专利名称：基于路车协同的通信方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能交通技术领域，特别涉及路车协同通信技术网，具体涉及基于路车协同的通信方法及设备。
背景技术：
802. 11协议给出了一种典型的切换过程，具体包括如下步骤 步骤1 工作站断开与当前基站的链路连接。步骤2 工作站接收到周围小区的基站发送的信号，选择其中信噪比最大的对应的基站发送连接请求。步骤3 工作站与选择出的基站交换认证信息。步骤4 工作站向选择出的基站发送重新关联请求。步骤5 工作站与通信对端通过选择出的基站建立新的链路，并进行通信。按照802. 11协议给出的上述切换过程，切换时延超过300毫秒，不能够支持视频流媒体等服务。另一方面，由于工作站是在预测到当前基站提供的服务不能满足正常通信需求时才发起切换，此时工作站与当前基站之间的链路质量已经很差，将导致大量丢包、重新发送等，这进一步增加了切换时延。在802. 11协议的基础上，专门针对车车之间及车路之间的无线局域网通信又提出了 802. Ilp协议，该无线局域网称为路车协同通信技术网。在802. Ilp协议中，车载单元(OBU)位于车辆上，相当于工作站，路边单元(RSU)相当于基站。车辆在连续行驶的过程中，需要与不同的RSU进行通信，这就涉及到车辆如何在不同的RSU进行切换的问题，但是 802. Ilp协议中并没有给出切换的具体实施方案，而鉴于802. 11协议给出的切换方案的缺陷，直接在802. Ilp中沿用802. 11协议中的切换方案也会存在同样的缺陷。综上所述，目前迫切需要基于路车协同通信技术网，制定时延较短的切换方案。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种基于路车协同的通信方法，该方法能够实现时延较短的切换。本发明的第二个目的是提供一种OBU及一种RSU，该OBU及RSU能够基于路车协同通信技术网，实现时延较短的切换。本发明的技术方案是这样实现的
一种基于路车协同的通信方法，关键在于，设置每个路边单元RSU包括服务范围和CCH 范围，其中服务范围包含在CCH范围中、且允许接入服务信道SCH和控制信道CCH，CCH范围中除服务范围外的部分只允许接入CCH、且相邻的两个RSU只在CCH范围中除服务范围外的部分具有重叠区域； 该方法还包括
OBUl离开当前的RSUl的服务范围；
6在SCH传输间隔，将与OBUl相邻的其他OBU作为中继节点与邻近的RSU2通信； 在CCH传输间隔，当符合预切换条件、且OBUl处在所述RSUl与所述RSU2的重叠区域时，OBUl向所述RSU2申请切换参数，当符合切换条件时，OBUl调用所述切换参数将CCH切换至所述RSU2 ；
OBUl进入所述RSU2的服务范围；
在SCH传输间隔，OBUl调用所述切换参数将SCH切换至所述RSU2。一种车载单元0BU，与路边单元RSU通信；关键在于，每个所述RSU包括服务范围和控制信道CCH范围，其中服务范围包含在CCH范围中、且允许接入SCH和CCH，CCH范围中除服务范围外的部分只允许接入CCH、且相邻的两个RSU只在CCH范围中除服务范围外的部分具有重叠区域；
该OBU包括
SCH切换模块，用于在SCH传输间隔，当离开当前的RSUl的服务范围后，将相邻的其他 OBU作为中继节点与邻近的RSU2通信，当进入所述RSU2的服务范围后，调用CCH切换模块申请的切换参数将SCH切换至所述RSU2 ；
第一转发模块，用于作为中继节点，转发其他OBU在SCH传输间隔发送的通信内容； CCH切换模块，用于在CCH传输间隔，当符合预切换条件、且处在所述RSUl与所述RSU2 的所述重叠区域时，向所述RSU2申请切换参数，当符合切换条件时，调用所述切换参数将 CCH切换至所述RSU2。一种路边单元RSU，用于与车载单元OBU通信；关键在于，该RSU包括
功率控制模块，用于控制RSU采用两种功率，在所述两种功率下RSU分别覆盖服务范围和CCH范围，其中服务范围包含在CCH范围中、且允许接入服务信道SCH和控制信道CCH， CCH范围中除服务范围外的部分只允许接入CCH、且相邻的两个RSU只在CCH范围中除服务范围外的部分具有重叠区域；
切换参数分配模块，用于在CCH传输间隔，根据位于所述重叠区域的OBU的申请为其分配切换参数。可见，基于本发明中的空间模型及信道模型，本发明采用了对SCH和CCH分别执行切换的方法。在CCH传输间隔，当符合预切换条件时，如果OBUl位于当前的RSUl与邻近的 RSU2的重叠区域，向RSU2申请切换参数进行预切换，这样，一旦符合切换条件，就可以直接调用已申请的切换参数将CCH切换至RSU2，缩短了切换时延。在SCH传输间隔，当OBUl离开当前的RSUl的服务范围后，通过将与自己相邻的其他一个或多个OBU作为中继节点与 RSU2通信，当OBUl进入RSU2的服务范围后，直接调用CCH切换时已申请的切换参数将SCH 切换至RSU2，这样就在邻近的两个RSU的服务范围不存在重叠区域的情况下，实现了 SCH的无缝切换，同时也缩短了切换时延。
说明书附1为现有技术中SCH和CCH传输的功率及用途的示意图； 图2为一种SCH和CCH相间传输模式的示意图3为现有技术中数据速率与通信距离之间的关系； 图4为本发明中的空间模型示意图；图5为本发明基于路车协同的通信方法流程图； 图6为本发明实施例中的应用场景示意图7为本发明实施例中RSSI与扫描门限及切换门限的对应关系示意图； 图8为本发明实施例中RSU的处理流程图； 图9为本发明实施例中OBU的处理流程图；
图10为本发明中OBU的结构示意图； 图11为本发明中RSU的结构示意图。
