽车总线车辆内系统72提供从汽车总线接口70到汽车总线车辆内系统72发送的信号702。
此外，通信设备100，100’包括显示单元80，用于显示消息(尤其是到达的消息，例如数据消息)。所述显示单元80也连接到中央数据处理单元40，40’。
配备了如图1所示的通信设备100的每个车辆10，12，14，16周期地发送问候消息，该问候消息包括与以下有关的信息-问候消息已经被发送的各自功率，-车辆10，12，14，16各自的当前位置(由全球定位系统GPS块60提供)，-车辆10，12，14，16各自的前进方向或移动方向(由全球定位系统GPS块60提供)，-车辆10，12，14，16各自的速度(由汽车总线接口70提供)，-车辆10，12，14，16各自的网络识别号码，和-各自的时间戳并潜在地还包括其他相关信息。
图2更详细地显示了中央数据处理单元40的第一实施例。图7更详细地显示了中央数据处理单元40’的第二实施例。所述中央数据处理单元40，40’包括邻居列表或邻居表格410，设计用于存储问候消息。
以下表格中，显示了邻居表格410的详细说明，其中第二列说明了车辆10，12，14，16各自的当前位置，第三列说明了车辆10，12，14，16各自的前进方向或移动方向
此外，其他值可以被添加到邻居表格410中；例如代替仅仅存储路径损耗值的历史，可以如图4所示存储对(x＝距离，y＝路径损耗)的历史。
该问候消息以广播模式被发送，这样能够解码该问候消息的每个节点10，12，14，16就能够在它的邻居表格410中建立入口并在每一次接收到来自相同节点10，12，14，16的新的问候消息时更新信息。
当一定时间(该时长例如可以通过定义系统200中的参数max_time的值来固定)没有从给定的节点或相邻节点12，14，16接收到问候消息时，与该相邻节点12，14，16相关的入口就从参考节点10的邻居表格410中删除。
如图2和7所示，为了从接收器单元30接收到达的消息，中继控制盒40，40’包括接收器接口430，该接收器接口430被提供信号430。
所述接收器接口430连接到消息分析单元450，用于-评估到达的消息的主题或类型，尤其用于评估该到达的消息是否是问候消息和/或数据消息，-使用至少部分到达的消息(即问候消息)，来更新与存储在邻居表格410中的相邻节点12，14，16相关的信息，和-用于发送(在图1和2中的附图标记是804，在图1和图7中的附图标记是804’)至少部分的到达消息(即数据消息)的副本到显示单元80。
为此，消息分析单元450被连接到接收器接口430，以及邻居表格410和数据管理单元490，490’，尤其是数据处理单元或数据处理器492，292’，并被提供由功率估计单元50所计算的接收功率504(参考图1)。
数据管理单元490，490’还包括-数据消息产生单元460，460’被设计来产生一个或多个普通数据消息，和连接到数据处理单元492，492’和-问候消息产生单元470，470’被设计来向决定单元482，482’提供至少一个问候消息，和连接到判定单元482，482’。
数据管理单元490，490’可以被提供-从定位单元60到中央数据处理单元40，40’的至少一个信号604，604’，尤其是数据管理单元490，490’，例如到数据消息产生单元460，460’，和-从危险感测单元90到中央数据单元40，40’的至少一个信号904，904’，尤其是数据管理单元490，490’，例如到数据消息产生单元460，460’。
数据管理单元490，490’被设计用于从中央数据处理单元40，40’(尤其是从消息分析单元450和/或从数据处理单元492，492’)发送信号804，804’到显示单元80。
判定单元482，482’是通信设备100的核心。在所述判定单元482，482’中，定义了一组规则，其中逐个分组规定了-数据速率，即发送速率，和-发送功率目的是最小化向其他节点10，12，14，16的干扰。通过这种方法，所有的节点或车辆10，12，14，16合作来最大化网络效率。
为了发送由数据消息产生单元460，460’或由问候消息产生单元470，470’产生的消息22到发送单元20，中继中央数据处理单元40，40’包括连接到判定单元482，482’并设计来发送至少一个信号204到发送单元20的发送接口420。该判定单元482，482’进而又连接到邻居表格410。
因此，图2和图7显示了中央数据处理单元40，40’的内部结构消息22在数据管理单元或数据管理器490，490’中由数据消息产生单元460，460’产生或者由问候消息产生单元470，470’产生。该消息产生过程可以外部地由危险感测单元90触发(参见图1)或者内部地由数据管理器490，490’的数据处理器492，492’触发。
问候消息和正在判定单元482，482’中被处理的数据消息一起可以以可变的或者优选为最大功率发送。该判定单元482，482’通过遵循定价函数所描述的原理使用在邻居表格410中搜集的信息并且运行算法来确定用于该消息发送的最佳速率和发送功率(参见下面的步骤[ii.d.1]。
因此，所有消息22都经过发送接口420，在发送到发送器单元20之前，其用于使中央数据处理单元40，40’适应发送器单元或发送单元20(参见图1)可使用的不同的发送协议。
来自接收器单元30(参见图1)的消息22被传递到接收器接口430，其被用于使数据处理单元40，40’适应在接收器单元30(参见图1)中可使用的不同的发送协议。
然后，消息22从接收器接口430传递到消息分析单元450用于判定到达的消息22是普通的数据消息还是问候消息。
如果是问候消息，就使用由问候消息提供的信息加上由功率估计单元50显示的功率在邻居表格410中建立(或更新)一个入口；其被插入到路径损耗值的阵列的头部。
如果输入的消息22是普通的数据消息，那么中央数据处理单元40，40’就发送副本到数据管理器490，490’内的数据处理器492，492’，其将处理该数据消息并判定该输入的普通数据消息是否足够相关以便显示在显示单元80上(参见图1)。该数据处理器492，492’还被赋予具有足够容量以便存储一定量的消息22的存储器。
包括如图1，2(＝第一实施例)或如图1，7(＝第二实施例)所描述的通信系统100的参考车辆10借助包括在由相邻汽车12，14，16所广播的问候消息中的信息，来估计相邻汽车12，14，16的路径损耗。
如图3所示，来自从邻居12，14，16所接收的问候消息的路径损耗估计包括以下步骤在第一步骤[i，a]，接收由相邻汽车12，14，16广播的问候消息。
在第二步[i，b]，-确定接收到达的问候消息的接收功率504，和-通过比较确定的接收功率504或各自问候消息的接收信号强度和在这些问候消息的报头中显示的发送功率来确定路径损耗。
在本文中，“路径损耗”是其离开例如相邻车辆12，14，16的发送单元20的时间和其到达例如参考车辆10的接收单元30的时间之间的消息或信号的发送功率的衰减(尤其是电磁波强度的衰减)。通信系统200的信道的质量取决于路径损耗。
在第三步骤[i，c]中，对于每个车辆的瞬时路径损耗被存储在相邻表格410中，例如-在步骤[i.c.1]中存储第一相邻车辆12的瞬时路径损耗，-在步骤[i.c.2]中存储第二相邻车辆14的瞬时路径损耗，-在步骤[i.c.3]中存储另一个相邻车辆16的瞬时路径损耗。
一接收到消息22，消息分析单元450就评估其是问候消息还是普通的数据消息第一种情况下，在步骤[i，f]中，消息分析单元450使用问候消息来更新邻居表格410(参见上述邻居表格)，下面将详细介绍。
在后一种情况下，即，如果接收的消息22是数据消息，那么该消息分析单元450就发送该数据消息到数据处理单元492，492’以便评估该消息是否必须被发送到显示器80，以及该数据消息是否必须被进一步处理并最终提供给数据产生单元460，460’。
在下一个步骤[i，e]中，计算每个邻居12，14，16的平均路径损耗和路径损耗方差。
对于每个入口，邻居表格410包括在相应问候消息中包含的相同的信息，加上记录的路径损耗值的阵列(参见上述邻居表格)，当接收到问候消息时，其最近的一个由功率估计单元50提供(参见图1)。这些路径损耗值被用于计算平均路径损耗以及路径损耗方差。
该平均路径损耗值通过将不同数量的瞬时路径损耗值进行平均而获得的，该瞬时路径损耗值可以通过从接收的消息中包含的功率发送值中减去功率估计器50(参见图1)所接收的值来计算(参见上述步骤[1，c])。
路径损耗方差，而不是在平均路径损耗中考虑的瞬时路径损耗值的方差，依据下面的常见公式来计算σ2=Σi(x1-μ)2N,xi>μ]]>其中μ表示平均路径损耗。
根据本发明，在计算中，只有在路径损耗高于平均值μ时，值xi被包括，如下所述(参见-步骤[ii.d.1]，最小化与邻居12，14，16的干扰时间，和-步骤[ii.d.2]，选择结果产生的功率/比特率值)。
重要的是，计算平均所依据的值的数量是可变的，并且必须考虑有关信道特性和问候消息重复率所作出的估计来选择它。
在步骤[i.c.1]，[i.c.2]，[i.c.3]和步骤[i.e]之间，可以插入计算普通的路径损耗特征plc(参见图4)的步骤[i.d]。
该路径损耗平均是从通过比较来自由相邻车辆12，14，16所传递的问候消息的发送功率和接收功率而定期测量的若干路径损耗值中计算的。每个车辆10，12，14，16将该路径损耗值平均以便独立于发送信道的快速衰落效应，其中衰落指的是由于在固定物体和/或在移动物体上的多个反射而带来的信号衰退。
如果路径损耗测量的频率太低的话，那么环境可能已经变化许多，因此就不能充分考虑衰落效应，但是如果频率太高的话，那么空闲的空间损耗效应占据主要并使得平均过程的质量衰退。
因此，考虑到用于信道的估计(其可以从问候消息中包含的信息中导出的和推断)的空闲空间损耗，路径损耗测量的频率(紧密地依赖于发送的或接收的问候消息的频率)可以有利地变化的。该推断可以借助于现有方法(例如最小平方差)来完成。
当对从相同的车辆10，12，14，16例如每一百毫秒发送的问候消息导出的路径损耗进行平均时，可以假设该车辆的环境保持稳定并且可以忽略衰落效应。
考虑到接收来自不至一个车辆的定期的问候消息并且与问候消息速率相比那些车辆移动得慢得多时，可以估计路径损耗模型并且可以画出距离(图4中的变量x)上接收功率(图4中的变量y)的图形。图4显示了从邻居12，14，16的问候消息的路径损耗估计，如上所述。
如图4所示，从距离x和相应的路径损耗y的值，可以外推路径损耗特征plc。该外推路径损耗特征plc可以用来理解路径损耗y如何随着距离x变化，并且该信息可以用来判定应该对其计算平均路径损耗的路径损耗值的数量。
例如如果路径损耗变化的值对于120米和130米之间的距离来说是在1分贝到2分贝之内，那么在此范围内来自相同邻居的所有路径损耗值可以用于计算该邻居的平均路径损耗。
参考图4，以下表格指定了邻居列表的细节并显示在不同的网络识别号码中的邻居汽车12，14，16的分组。
如图3进一步所示，选择数据速率和选择发送功率包括以下步骤首先，在步骤[ii.a]中计算每个可用的比特率中的干扰时间。
每次一个节点(例如，参考车辆10)希望发送问候消息和/或数据消息(例如消息22的分组)时，那么节点就为每个可用的数据速率计算估计的发送的持续时间，因为该发送时间取决于使用的数据速率。
该估计的持续时间表示用于发送分组的有效时间；因此，该估计的持续时间必须包括前同步码和所有各种系统开销；例如，在IEEE 802.11的情况下，也必须考虑分布式协同帧间间隔(DCIFSDistributedCoordination Inter Frame Spacing)参数。