具体实施例方式在具体介绍本发明中的方法、OBU及RSU之前，首先介绍如下两方面内容。第一、本发明中的信道模型。在IEEE802. Ilp中，定义了控制信道(CCH)和服务信道(SCH)两种信道，图1为现有技术中SCH和CCH传输的功率及用途的示意图。如图1所示，IEEE802. Ilp为CCH和SCH总共分配了 75MHz的带宽，从5. 850GHz 到 5. 925GHz，分为 1 个 CCH (标识为 Chl78)、6 个 SCH (标识为 Chl72、Chl74、Chl76、Chl80、 Chl82和Chl84)及一段5MHz的保留带宽。其中CCH的传输功率最大，负责传输无线接入车载环境(WAVE)短消息(WSM)信息和控制信息等。SCH的传输功率相对较小，负责传输QoS 数据。图1中标识为Chl74和Chl76的SCH可以合并为20MHz的SCH (标识为Chl75)，标识为Chl80和Chl82的SCH可以合并为20MHz的SCH (标识为Chl81)。基于IEEE802. Ilp对SCH和CCH的定义，本发明中的RSU和OBU都采用SCH和CCH 相间传输的模式，SCH传输间隔及CCH传输间隔可以有多种情况。图2为一种SCH和CCH相间传输模式的示意图，CCH传输间隔和SCH传输间隔等长，均为50毫秒。其中，CCH可以进一步分为安全字段(SP)和控制字段(CP)两个阶段。图2给出的仅为一种举例，实际上还存在SCH传输间隔和CCH传输间隔不等长的情况。基于同步机制，各个RSU和各个OBU将采用相同的相间传输模式，并且该模式下的 SCH传输间隔及CCH传输间隔的转换点时刻相同。当RSU和OBU或者两个OBU处在相同的传输间隔时，例如都处于SCH传输间隔时， 可以进行该传输间隔内的通信。第二、本发明中的空间模型。IEEE802. Ilp中定义了传输速率和传输距离的关系，如图3所示，在通信距离比较短的时候，数据传输速率较高，在通信距离比较远的时候，数据传输速率较低。结合图1中所示的内容可以得出，SCH的传输范围较小，而CCH的传输范围较大。基于图1和图3中所示的内容，本发明提出一种新的空间模型。图4为本发明中的空间模型示意图，RSU包括服务范围、质询范围和信标范围。上述服务范围包含在质询范围中，允许接入SCH和CCH。上述质询范围包含在信标范围中，质询范围中除服务范围外的部分只允许接入 CCH，运行CCH中的SP。由于SP主要承载安全信息，对于RSU和OBU来说都非常重要，所以
8在质询范围中除服务范围外的部分，RSU与OBU轮询进行点对点的交互，OBU之间不产生竞争。上述信标范围中除质询范围外的部分只允许接入CCH，运行CCH中的CP部分。由于信标范围中除质询范围外的部分距离RSU较远，该区域内的车辆很可能在短时间内移动到其他RSU的覆盖范围中，且CP主要承载控制信息，所以在这个区域各个OBU通过竞争与 RSU交互。上述质询范围和信标范围统称为CCH范围，根据具体的应用需要，也可以直接将 RSU的范围划分为服务范围和CCH范围，而不区分CCH范围中的质询范围和信标范围，且在 CCH范围内不区分SP和CP。可以看出，本发明提出的空间模型中，相邻的两个RSU只在CCH范围中除服务范围外的部分存在重叠区域，而服务范围不存在重叠区域。通过对RSU位置的排布，使得上述重叠区域覆盖整个路面。基于上述信道模型和空间模型，下面介绍本发明中的方法、OBU及RSU。图5为本发明基于路车协同的通信方法流程图，该流程包括 步骤501 =OBUl离开当前的RSUl的服务范围。步骤502 在SCH传输间隔，将与OBUl相邻的其他OBU作为中继节点与邻近的RSU2
ififn。本步骤中，针对邻近的两个RSU的服务范围不重叠这一特点，OBUl离开当前的 RSUl的服务范围、且还没有进入邻近的RSU2的服务范围时，在SCH传输间隔，可以将其相邻的其他OBU作为中继节点与RSU2通信，即通过车车之间的转发实现OBUl与RSU2之间的通信。上述中继节点的个数可以是一个或多个。步骤503 在CCH传输间隔，当符合预切换条件、且OBUl处在RSUl与RSU2的重叠区域时，OBUl向RSU2申请切换参数，当符合切换条件时，OBUl调用切换参数将CCH切换至 RSU2。本步骤中，针对相邻的两个RSU在CCH范围中除服务范围外的部分具有重叠区域这一特点，在符合预切换条件时，如果OBUl进入上述重叠区域，可以向RSU2申请切换参数， 以备后续实际切换时使用，相当于预切换。这里的切换参数指OBUl在RSU2中分配到的IPv6 地址和MAC地址等信息。 本步骤中，调用切换参数将CCH切换至RSU2，具体指调用切换参数在CCH传输间隔与RSU2直接通信。步骤504 =OBUl进入RSU2的服务范围。步骤505 在SCH传输间隔，OBUl调用上述切换参数将SCH切换至RSU2。本步骤中，调用切换参数切换至RSU2，具体指调用切换参数在SCH传输间隔与 RSU2直接通信。在图5所示的流程中，针对SCH执行的切换可能需要多个SCH传输间隔才能完成， 针对CCH执行的切换同样也可能需要多个CCH传输间隔才能完成，SCH传输间隔和CCH传输间隔执行的是相对独立的操作。可见，本发明基于前文所述的空间模型及信道模型，采用了对SCH和CCH分别执行切换的方法。在CCH传输间隔，当符合预切换条件、且OBUl位于当前的RSUl与邻近的RSU2的重叠区域时，向RSU2申请切换参数进行预切换，这样，一旦符合切换条件，就可以直接调用已申请的切换参数将CCH切换至RSU2，缩短了切换时延。在SCH传输间隔，当OBUl离开 RSUl的服务范围后，通过将与OBUl邻近的其他OBU作为中继节点与RSU2通信，当OBUl进入RSU2的服务范围后，直接调用CCH切换时已申请的切换参数将SCH切换至RSU2，这样就在相邻的两个RSU的服务范围不存在重叠区域的情况下，实现了 SCH的无缝切换，同样也缩短了切换时延。