这些值被存储在名为Tmod的变量中，mod表示调制类型或考虑的数据速率。用于发送时间计算的公式可在下述现有文献中获得“802.11Efficiency Analysis”by F.Dalmases，PFL-Aachen Technical Note9/2002。
在计算每个可用比特率的干扰时间的步骤[ii.a]中，还可以包括用于最终使用肯定应答(ACK)或其他与传输相关系统功能所花费的时间，例如准备发送(RTS)/清除发送(CTS)机制，在以下文献公开“TheInternational Standard ISO/IEC 8802-11，Part 11Wireless LAN MediumAccess Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications”，1999(E)ANSI/IEEE Standard 802.11。
以下表格解释了如上所述的数据速率的选择和发送功率的选择，其中假设要被发送的消息22包括120字节的分组长度。列“发送分组的时间Tmod(μs)”考虑了要发送消息22或分组的时间和接收相应肯定应答的时间
确定到接收器30的路径损耗的步骤[ii.b.1]就是计算所需的功率以便让被发送的分组或消息22在接收器单元30处被正确地解码(参考图1)。这实际上是概率问题，但是在根据本发明的通信设备100中，平均路径损耗的值被认为是可以从邻居表格410中获得的。
每个不同的调制具有固定的灵敏值Smod，显示解码消息22所需的最小功率。通过将这些灵敏值Smod每个相加到平均路径损耗P1avg，就获得一组值Pmod(＝Smod+P1avg)，其中值Pmod指示对每个调制，节点必须发送它的消息以便以正确的功率到达接收器单元30所处的功率。
以下表格解释了如上所述的确定到接收器30的路径损耗的步骤[ii.b.1]，其中假设了具有102分贝的平均路径损耗值P1avg的消息22将被发送到第二节点。此外，假设在计算每个可用比特率的所需的发送功率的步骤[ii.b.2]中，最大发送功率(有效无向性辐射功率EffectiveIsotropic Radiated Power)是30分贝
前3行中的数据37dBm(＝分贝毫瓦)，36dBm，32dBm表示在发送器的最大发送功率上的值，例如超过30分贝毫瓦。
在下列步骤之后，-确定到接收器单元30的路径损耗的步骤[ii.b.1]和-计算每个可用比特率所需的发送功率的步骤[ii.b.2]，在步骤[ii.c.1]中，对于每个调制，必须考虑和采用不同的或各种功率余量值，其被添加到计算的值Pmod。该功率余量被用于增加发送功率；实际上，Pmod值是基于平均路径损耗而计算的。
因为，如上所述，实际的路径损耗是概率值，因此(通过增加余量)增加发送功率也增加了正确消息接收的概率。不同的余量值被存储在名为Mn的变量中。在本文中，必须考虑到增加发送功率也增加了其他节点受到的通信干扰。
对于每一对值{Pmod，Mn}，计算和Pmod，ntot＝Pmod+Mn，邻居的数量Nmod，n与数字Pmod，ntot相关联，其中当使用该发送功率时，将干扰该数量的邻居。
在本文中，当检测到最小功率电平时，对于此认为发送介质是忙的，则认为节点被干扰。在IEEE 802.11的情况中，这对应着信道评估避免的阈值thcaa。通过这个方法，其中节点被干扰的路径损耗的值可以通过公式Imod，n＝Pmod，ntot-thcaa来计算。
从表示邻居12，14，16数量的邻居表格410计算值Nmod，n，其平均路径损耗值小于Imod，n。
以下-应用各种功率余量的步骤[ii.c.1]，和-计算每个可用功率电平的干扰范围的步骤[ii.c.2]将通过以下示例更详细的介绍[a]当其接收具有比-82分贝毫瓦的信道评估避免阈值thcaa更高的功率的信号时，节点10，12，14，16被干扰。Pmod和Mn的和给出了总功率Pmod，ntot(＝Pmod+Mn)，其中Pmod依赖于调制，而Mn从1分贝开始的余量值并且被某个步长所分离；例如该步长可以是1分贝，即，Mn的值可以是M1＝1dB，M2＝2dB，M3＝3dB，M4＝4dB，M5＝5dB。该算法计算了最小路径损耗值Imod，n＝Pmod，ntot-thcaa(dB)，在此处，邻居12，14，16被干扰。
在以下表格中，这些如上所述的步骤[a]，[b]，[c]被显示，其中-第1列col1显示了每Mbps的比特率，-第2列col2显示了发送功率Pmod(dBm)，-第3列col3显示了Pmod+M1(dBm)，-第4列col4显示了Pmod+M2(dBm)，-第5列col5显示了Pmod+M3(dBm)，和-第6列col6显示了Pmod+M4(dBm)；第7列col7、第8列col8，第9列col9和第10列col10显示了最小路径损耗值，此处，邻居12，14，16被干扰，由公式Imod，n＝Pmod，ntot-thcaa(dB)计算 超过最大发送功率的值，例如，超过30分贝毫瓦的值，被从计算中排除(上述表格中是31分贝毫瓦和32分贝毫瓦)。现在从邻居表格410中(参见以下表格)，可以计算出有多少节点具有比下面表格中示出的哪些更低的平均路径损耗；这些是值Nmod，n。
以下表格显示了邻居表格410的细节
以下表格显示了值Nmod，n，即被干扰的节点的数量，取决于使用的调制和余量
至此，考虑到计算的不同调制和发送功率的所有优点和缺点，所有计算的值被包括在定价函数pricemod，n中。最小化定价函数pricemod，n的调制的值和发送功率的值被假设为从本地网络性能的优化来看是最佳值。
定价函数是pricemod，n＝Tmod·Nmod，n+Tmod，nre-tx·Nmod，n，表示发送占据无线介质的时间Tmod，乘以被干扰的节点数量Nmod，n。在该公式中，对于定价函数pricemod，n，还考虑到增加余量就增加了正确接收的概率，而被破坏的消息意味着要浪费时间来重新传送；因此，项Tmod，nre-tx表示如果该消息22没有被正确接收用于重新传送消息22所浪费的时间；该值具有概率特征并且随着余量的增加而降低。
以下将详细描述最小化与邻居12，14，16的干扰时间的步骤[ii.d.1]对定价函数pricemod，n考虑等式pricemod，n＝Tmod·Nmod，n+Tmod，nre-tx·Nmod，n，
-第1项Tmod·Nmod，n表示N个节点被干扰的持续时间，和-第2项Tmod，nre-tx·Nmod，n表示重新传送消息22所浪费的时间，因为消息22没有被接收器单元30正确解码；这与没有接收的概率probn有关。
通信设备100，尤其是判定单元482，482’，为所有之前考虑的数据速率值和功率余量值计算该表达式，使用所计算的值Tmod，Nmod，n，Tmod，nre-tx。
当计算了所有的各种不同的定价函数pricemod，n，那么通信设备100，尤其是判定单元482，482’提取与数据速率“mod”和发送功率余量“n”相关联的pricemod，n的最小值。
此时，通信设备100，尤其是发送单元20，就使用数据速率“mod”和发送功率余量“m”来发送消息22。
重新传送消息22所浪费的时间的值Tmod，nre-tx取决于路径损耗的方差；实际上，越高的方差就意味着必须使用越高的余量来确保一定的误码率。该值Tmod，nre-tx可以计算为Tmod，nre-tx＝Tmod·probn，其中probn表示使用余量“n”发送的消息没有被接收器单元30正确解码的概率。
以下，将更详细介绍选择作为结果产生的功率/比特率值的步骤[ii，d，2]项或值Tmod，nre-tx(其中Tmod与定价公式中的相同，而probn是消息22没有被接收的概率)表示由于消息22没有正确接收所浪费的时间。在这种情况下，实际上通信设备100，尤其是发送单元20，尝试重新传送消息22。
在本文中，项probn是概率并且取决于用于发送的余量“n”；为了计算probn，比正确解码消息22所需的功率要低的接收功率的概率需要被理解。其等于瞬时路径损耗将超过一个比选择的功率余量更高的值的平均路径损耗的概率。因此，快速衰落超过所选的功率余量的概率的计算是令人感兴趣的。
随机衰落使用高斯随机变量来近似，其中高斯随机变量的概率分布函数是众所周知的表达式f(x)=1σ2πexp[-12(x-μσ)2]]]>σ的值从路径损耗方差中得知；μ的值从平均路径损耗中得知。通过结合计算f(x)的公式，可以获得随机衰落低于给定余量值“n”的概率F(n)=∫0nf(t)dt]]>因为要求衰落高于余量的概率，因此考虑了项1-F(n)。在本文中，F(n)的表格值可以在与函数erf(x)相关的标准数学表格中获得。
最后，在定价公式中使用的值是probn＝1-F(n)。
在选择作为结果产生的功率/比特率值的步骤[ii.d.2]之后，消息22可以在最后步骤[ii.e]中被发送单元20发送。
如上所述的本发明的实施例可以有利地包括一个或多个以下细节在计算中(参考前面的步骤[i.e]及其后面的描述)考虑的路径损耗方差是从存储在邻居表格410的路径损耗值的历史中获得，并且对于每个节点10，12，14，16来说可以是不同的，或者是在一定数量节点上被平均或者甚至是在所有节点10，12，14，16上被平均。
当计算发送功率时，消息22的优选级也可以有利地被考虑；具有较高优选级的消息22实际上可以使用更高的余量来发送以便增加在首次发送尝试中正确解码的概率。该条件可以被包括在定价机制中(参考上述步骤[ii.d.1])，它考虑到节点10，12，14，16希望“付更高的价格”以便给具有更高优选级的消息22更高的可靠性。
此外，在定价公式pricemod，n＝Tmod·Nmod，n+Tmod，nre-tx·Nmod，n中(参考上述步骤[ii.d.1])，也可以考虑分组冲突或消息冲突的问题。实际上，除阻止其他站或节点使用该信道以外以更高的功率发送也可以增加在接收器节点(尤其是在接收车辆处)建立分组冲突的概率。因此，进一步的项可以被包括在定价函数pricemod，n＝Tmod·Nmod，n+Tmod，nre-tx·Nmod，n中，该进一步的项使发送功率的进一步增加处于不利的地位。
当没有接收到期望的肯定应答(ACK)时，通信设备100可以尝试重新传送消息22，再一次根据之前的公式(参考前面的步骤[ii.b.2]及其后面的描述)重新计算发送功率和数据速率，但是要考虑到通信设备100会支付更高的价格，与上述针对优选级处理的解释相似。
通过这个方法，可以选择更高的余量，这将提高正确接收的概率。这在定价函数pricemod，n＝Tmod·Nmod，n+Tmod，nre-tx·Nmod，n中通过增加表示分组错误的概率probn的项的值来考虑。
如果在固定次数的尝试之后没有接收到肯定应答(ACK)，那么通信设备100就停止尝试重新传送并发送消息回到数据管理器490，490’以便通知消息22不能被传递。
本发明的方法尝试解决干扰问题的两个不同的方面；实际上，对车辆的干扰可以用两个方面来看。一方面，请求发送消息22的车辆被阻止发送，因为其感测到介质忙；另一方面，接收消息22的车辆可以被阻止来正确解码该消息，因为另一个消息22干扰了该消息22。
第一种情况就是本发明主要考虑的；第二种情况就是熟知的隐藏节点问题。在本文中，可以注意到，该定价函数同时考虑了这两种情况减少在干扰区域中的邻居节点(尤其是邻居车辆12，14，16)的数量的能力实际上有利于解决该干扰问题的两个方面。
通信设备100还可以被包括作为用于多用途通信系统200的更复杂协议栈的一部分。