下面给出本发明方法的实施例。图6为本发明实施例中的应用场景示意图。如图6所示，RSU (D)和RSU (E)为处在同一条高速公路上的相邻的两个RSU，每个RSU都包括服务范围和CCH范围，且在CCH 范围内不区分SP和CP。车辆A、车辆B和车辆C向同一方向行驶，其中车辆A当前驶出RSU (D)的服务范围、且未进入RSU (E)的服务范围，车辆B既不在RSU (D)的服务范围内也不在RSU (E)的服务范围内，车辆C位于RSU (E)的服务范围内。车辆A、车辆B和车辆C中均具有自己的0BU，以下本实施例中所描述涉及各个车辆为主体的操作，实际均为该车辆中的OBU执行的操作。以车辆A为例，在本实施例中，车辆A在CCH间隔周期性广播QURY信息并启动第一定时器。这里的QURY信息用于检测车辆A位于哪一个RSU的什么范围。如果在第一定时器达到第一定时门限之前，车辆A没有接收到RSU (D)对QURY信息的确认，判定自己已离开RSU (D)0如果在第一定时器到达第一定时门限之前，车辆A收到了 RSU (E)对QURY信息的确认，判定自己已进入RSU (E)的服务范围。如果在第一定时器到达第二定时门限之前，车辆A收到了 RSU (D)和RSU (E)对 QURY信息的确认，判定自己位于RSU (D)和RSU (E)的重叠区域。上述第一定时门限的值小于第二定时门限的值。其他车辆判定自己是否位于某个RSU的服务范围或CCH范围内，也采用上述与车辆A相同的方法。进一步，如果还需判断车辆是否位于质询范围除服务范围的部分、或信标范围除质询范围的部分，可以采用与设置第一定时器类似的方式，只是需要为服务范围、质询范围除服务范围的部分及信标范围除质询范围的部分分别设置一个定时门限。①针对SCH切换的过程。步骤1 车辆A离开RSU (D)的服务范围后，将自己的节点信息记录在路由表中的源地址位置，并在CCH间隔向周围车辆广播携带该路由表及RSU (E)的标识和通信地址的 HELLO信息。本步骤中提到的路由表用于记录发送HELLO信息的各个车辆的节点信息，包括源地址和中继节点的填写位置，这里的车辆A是HELLO信息的初始发送者，所以要将自己的节点信息记录在路由表中的源地址位置，后续如果有其他车辆转发该HELLO信息，则需将自己的节点信息记录在路由表中的中继节点位置。这样通过路由表就记录了 HELLO信息的完整发送路径。本实施例中，每辆车都预先存储所有RSU的标识和通信地址，在广播HELLO信息时，选择自身行驶方向上的那个最接近的RSU作为邻近的RSU。通过GPS等定位方法，车辆可以确定自己的位置及行驶方向，还可以确定周围的RSU及其他车辆的位置。步骤2 车辆B收到车辆A发送的HELLO信息后，判定自己不在RSU (E)的服务范围内，然后执行步骤3。步骤3 车辆B判断自己对接收到的HELLO信息是否已经超过设定的转发次数，如果是，直接丢弃该HELLO信息，否则执行步骤4。本步骤中，设置针对同一 HELLO信息的次数，只有在超过设定的转发次数后才停止转发，这提高了 HELLO信息的转发成功率。步骤4 车辆B将自己的节点信息记录在路由表中的中继节点位置，在CCH间隔向周围车辆广播携带该路由表及RSU (E)的标识和通信地址的HELLO信息。步骤5 车辆C收到车辆B广播的HELLO信息后，判定自己位于RSU (E)的服务范围内，然后执行步骤6。步骤6 车辆C将自己的节点信息记录在路由表中的中继节点位置，在CCH间隔将携带路由表及RSU (E)的标识和通信地址的HELLO信息转发给RSU (E)。步骤7:RSU (E)在第一次接收到HELLO信息后，启动第二定时器，在第二定时器到达定时门限值之前，RSU (E)可能收到通过多条路径转发来的相同HELLO信息，通过各个 HELLO信息中携带的路由表，RSU (E)选择一条中继节点数最少的路径，并向车辆A发送对 HELLO信息的确认，该确认中携带HELLO信息中的路由表。本步骤中，由于HELLO信息在车辆之间都是广播发送，所以可能存在相同的HELLO 信息被不同的车辆转发到一个RSU的情况，此时该RSU可以选择一条中继节点数最少的路径。当然，根据应用的需要，这里也可以不设置第二定时器，而采用其他的方式，例如RSU(E) 可以直接根据第一次接收到的HELLO信息中的路由表，向车辆A发送对该HELLO信息的确认，后续再接收到相同的HELLO信息都可以忽略。作为一种可选的实施方式，车辆A在步骤1中广播HELLO信息后，可以启动第三定时器，如果在第三定时器到达定时门限时仍没有收到针对HELLO信息的反馈，则重新广播 HELLO信息，相应的，再次启动第三定时器。车辆A每一次广播HELLO信息时，都会在该信息中添加指示发送次数的信息。上述第二定时器和第三定时器的定时门限，都按照经验值选定，其中第三定时器的定时门限应该大于第二定时器的定时门限。假设一种特殊情况，即车辆A在重新广播HELLO信息并重新启动第三定时器后，在第三定时器的定时门限内收到RSU对上一次广播的HELLO信息的确认，此时车辆A将忽略该确认。步骤8 车辆A解析对HELLO信息的确认中的路由表。步骤9 车辆A根据解析出的路由表，与RSU (E)交互数据。本步骤中，交互数据包括车辆A向RSU (E)发送数据、并接收RSU (E)对该数据的确认，还包括车辆A接收RSU (E)发送的数据。作为一种可选的实施方式，车辆A开始与RSU (E)交互数据后，每次向RSU (E)发送一次数据就启动第四定时器，如果在第四定时器到达定时门限时仍没有收到RSU (E)对该数据的确认，则返回步骤1重新广播HELLO信息，相应的，再次启动第三定时器。这样可以使车辆A及时获知与RSU (E)的当前通信路径是否正常，第四定时器的定时门限依据经