图5显示了在高交通量情况下评估数据速率和发送功率的示例参考车辆10与内圆环c1中的第一邻居车辆12以高数据速率通信需要这样一个发送功率，其干扰了在边界区域的太多的第三邻居车辆16，即放置在中间圆环c2和外圆环c3之间的那些。因此，定价函数(参考上述步骤[ii.d.1])促进了具有较低干扰的较低数据速率和较低功率的发送。作为结果产生的干扰对应于中间圆环c2。
图6描述了在低交通量的情况下评估数据速率和发送功率的示例。
在该情况下，并不是许多的邻居12，14，16在对应于外圆环c3的以高数据速率发送的干扰的范围内。因此，可以实现参考车辆10与内圆环c1之中第一邻居12以高数据速率通信，而不会打扰其他邻居14，16。因此，定价函数促进了以高数据速率和高功率的发送，从而减小了信道的时间占用，因为选择较低的数据速率(即中间圆环c2)将不会减少与其他车辆14，16的干扰。
图7更详细的显示了中央数据处理单元40’的第二实施例的主要结构，其在唯一的块中和谐地结合了广播功能和单播功能。
中央处理单元40’延伸来包括通信设备100的功能，其被设计来通过处理从相邻节点12，14 16接收的信息来计算在广播通信中的发送功率，尤其通过使用功率发送值和消息22被接收的功率之间的差值来计算每个相邻节点12，14，16的路径损耗(参见现有文献“Distributed PowerControl for Reliable Broadcast in Inter-Vehicle CommunicationSystem”by Marco Ruffini和Hans-Jurgen Reumerman，VANET 2004(workshop within MOBICOM 2004 conference)，美国宾夕法尼亚州费城，2004年9月26日至10月1日)。
中央数据处理单元40’包括如图2所示的相同组件。此外，中央数据处理单元40’包括重传控制单元440’，其被提供了由功率估计单元50计算的接收功率504(参考图1)并被设计用于评估是否必须重新传送一个或多个到达的消息22。
重传控制单元440’连接到邻居表格410、消息分析单元450和判定单元482’，该判定单元482’被分配给了功率控制子系统480’。
所述功率控制子系统480’被设计来根据增加的路径损耗计算值来分类与邻居表格410中相邻节点12，14，16有关的信息。
以下表格规定了邻居12，14，16的表格410的细节并显示了将邻居车辆12，14，16分组到不同的路径损耗间隔或等级中，由功率控制子系统480’激励(参见图7)
功率控制子系统480’连接到发送接口420、相邻表格410、数据管理单元490’，其中该数据管理单元490’包括数据消息产生单元460’，其包括警告消息产生单元，被设计来向功率控制子系统480’提供一个或多个警告消息。
此外，数据管理单元490’包括-问候消息产生单元470’，被设计来向判定单元482’提供一个或多个问候消息，和-数据处理单元492’。
因此，根据中央处理单元40’，可以通过下面的装置产生消息-包括警告消息产生器的数据消息产生器460’-问候消息产生器470’，和-重传控制单元440’。
最后，给出一些典型的情况，其中通信系统200可以被操作来传递警告分发。
通信系统200与车车通信相关，其中装配了传感器的车辆10，12，14，16协同交互作用以避免冲突。例如，车车通信被认为对十字路口冲突避免来说是至关紧要的，尤其是当汽车12进入应该为了例如救火车10而保持通畅的十字路口时避免冲突(参见图8)。
类似的，根据本发明的通信系统200可以用于汽车10，12，14，16的协同交互作用并用于分发消息22(尤其是警告消息)，特别地，当车辆在相同区域中向不同方向移动时，-为了在变线或并线期间避免冲突(参见图9A)，-为了报告所使用的线路上的事故(参见图9B)，和-为了报告看不见的障碍物，例如模糊的或者阴暗的物体(参见图9C)。
附图标记列表100 通信设备10参考节点或各自的节点，尤其是第一车辆12第一相邻节点，尤其是第一相邻车辆，例如在中央区域或者在内圆环c1中的车辆14第二相邻节点，尤其是在内圆环c1和中间圆环c2之间排列的节点16第三或其他相邻节点，尤其是在中间圆环c2和外部圆环c3之间的边界区域中的节点20发送单元，尤其是发送器块204 从控制器单元40，40’，尤其是从发送接口420到发送单元20的信号22消息，尤其是问候消息或警告消息23接收/发送天线，被分配给发送单元20和接收器单元3030接收器单元，尤其是接收器块304 从接收器单元30到控制器单元40，40’尤其是接收器接口430的信号40控制器单元，尤其是中央数据处理单元，例如中继控制盒(第一实施例，参见图2)40’ 控制器单元，尤其是中央数据处理单元，例如中继控制盒(第二实施例，参见图7)410控制器单元40，40’的邻居列表或邻居表格420控制器单元40，40’的发送接口430控制器单元40，40’的接收器接口440’ 控制器单元40’的重传控制单元(第二实施例，参见图7)450控制器单元40，40’的消息分析单元460控制器单元40的数据消息产生单元(第一实施例，参见图2)460’ 控制器单元40’的数据消息产生单元，包括警告消息产生器(第二实施例，参见图7)470控制器单元40的问候消息产生单元(第一实施例，参见图2)
470，控制器单元40’的问候消息产生单元(第二实施例，参见图7)480’控制器单元40’的功率控制子系统(第二实施例；参见图7)482 控制器单元40的判定单元(第一实施例，参见图2)482’控制器单元40’的判定单元(第二实施例，参见图7)490 控制器单元40的数据管理单元(第一实施例，参见图2)490’控制器单元40’的数据管理单元(第二实施例，参见图7)492 控制器单元40的数据处理单元(第一实施例，参见图2)492’控制器单元40’的数据处理单元(第二实施例，参见图7)50 功率估计单元或功率估计器块504 到达消息被接收的接收功率，其由功率估计单元或功率估计器块50计算60 定位单元，尤其是全球定位系统GPS单元，例如全球定位系统GPS块604 从定位单元60到控制器单元40的信号，尤其是到数据管理单元490，例如到数据消息产生单元460(第一实施例；参见图2)604’从定位单元60到控制器单元40’的信号，尤其是到数据管理单元490’，例如到数据消息产生单元460’(第二实施例；参见图7)62 分配给定位单元60的定位天线，尤其全球定位系统GPS天线70 汽车总线接口702 从通信设备100，尤其是从汽车总线接口70到汽车总线车辆内系统72的信号72 汽车总线车辆内系统80 显示单元804 从控制器单元40，尤其从消息分析单元450和/或从数据处理单元492，到显示单元80的信号(第一实施例，参考图2)804’从控制器单元40’，尤其从消息分析单元450和/或从数据处理单元492’，到显示单元80的信号(第二实施例，参考图7)
90 危险感测单元904从危险感测单元90到控制器单元40，尤其到数据管理单元490，例如到数据消息产生单元460的信号(第一实施例；参见图2)904’ 从危险感测单元90到控制器单元40’，尤其到数据管理单元490’，例如到数据消息产生单元460’的信号，尤其是传感器触发信号(第二实施例；参见图7)200用于节点间(尤其是车辆间)通信(尤其是无线局域网)的通信系统或通信装置c1 内圆环c2 中间圆环c3 外圆环i 从由至少一个相邻节点(12，14，16)发送(尤其是广播)的问候消息来估计路径损耗i.a接收由相邻节点12，14，16广播的问候消息i.b确定接收功率504，以及通过比较确定的接收功率504或各自问候消息的接收信号强度与在各自问候消息的报头中指示的发送功率来确定路径损耗，i.c为邻居列表或邻居表格410中的每个相邻节点12，14，16存储瞬时路径损耗值i.c.1 为邻居列表或邻居表格410中的第一相邻节点12存储瞬时路径损耗值i.c.2 为邻居列表或邻居表格410中的第二相邻节点14存储瞬时路径损耗值i.c.3 为邻居列表或邻居表格410中的第三或其他相邻节点16存储瞬时路径损耗值i.d计算一般路径损耗特征plci.e计算每个相邻节点12，14，16的平均路径损耗和路径损耗方差i.f更新邻居列表或邻居表格410ii 选择发送参数(尤其是数据速率和发送功率)用于发送(尤其是用于单播)消息(22)(尤其是数据消息)
ii.a 计算每个可用比特率的干扰时间ii.b.1确定到接收器单元30的路径损耗ii.b.2计算每个可用比特率的所需的发送功率ii.c.1应用各种功率余量ii.c.2计算每个可用功率电平的干扰范围ii.d.1最小化对相邻节点12，14，16的干扰时间ii.d.2选择作为结果产生的功率/比特率值ii.e 发送消息22n1被分配给网络识别号码1的相邻汽车n2被分配给网络识别号码2的相邻汽车n3被分配给网络识别号码3的相邻汽车n4被分配给网络识别号码4的相邻汽车n5被分配给网络识别号码5的相邻汽车n6被分配给网络识别号码6的相邻汽车n7被分配给网络识别号码7的相邻汽车plc 路径损耗特征x 距离(变量)y 路径损耗值(变量)
权利要求
1.一种控制器单元(40；40’)，尤其是一种中央数据处理单元，例如一种中继控制盒，用于控制移动节点(10，12，14，16)尤其是车辆之间和之中的通信，每个节点(10，12，14，16)被设计用于接收和发送消息(22)，尤其是-至少一个问候消息，和/或-至少一个数据消息，例如至少一个警告消息，其特征在于，至少一个判定单元(482；482’)，通过处理至少部分接收的消息(22)，尤其是通过处理至少部分到达的问候消息，例如通过处理与消息(22)应当被发送到的各自相邻节点(12，14，16)中的至少一个有关的至少一个信息，用于为至少一部分要被发送的消息(22)，尤其是为要被发送的每个数据消息选择，尤其是计算发送参数，尤其是数据速率和发送功率，其中发送参数的选择使得-消息(22)的干扰被最小化，和-总的本地网络吞吐量被最大化。
2.根据权利要求1所述的控制器单元，其特征在于，控制器单元(40；40’)包括至少一个邻居列表或邻居表格(410)，被设计来存储至少部分接收到的消息(22)，尤其用于存储至少部分接收到的问候消息，该问候消息包括有关相邻节点(12，14，16)的信息，尤其有关如下各项的信息-相邻节点(12，14，16)各自的当前位置，和/或，-相邻节点(12，14，16)各自的移动方向，和/或，-相邻节点(12，14，16)各自的速度，和/或，-至少一个相邻节点(12，14，16)各自的网络识别号码，和/或，-已经发送到达的消息的各自功率，和/或，-至少一个各自的时间戳。
3.根据权利要求1或2所述的控制器单元，其特征在于-至少一个接收器接口(430)，用于接收到达的消息(22)并使控制器单元(40，40’)适应不同的发送协议；和/或-至少一个消息分析单元(450)--连接到邻居列表或邻居表格(410)和接收器接口(430)，以及--被设计用于评估接收消息(22)的主题和/或类型，尤其用于评估各自的接收消息(22)是否是问候消息和/或数据消息，---用于使用至少部分接收消息(22)，尤其是使用问候消息来更新有关相邻节点(12，14，16)的信息，尤其用于更新邻居列表或邻居表格(410)；和/或-至少一个数据管理单元(490，490’)--包括---至少一个数据消息产生单元(460，460’)，尤其具有警告消息产生单元，---至少一个问候消息产生单元(470，470’)，和---至少一个数据管理单元(492，492’)----用于处理至少部分的接收消息(22)和/或----用于触发数据消息产生单元(460，460’)和/或问候消息产生单元(470，470’)，和--连接到消息分析单元(450)和判定单元(482，482’)；和/或-判定单元(482，482’)--被设计来向至少一个发送接口(420)提供由数据消息产生单元(460；460’)和/或由问候消息产生单元(470，470’)产生的消息(22)，和--连接到邻居列表或邻居表格(410)和发送接口(420)和数据管理单元(490，490’)。