11验值设定。以一种特殊情况举例说明，以图6为例，假设RSU (E)选择的路径，即车辆A经由车辆B和车辆C与RSU (E)通信的这条路径发生中断的情况，例如车辆C驶出RSU (E)的服务范围时车辆A仍未驶入RSU (E)的服务范围，在这种情况下，车辆A在发送数据后将无法在第四定时器到达定时门限前收到确认，因此车辆A将返回步骤1重新发送HELLO信息， 相应的再次启动第三定时器。通过上述步骤广步骤9，在车辆A输出RSU (D)的服务范围、且尚未进入RSU (E) 的服务范围时，通过车车之间的转发，使得车辆A在SCH传输间隔可以与RSU (E)通信，实现了无缝切换。在车辆A进入RSU (E)的服务范围后，可以直接调用CCH切换时已申请的切换参数将SCH切换至RSU (E)。②针对CCH切换的过程。本实施例中设置扫描门限和切换门限，且扫描门限的值高于切换门限。当车辆位于当前RSU的服务范围内时，检测到的RSSI应该高于扫描门限，当车辆离开当前RSU的服务范围之后，检测到的RSSI会下降到扫描门限，当车辆继续行驶一段时间，检测到的RSSI 将下降到切换门限。图7为本发明实施例中RSSI与扫描门限及切换门限的对应关系示意图，以车辆A 为例，车辆A离RSU (D)越远，RSSI的值越小，会依次下降到扫描门限和切换门限。上述扫描门限和切换门限的具体值根据经验值确定。当车辆A离开RSU (D)之后，针对CCH的切换通过如下步骤实现
步骤1 车辆A检测CCH的RSSI，当检测到的RSSI下降到扫描门限时执行步骤2，当检测到的RSSI下降到切换门限时执行步骤3。步骤2 如果车辆A处在RSU (E)的CCH范围内，在CCH传输间隔向RSU (E)申请切换参数，并将切换参数存储在MIB中，然后继续执行步骤1。步骤3 车辆A利用MIB中的切换参数，在CCH间隔将CCH切换到RSU (E)中。以上的实施例中，从针对SCH的切换和针对CCH的切换角度进行了描述，为了对应 802. Ilp中的流程，下面给出本发明实施例中RSU侧的接收流程和OBU侧的发送流程。图8为本发明实施例中RSU侧的处理流程图，该流程包括 步骤801 初始化。步骤802 监听 CCH。本步骤中的监听CCH，是在SCH传输间隔和CCH传输间隔都要执行的持续性操作。步骤803 判断当前是否接收到信息，如果是，在该信息为WAVE服务指示(WSA)信息时执行步骤804，在该信息为基于IPv6的信息时执行步骤812，在该信息为WSM信息时执行步骤815。本步骤中所提到的信息，泛指RSU和OBU可以在SCH传输间隔和CCH传输间隔交互的所有信息。其中WSM信息主要为安全相关的信息，例如道路事故信息等，可以在SCH和 CCH传输间隔中交互，基于IPv6的信息主要为业务信息，本发明实施例中OBU与RSU之间交互的数据就属于基于IPv6的信息，例如道路周边的就餐信息等，可以在SCH传输间隔中交互，WSA信息主要为控制相关的信息，前文中所介绍的QURY信息及HELLO信息均属于WSA 信息，可以在CCH传输间隔中交互。
在现有802. llp/1609协议中定义了 WSM信息、基于IPv6地址的信息及WSA信息的基本格式，即这些信息包含的基本字段，但在实际通信中，具体使用哪些字段可以根据需求来选择。以前文中所介绍的QURY信息为例，可以从协议中针对WSA信息规定的基本字段中进行选择，定义QURY信息的格式，具体的定义方法这里不再赘述。步骤804 验证接收到的WSA信息是否安全，如果是，执行步骤805，否则丢弃该 WSA信息。步骤805 获取WSA信息中的数据。步骤806 判断该WSA信息为QURY信息还是HELLO信息，如果是QURY信息，执行步骤807，如果是HELLO信息，执行步骤808。步骤807 返回对QURY信息的确认，结束流程。步骤808 提取HELLO信息中的路由表。步骤809 启动第二定时器。步骤810 在第二定时器的定时周期内，利用接收到的多个相同HELLO信息中携带的路由表，确定一条中继节点数最小的路径。步骤811 利用确定出的路径，发送对HELLO信息的确认，结束流程。在步骤811之后，RSU就可以利用确定出的路径，与自身服务范围外的OBU交互数据。步骤812 从接收到的基于IPv6的信息中提取身份信息。步骤813 判断是否成功匹配身份信息，如果是，执行步骤814，否则丢弃接收到的
fn息ο步骤814 对接收的信息进行处理，结束流程。步骤815:判断接收到的信息是否匹配相关信息，如果是，执行步骤816，否则丢弃接收到的信息。步骤816 判断当前是否为CCH传输间隔，如果是，执行步骤817，否则切换至CCH 传输间隔，然后执行步骤819。步骤817:判断当前CCH传输间隔是否需发送其他WSM信息，如果是，执行步骤 818，否则执行步骤819。步骤818 多个需要发送的WSM信息竞争。步骤819 广播WSM信息，结束流程。图9为本发明实施例中OBU侧的处理流程图，该流程包括 步骤901 初始化。步骤902:监听 CCH。步骤903 判断CCH上是否收到WSM信息，如果是，则处理WSM信息，否则执行步骤 904。步骤904:判断高层实体是否需要发送信息，如果该信息为WSA信息执行步骤905， 如果该信息为基于IPv6的信息执行步骤917，如果该信息为WSM信息执行步骤924。步骤905 判断是否为QURY信息，如果是，执行步骤906，否则执行步骤909。步骤906 在对应字段中填入功率、位置信息和IPv6地址等。步骤907 指定发送周期。