4.根据权利要求3所述的控制器单元(40’)，其特征在于-邻居列表或邻居表格(410)，被设计来存储由控制器单元(40)通过从到达消息已经被发送的功率中减去接收功率(504)而计算的至少一个路径损耗计算值，该发送功率是从至少部分到达消息中得知，尤其从问候消息中得知；和/或-至少一个重传控制单元(440’)--连接到邻居列表或邻居表格(410)和消息分析单元(450)和判定单元(482’)，--被设计用来---评估到达的消息是否必须被重新传送和---如果到达的消息必须被重新传送，则计算所述发送功率，和--可以从消息分析单元(450)被提供至少部分接收消息(22)的至少一个副本，尤其是数据消息的副本；如/或-至少一个功率控制子系统(480’)--包括判定单元(482’)--被连接到邻居列表或邻居表格(410)和重传控制单元(440’)和数据管理单元(490’)，和--被设计用来---根据增加的路径损耗计算值来存储有关邻居列表或邻居表格(410)中的相邻节点(12，14，16)的信息，和/或---根据离散的路径损耗计算间隔来分组有关邻居列表或邻居表格(410)中的相邻节点(12，14，16)的信息，尤其是当重传控制单元(440’)和/或数据消息产生单元(460’)和/或问候消息产生单元(470’)请求发送该消息(22)时。
5.一种通信设备(100)，用于移动节点(10，12，14，16)之间和之中的通信，尤其是车辆之间和之中的通信，其特征在于-根据权利要求1到4中至少一个的至少一个控制器单元(40，40’)，-至少一个发送单元(20)，尤其是至少一个发送器块，用于发送消息(22)，尤其是--用于广播数据消息和/或问候消息和/或--用于单播数据消息和/或问候消息，和-至少一个接收器单元(30)，尤其是至少一个接收器块，用于感测相邻节点(12，14，16)中的至少一个发送的，尤其是广播和/或单播的到达消息(22)。
6.根据权利要求5所述的通信设备，其特征在于-至少一个功率估计单元(50)--连接到接收器单元(30)和控制器单元(40，40’)和--被设计用来---计算各自的到达消息(22)被接收的至少一个接收功率(504)和---向接收器接口(430)提供计算的接收功率(504)；和/或-至少一个定位单元(60)，尤其是至少一个全球定位系统GPS单元--被连接到控制器单元(40，40’)和--被设计来经由至少一个定位天线(62)接收信号，例如经由至少一个全球定位系统GPS天线，尤其是有关各自节点(10)的当前位置和/或有关各自节点(10)的移动方向的信号；和/或-至少一个汽车总线接口(70)--连接到控制器单元(40，40’)，和--被设计用于向控制器单元(40，40’)提供各自节点(10)的速度；和/或-至少一个显示单元(80)--连接到控制器单元(40，40’)，尤其是连接到数据处理单元(492，492’)和--被设计用于显示至少一个消息，尤其是数据消息(22)；和/或-至少一个危险感测单元(90)--连接到控制器单元(40，40’)，和--被设计用于为各自的节点(10)感测至少一个相关主题，尤其是危险的主题。
7.一种用于无线局域网LAN的通信系统(200)，用于移动节点(10，12，14，16)之间和之中的通信，尤其是车辆之间和之中的通信，其特征在于至少两个根据权利要求5或6的通信设备(100)，其中-至少其中一个通信设备(100)被分配给参考节点或各自的节点(10)，尤其分配给考虑的车辆，和-至少其中一个通信设备(100)被分配给相邻节点(12，14，16)，尤其是分配给相邻车辆。
8.根据权利要求7所述的通信系统(200)，其特征在于-不同类型的消息(22)可以通过选择数据速率和消息(22)的发送功率而产生和发送；和/或-为了适配要被发送的消息(22)的数据速率和发送功率，使用由相邻节点(12，14，16)接收的路径损耗的至少一个信息；和/或-基于下列各项计算至少一个价格值--相邻节点(12，14，16)的数量，和/或--相邻节点(12，14，16)的路径损耗信息，和/或--要被发送的消息(22)的数据速率，例如发送分组长度，和/或--有关调制灵敏度的信息，和/或--要被发送的消息(22)丢失或要被发送的分组丢失的概率，和/或--发送功率的余量，和/或--最大发送功率，和/或--信道评估避免的至少一个阈值，和/或--要被发送的消息(22)的优先级；和/或-最小价格值被分配给最小干扰模式，其中模式指的是数据速率和发送功率对；和/或-与最大发送功率不兼容的至少一个发送模式被删除，尤其是被自动地删除；和/或-当没有接收到肯定应答时，通过重新计算最小价格值和通过促进使用更高的发送功率余量，重新传送被发送的消息(22)。
9.一种用于控制移动节点(10，12，14，16)之间和之中尤其是车辆之间和之中的通信的通信协议，每个节点(10，12，14，16)被设计用于接收和发送消息(22)，尤其是-至少一个问候消息，和/或-至少一个数据消息，例如至少一个警告消息，其特征在于，为至少一部分要被发送的消息(22)，尤其是为要被发送的每个数据消息，通过处理至少部分接收的消息(22)，尤其通过处理至少部分到达的问候消息，例如通过处理与消息(22)应当被发送到的各自相邻节点(12，14，16)中的至少一个有关的至少一个信息来选择，尤其是计算发送参数，尤其是数据速率和发送功率，其中发送参数的选择使得-消息(22)的干扰被最小化，和-总的本地网络吞吐量被最大化。
10.一种控制移动节点(10，12，14，16)尤其是车辆之间和之中的通信的方法，其特征在于执行根据权利要求9所述的至少一个通信协议。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，发送参数，尤其是数据速率和发送功率逐个分组地适配，尤其是-基于下列各项为一个范围的数据速率的余量值和发送功率余量计算定价函数--估计的发送时间，--平均的相邻路径损耗，--受干扰的节点(10，12，14，16)的数量和/或--用于消息(22)的重传所浪费的可能时间，以及-导致产生最低价格的数据速率和发送功率的值被用于发送消息(22)，尤其用于发送分组。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，[i]从至少一个相邻节点(12，14，16)发送的，尤其广播的问候消息中估计路径损耗，尤其是[i.a]接收由相邻节点(12，14，16)中的至少一个广播的问候消息，[i.b]计算到达的问候消息被接收的至少一个接收功率(504)，[i.c]通过从发送问候消息的功率中减去接收功率(504)来确定每个相邻节点(12，14，16)的瞬时路径损耗，其中发送问候消息的功率是从接收的问候消息中得知，并且在至少一个邻居列表或邻居表格(410)中存储和/或更新为每个相邻节点(12，14，16)确定的瞬时路径损耗，尤其是[i.c.1]至少一个第一相邻车辆(12)的瞬时路径损耗值，例如在中央区域中的，尤其是在内部圆环(c1)内的至少一个相邻车辆的瞬时路径损耗值，[i.c.2]至少一个第二相邻车辆(14)的瞬时路径损耗值，例如在中间区域中的，尤其是在内部圆环(c1)和中间圆环(c2)之间的至少一个相邻车辆的瞬时路径损耗值，和[i.c.3]至少一个其他的在边界区域，尤其是在中间圆环(c2)和外部圆环(c3)之间的相邻车辆(16)的瞬时路径损耗值在至少一个邻居列表或邻居表格(410)中被存储和/或更新，[i.d]计算至少一个一般的路径损耗特性(p1c)，例如，根据问候消息被发送和/或接收的频率来确定路径损耗测量的频率，和/或判定应该在哪些路径损耗值上计算它们的平均值，和[i.e]计算每个相邻节点(12，14，16)的平均路径损耗和路径损耗方差，和[ii]发送参数，尤其是数据速率和发送功率，被选择用于发送，尤其用于单播消息(22)，尤其是数据消息，尤其是[ii.a]估计和/或计算每个可用比特率的干扰时间，例如要被发送的消息(22)的有效发送时间，[ii.b.1]计算在接收到时正确解码该发送的消息(22)所需的功率，尤其是确定到至少一个接收器单元(30)的路径损耗，[ii.b.2]计算每个可用比特率的至少一个要求的发送功率，例如，计算考虑到接收灵敏度的至少一个调制发送功率，所述灵敏度从接收到的问候消息中得知，其中例如与最大发送功率不兼容的至少一个发送模式被删除以便在以下计算中不被考虑，[ii.c.1]通过将至少一个，优选是各种不同的发送功率的余量应用到每个可用比特的被要求的发送功率，尤其是调制发送功率的计算中，计算至少一个缓冲的发送功率，[ii.c.2]计算每个可用功率电平，尤其是每个缓冲的发送功率的至少一个干扰范围，例如确定当使用各自缓冲的发送功率时被干扰的相邻节点(12，14，16)的数量，[ii.d.1]对每个缓冲的发送功率计算至少一个价格值，该价格值表示发送时间、干扰范围和因为接收器单元(30)太低的灵敏度而没有接收消息(22)的概率，尤其是对相邻节点(12，14，16)的干扰时间被最小化，和[ii.d.2]选择作为结果产生的最小化干扰时间和未接收到的概率的每个比特率值的发送功率，用于发送消息(22)。
13.根据权利要求1到4中至少一个的至少一个控制器单元(40，40’)和/或根据权利要求5或6的至少一个通信设备(100)和/或根据权利要求7或8的至少一个通信系统(200)和/或根据权利要求9的至少一个通信协议和/或根据权利要求10到12的至少一个的方法用于至少一个无线ad hoc网络的用途，尤其是用于至少一个传感器网络或用于具有自适应不同环境和情形的能力的无线本地危险警告的用途，例如用于车到车通信，其中汽车协同交互作用并分发例如警告消息，尤其用于无事故驾驶，例如当车辆在相同区域中向不同方向移动时，-为了在变线或并线期间避免冲突，-为了报告看不见的障碍物，例如模糊的或者阴暗的物体。
全文摘要
为了提供一种控制器单元(40；40’)，尤其是一种中央数据处理单元，例如一种中继控制盒，以及用于控制移动节点(10，12，14，16)尤其是车辆之间和之中的通信的方法，每个节点(10，12，14，16)被设计用于接收和发送消息(22)，尤其是至少一个问候消息，和/或至少一个数据消息，例如至少一个警告消息，其中在移动节点(10，12，14，16)之间发送的消息的干扰被最小化并且本地网络吞吐量被最大化，提出至少一个判定单元(482；482’)，通过处理至少部分接收的消息(22)，尤其是通过处理至少部分到达的问候消息，例如通过处理与消息(22)应当被发送到的各自相邻节点(12，14，16)其中至少一个有关的至少一个信息，用于为至少一部分要被发送的消息(22)，尤其是为要被发送的每个数据消息选择，尤其是计算发送参数，尤其是数据速率和发送功率，其中发送参数的选择使得消息(22)的干扰被最小化和总的本地网络吞吐量被最大化。
文档编号H04L12/56GK1989703SQ200580024519
公开日2007年6月27日 申请日期2005年7月22日 优先权日2004年7月22日
发明者M·鲁菲尼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司