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步骤908 发送QURY信息，结束流程。步骤909 判断是否为HELLO信息，如果是，执行步骤910，否则丢弃。步骤910 判断自身是否为源地址，如果是，执行步骤911，否则执行步骤914。步骤911 广播HELLO信息并启动第三定时器。步骤912 判断在第三定时器的定时时间内是否收到对HELLO信息的确认，如果是，发送基于IPv6的信息并结束流程，否则执行步骤911。本步骤中，在判断为是时，相当于OBU要与RSU继续交互数据，即OBU当前要继续发送基于IPv6的信息，也就是执行下面的步骤916。步骤913 判断是否超过转发次数，如果是，执行步骤915，否则丢弃。步骤914 转发次数加1。步骤915 转发HELLO信息，结束流程。步骤916 从基于IPv6的信息中提取IPv6地址和MAC地址等信息。步骤917 判断是否为发送给自身所在服务范围内的RSU的信息，如果是，执行步骤918，否则执行步骤919。步骤918 发送给所在服务范围内的RSU，结束流程。步骤919 从路由表中提取路径信息。步骤920 判断自身是否为源地址，如果是，执行步骤922，否则执行步骤921。步骤921 发送信息给下一跳，结束流程。步骤922 发送信息至下一跳并启动第四定时器。步骤923 判断在第四定时器到达定时门限之前是否收到确认，如果是，继续发送基于IPv6的信息，否则重新发送HELLO信息。本步骤中，判断为是时，继续按照路由表与RSU交互数据，判断为否时，说明需要重新建立与RSU的通信路径，所以重新发送HELLO信息。步骤924 根据环境形成WSM信息。步骤925 立即停止当前进行的其他通信。本步骤中，由于WSM信息为安全信息，所以优先级较高，无论当前OBU处在SCH传输间隔还是CCH传输间隔，都需要停止当前进行的其他通信，在SCH传输间隔或是CCH传输间隔发送当前WSM信息。步骤926 判断当前是否有其他待发送的WSM信息，如果是，执行步骤927，否则执行步骤拟8。步骤927 与其他待发送WSM信息竞争。步骤928 广播WSM信息，结束流程。除了上述实现切换的方法外，本发明还提出了一种OBU和一种RSU。图10为本发明OBU的结构示意图，该OBU用于与RSU通信。RSU包括服务范围和 CCH范围，其中服务范围包含在CCH范围中、且允许接入SCH和CCH，CCH范围中除服务范围外的部分只允许接入CCH、且相邻的两个RSU只在该部分具有重叠区域。图10中的箭头表示OBU内部的模块之间的信息流关系，对于向第一转发模块这样的模块，它们只与OBU外部的模块存在信息流关系，图10中并未示出这种关系。图10所示的OBU包括SCH切换模块、第一转发模块和CCH切换模块。
上述SCH切换模块，用于在SCH传输间隔，当离开当前的RSUl的服务范围后，将相邻的其他OBU作为中继节点与邻近的RSU2通信，当所属OBU进入RSU2的服务范围后，调用 CCH切换模块申请的切换参数将SCH切换至RSU2。上述CCH切换模块，用于在CCH传输间隔，当符合预切换条件、且处在RSUl与RSU2 的重叠区域时，向RSU2申请切换参数，当符合切换条件时，调用切换参数将CCH切换至 RSU2。上述第一转发模块，用于作为中继节点，转发其他OBU在SCH传输间隔发送的通信内容。为了实现判定OBU是否离开或进入了某个RSU的服务范围，图10所示的OBU中还可以进一步包括判定模块和第一定时器。上述判定模块，用于在CCH传输间隔周期性广播QURY信息，并启动上述第一定时器；如果上述第一定时器到达第一定时门限之前没有接收到RSUl对QURY信息的确认，判定离开RSUl的服务范围；如果上述第一定时器到达第一定时门限之前接收到了 RSU2对QURY 信息的确认，判定进入RSU2的服务范围；如果上述第一定时器到达第二定时门限之前收到 RSUl和RSU2对QURY信息的确认，判定进入所述重叠区域。为了实现本发明方法实施例中对SCH切换给出的方案，图10所示的OBU中可以进一步包括存储模块、收发模块和第二转发模块。上述存储模块，用于存储所有RSU的标识和通信地址。上述收发模块，用于在CCH传输间隔，将节点信息记录在路由表中的源地址位置， 并广播携带所述路由表及RSU2的标识和通信地址的HELLO信息；在CCH传输间隔，接收 RSU2对HELLO信息中的路由表发送的对HELLO信息的确认，该确认中携带HELLO信息中的路由表。这里的RSU2是位于OBU行驶方向上的与OBU邻近的RSU。上述第二转发模块，用于接收相邻的其他OBU发送的HELLO信息，当位于一个RSU 的服务范围中时，将接收到的HELLO信息转发给该RSU;当没有位于一个RSU的服务范围中时，先将节点信息记录在所述路由表中的中继节点位置，然后广播接收到的所述HELLO信肩、ο在此基础上，为了提高转发成功率，上述第二转发模块进一步用于，当没有位于一个RSU的服务范围中时，先判断对接收到的同一个HELLO信息是否已经超过设定的转发次数，如果是，直接丢弃该HELLO信息，否则再执行将节点信息记录在所述路由表中的中继节点位置。在此基础上，图10所示的OBU中可以进一步包括第三定时器。上述收发模块，进一步用于在广播携带路由表及RSU2的标识和通信地址的HELLO信息后，启动第三定时器， 如果在第三定时器到达定时门限之前未收到对HELLO信息的确认，重新执行广播携带路由表及RSU2的标识和通信地址的HELLO信息的操作。在此基础上，图10中的SCH切换模块可以包括解析子模块和SCH切换执行子模块。上述解析子模块，用于解析对HELLO信息的确认中的路由表。上述SCH切换执行子模块，用于在SCH传输间隔，当离开RSUl的服务范围后，根据解析子模块解析出的路由表，与RSU2交互数据，当进入RSU2的服务范围后，调用切换参数将SCH切换至RSU2。为了能在OBU未进入RSU2的服务范围、但当前通信路径出现问题时及时选择新的通信路径，图10所示的OBU中还可以包括一个第四定时器。上述SCH切换执行子模块，进一步用于在离开RSUl的服务范围后，每发送一次数据后启动所述第四定时器，如果在第四定时器到达定时门限之前未收到RSU2对该数据的确认，触发所述收发模块广播携带路由表及所述RSU2的标识和通信地址的HELLO信息。为实现本发明方法实施例中介绍的CCH切换过程，上述CCH切换模块中可以包括 CCH预切换执行子模块、CCH切换执行子模块和判定子模块。上述判定子模块，用于检测CCH上的RSSI，当检测出的RSSI小于扫描门限时，判定符合预切换条件，当检测出RSSI小于切换门限时，判定符合切换条件。上述CCH预切换执行子模块，用于在上述判定子模块判定符合预切换条件时，如果位于RSUl与RSU2的所述重叠区域，向RSU2申请切换参数。上述CCH切换执行子模块，用于在判定子模块判定符合切换条件时，调用切换参数将CCH切换至所述RSU2。图11为本发明RSU的结构示意图，该RSU用于与OBU通信。图11所述的RSU包括功率控制模块和切换参数分配模块。图11中的箭头表示 RSU内部的模块之间的信息流关系，对于象第一确认模块这样的模块，它们只与RSU外部的模块存在信息流关系，图11中并未示出这种关系。上述功率控制模块，用于控制RSU采用两种功率，在所述两种功率下RSU分别覆盖服务范围和CCH范围，其中服务范围包含在CCH范围中、且允许接入服务信道SCH和控制信道CCH，CCH范围中除服务范围外的部分只允许接入CCH、且相邻的两个RSU只在该部分具
有重叠区域。上述切换参数分配模块，用于在CCH传输间隔，根据位于所述重叠区域的OBU的申请为其分配切换参数。为实现判定OBU是否位于某个RSU的服务范围，图11所示的RSU中可以进一步包括第一确认模块，用于接收OBU发送的QURY信息，并返回对QURY信息的确认。为实现与位于自身服务范围外的OBU通信，图11所示的RSU中还可以进一步包括第二确认模块和第二定时器。上述第二确认模块，用于在第一次接收到HELLO信息后，启动上述第二定时器；如果在第二定时器到达定时门限之前多次接收到所述HELLO信息，根据每次接收到的所述 HELLO信息携带的路由表，选择一条中继节点最少的路径作为通信路径，并按照选择出的路径发送对HELLO信息的确认，该确认中携带选择出的路径对应的路由表。除非另外具体陈述，术语比如处理、计算、运算、确定、显示等等可以指一个或更多个处理或者计算系统、或类似设备的动作和/或过程，所述动作和/或过程将表示为处理系统的寄存器或存储器内的物理(如电子)量的数据操作和转换成为类似地表示为处理系统的存储器、寄存器或者其他此类信息存储、发射或者显示设备内的物理量的其他数据。信息和信号可以使用多种不同的技术和方法中的任何一种来表示。例如，在贯穿上面的描述中提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或者其任意组合来表示。
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应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。用于执行本申请所述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路 (ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑、分立硬件组件或者其任意组合，可以实现或执行结合本文的实施例所描述的各种说明性的逻辑框图、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，或者，该处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可能实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP内核的结合，或者任何其它此种结构。结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、 EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。 因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广
范围相一致。对于软件实现，本申请中描述的技术可用执行本申请所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。而且，本文所述的各个方面或特征可以作为使用标准的程序设计和/或工程技术的方法、装置或制品来实现。本文所使用的术语“制品”是要包括可以从任何计算机可读的设备、载波或介质来访问的计算机程序。例如，计算机可读的介质可以包括但不限于磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带等)、光盘(例如，紧凑光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)等)、智能卡以及闪速存储设备(例如，EPR0M、卡、棒、钥匙驱动器等)。此外，本文描述的各种存储介质表示为用于存储信息的一个或多个设备和/或其它机器可读介质。术语“机器可读介质”包括但不限于能够存储、包含和/或携带指令和/或数据的无线信道和各种其它介质。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语 “包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
权利要求
1.一种基于路车协同的通信方法，其特征在于，设置每个路边单元RSU包括服务范围和CCH范围，其中服务范围包含在CCH范围中、且允许接入服务信道SCH和控制信道CCH， CCH范围中除服务范围外的部分只允许接入CCH、且相邻的两个RSU只在CCH范围中除服务范围外的部分具有重叠区域；该方法还包括OBUl离开当前的RSUl的服务范围；在SCH传输间隔，将与OBUl相邻的其他OBU作为中继节点与邻近的RSU2通信； 在CCH传输间隔，当符合预切换条件、且OBUl处在所述RSUl与所述RSU2的重叠区域时，OBUl向所述RSU2申请切换参数，当符合切换条件时，OBUl调用所述切换参数将CCH切换至所述RSU2 ；OBUl进入所述RSU2的服务范围；在SCH传输间隔，OBUl调用所述切换参数将SCH切换至所述RSU2。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括在CCH传输间隔，OBUl 周期性广播QURY信息并启动第一定时器；如果所述第一定时器到达第一定时门限之前，OBUl没有接收到所述RSUl对QURY信息的确认，判定离开所述RSUl的服务范围；如果所述第一定时器到达第一定时门限之前，OBUl收到所述RSU2对QURY信息的确认， 判定进入所述RSU2的服务范围；如果所述第一定时器到达第二定时门限之前，OBUl收到所述RSUl和所述RSU2对QURY 信息的确认，判定进入所述重叠区域；所述第一定时门限的值小于所述第二定时门限的值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将与OBUl相邻的其他OBU作为中继节点与所述RSU2通信之前，该方法进一步包括在CCH传输间隔，所述OBUl将自己的节点信息记录在路由表中的源地址位置，并广播携带所述路由表及所述RSU2的标识和通信地址的HELLO信息；所述RSU2是位于OBUl行驶方向上的与OBUl相邻的RSU ；当接收到所述HELLO信息的其他OBU位于所述RSU2的服务范围中时，该其他OBU将接收到的所述HELLO信息转发给所述RSU2 ；当接收到所述HELLO信息的其他OBU没有位于所述RSU2的服务范围中时，该其他OBU 先将自己的节点信息记录在所述路由表中的中继节点位置，然后广播接收到的所述HELLO fn息；在CCH传输间隔，OBUl接收所述RSU2根据所述HELLO信息中的路由表发送的对所述 HELLO信息的确认，该确认中携带所述路由表。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当接收到所述HELLO信息的其他OBU没有位于所述RSU2的服务范围中时，该其他OBU进一步先判断对接收到的所述HELLO信息是否已经超过设定的转发次数，如果是，直接丢弃接收到的所述HELLO信息，否则再执行将自己的节点信息记录在所述路由表中的中继节点位置的步骤。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述RSU2在接收到所述HELLO信息后，进一步先启动第二定时器；所述OBUl接收所述RSU2发送的对所述HELLO信息的确认，具体包括如果所述RSU2在第二定时器到达定时门限之前多次接收到所述HELLO信息，所述RSU2 根据每次接收到的所述HELLO信息中的路由表，选择一条中继节点最少的路径，并向OBUl 发送对所述HELLO信息的确认，该确认中携带选择出的路径对应的路由表。
6.如权利要求3或5所述的方法，其特征在于，所述广播携带所述路由表及所述RSU2 的标识和通信地址的HELLO信息后，所述OBUl进一步启动第三定时器，如果在第三定时器到达定时门限之前未收到所述RSU2发送的对所述HELLO信息的确认，所述OBUl重新执行广播携带所述路由表及所述RSU2的标识和通信地址的HELLO信息的操作。
7.如权利要求3或5所述的方法，其特征在于，所述将与OBUl相邻的其他OBU作为中继节点与所述RSU2通信，具体包括所述OBUl解析对所述HELLO信息的确认中的路由表；所述OBUl根据解析出的路由表，与所述RSU2交互数据。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述OBUl每一次向所述RSU2发送数据后， 进一步启动第四定时器，如果在第四定时器到达定时门限之前未收到所述RSU2对该数据的确认，重新执行广播携带所述路由表及所述RSU2的标识和通信地址的HELLO信息的操作。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述符合预切换条件的判定方法为所述 OBUl检测CCH的接收信号强度指示RSSI，如果检测结果小于扫描门限，判定符合预切换条件；所述符合切换条件的判定方法为所述OBUl检测CCH的RSSI，如果检测结果小于切换门限，判定符合切换条件；所述切换门限的值小于所述扫描门限的值。
10.一种车载单元0BU，与路边单元RSU通信；其特征在于，每个所述RSU包括服务范围和控制信道CCH范围，其中服务范围包含在CCH范围中、且允许接入SCH和CCH，CCH范围中除服务范围外的部分只允许接入CCH、且相邻的两个RSU只在CCH范围中除服务范围外的部分具有重叠区域；该OBU包括SCH切换模块，用于在SCH传输间隔，当离开当前的RSUl的服务范围后，将相邻的其他 OBU作为中继节点与邻近的RSU2通信，当进入所述RSU2的服务范围后，调用CCH切换模块申请的切换参数将SCH切换至所述RSU2 ；第一转发模块，用于作为中继节点，转发其他OBU在SCH传输间隔发送的通信内容；CCH切换模块，用于在CCH传输间隔，当符合预切换条件、且处在所述RSUl与所述RSU2 的所述重叠区域时，向所述RSU2申请切换参数，当符合切换条件时，调用所述切换参数将 CCH切换至所述RSU2。
11.如权利要求10所述的0BU，其特征在于，该OBU中进一步包括判定模块和第一定时器；所述判定模块，用于在CCH传输间隔周期性广播QURY信息，并启动所述第一定时器； 如果所述第一定时器到达第一定时门限之前没有接收到所述RSUl对QURY信息的确认，判定离开所述RSUl的服务范围；如果所述第一定时器到达第一定时门限之前接收到了所述RSU2对QURY信息的确认，判定进入所述RSU2的服务范围；如果所述第一定时器到达第二定时门限之前收到所述RSUl和所述RSU2对QURY信息的确认，判定进入所述重叠区域； 所述第一定时门限的值小于所述第二定时门限的值。
12.如权利要求10所述的0BU，其特征在于，所述OBU中进一步包括 存储模块，用于存储所有RSU的标识和通信地址；收发模块，用于在CCH传输间隔，将节点信息记录在路由表中的源地址位置，并广播携带所述路由表及所述RSU2的标识和通信地址的HELLO信息；在CCH传输间隔，接收所述 RSU2根据所述HELLO信息中的路由表发送的对所述HELLO信息的确认，该确认中携带所述 HELLO信息中的路由表；所述RSU2是位于相同行驶方向上的相邻的RSU ；第二转发模块，用于接收其他OBU发送的HELLO信息，当位于一个RSU的服务范围中时，将接收到的HELLO信息转发给该RSU，当没有位于一个RSU的服务范围中时，先将节点信息记录在所述路由表中的中继节点位置，然后广播接收到的所述HELLO信息。
13.如权利要求12所述的0BU，其特征在于，所述第二转发模块进一步用于，当没有位于一个RSU的服务范围中时，先判断对接收到的HELLO信息是否已经超过设定的转发次数， 如果是，直接丢弃该HELLO信息，否则再执行将节点信息记录在所述路由表中的中继节点位置。
14.如权利要求12所述的0BU，其特征在于，该OBU中进一步包括第三定时器；所述收发模块，进一步用于在广播携带所述路由表及所述RSU2的标识和通信地址的HELLO信息后，启动第三定时器，如果在第三定时器到达定时门限之前未收到所述 RSU2发送的对HELLO信息的确认，重新执行广播携带所述路由表及所述RSU2的标识和通信地址的HELLO信息的操作。
15.如权利要求12所述的0BU，其特征在于，所述SCH切换模块包括解析子模块，用于解析所述收发模块接收到的对所述HELLO信息的确认中的路由表； SCH切换执行子模块，用于在SCH传输间隔，当所述RSUl的服务范围后，根据所述解析子模块解析出的路由表，与所述RSU2交互数据，当进入所述RSU2的服务范围后，调用所述切换参数将SCH切换至所述RSU2。
16.如权利要求17所述的0BU，其特征在于，该OBU中进一步包括第四定时器； 所述SCH切换执行子模块，进一步用于在离开所述RSUl的服务范围后，每一次向所述RSU2发送数据后启动所述第四定时器，如果在第四定时器到达定时门限之前未收到所述 RSU2对该数据的确认，触发所述收发模块重新广播携带所述路由表及所述RSU2的标识和通信地址的HELLO信息。
17.如权利要求10所述的0BU，其特征在于，所述CCH切换模块包括CCH预切换执行子模块、CCH切换执行子模块和判定子模块；所述判定子模块，用于检测CCH上的信号接收强度指示RSSI，当检测出的RSSI小于扫描门限时，判定符合预切换条件，当检测出的RSSI小于切换门限时，判定符合切换条件；所述切换门限的值小于所述扫描门限的值；所述CCH预切换执行子模块，用于在所述判定子模块判定符合预切换条件时，通过扫描确定位于所述RSUl与所述RSU2的所述重叠区域，向所述RSU2申请切换参数；所述CCH切换执行子模块，用于在所述判定子模块判定符合切换条件时，调用所述切换参数将CCH切换至所述RSU2。
18.一种路边单元RSU，用于与车载单元OBU通信；其特征在于，该RSU包括功率控制模块，用于控制RSU采用两种功率，在所述两种功率下RSU分别覆盖服务范围和CCH范围，其中服务范围包含在CCH范围中、且允许接入服务信道SCH和控制信道CCH， CCH范围中除服务范围外的部分只允许接入CCH、且相邻的两个RSU只在CCH范围中除服务范围外的部分具有重叠区域；切换参数分配模块，用于在CCH传输间隔，根据位于所述重叠区域的OBU的申请为其分配切换参数。
19.如权利要求18所述的RSU，其特征在于，所述RSU中进一步包括第一确认模块，用于接收OBU发送的QURY信息，并返回对QURY信息的确认。
20.如权利要求19所述的RSU，其特征在于，该RSU中进一步包括第二确认模块和第二定时器；所述第二确认模块，用于在第一次接收到HELLO信息后，启动所述第二定时器；如果在第二定时器到达定时门限之前多次接收到所述HELLO信息，根据每次接收到的所述HELLO 信息携带的路由表，选择一条中继节点最少的路径，并按照选择出的路径发送对HELLO信息的确认，该确认中携带选择出的路径对应的路由表。
全文摘要
本发明公开了基于路车协同的通信方法及设备。基于每个路边单元RSU包括服务范围和控制信道CCH范围的空间模型，采用了对服务信道SCH和CCH分别执行切换的方法。在CCH传输间隔，OBU1可以向邻近的RSU2申请切换参数进行预切换，在符合切换条件时，直接调用已申请的切换参数将CCH切换到邻近的RSU2，缩短了切换时延。在SCH传输间隔，当OBU1离开当前的RSU1的服务范围后，通过车车转发与邻近的RSU2通信，当OBU1进入邻近的RSU2的服务范围后，直接调用已申请的切换参数将SCH切换到邻近的RSU2，这样就在相邻的两个RSU的服务范围不存在重叠区域的情况下，实现了SCH的无缝切换。
文档编号H04W36/18GK102256322SQ20111016548
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者何山, 刘文海, 徐洪刚, 罗志峰, 魏星, 鲍东山 申请人:北京新岸线移动多媒体技术有限公司