用于在蜂窝网络中支持车辆通信的方法、远程通信服务器和基站与流程

本发明涉及用于在蜂窝网络中支持车辆通信的方法和远程通信服务器(telematics server)。此外，本发明涉及用于在蜂窝网络中支持车辆通信的附加的方法和基站。本发明进一步涉及用于在蜂窝网络中支持车辆通信的计算机程序和计算机程序产品。

背景技术：

智能交通系统(ITS)是旨在提供涉及不同模式的运输与交通管理的创新性服务的高级应用。智能交通系统基于无线通信使能道路安全性应用，以便降低车辆事故的风险。这些安全性应用能够被进一步地分为两类：与协同感知(CA)相关联的应用以及与道路危险警告(RHW)相关联的应用。基于ETSI标准(ETSI TS 102,637-2,V1.2.1和ETSI TS 102,637-3,V1.1.1)，存在用于主动道路安全性的两种消息：用于CA应用的协同感知消息(CAM)以及用于RHW应用的事件触发的分散式环境通知消息(DENM)。

CA应用基于邻近车辆之间的状态数据的定期互换。在这种情况中，CAM用于交换存在、位置以及基本状态的信息。通过接收CAM，车辆能够意识到在其周围的其他车辆的存在以及它们的位置、移动、基本属性和基本传感器信息。

在蜂窝网络中支持CA应用的主要挑战是由大量交通参与者通过CAM的频繁传输(通常每100ms一次)造成的拥塞。这在密集区域中，如城市中心和/或在高峰时段期间，尤其严重。

WO2014/117810 A1公开了一种用于在基于蜂窝的通信系统中支持车辆通信的方法。执行了一种分组传输速率调整过程，在其中以下步骤被递归地执行：测量与分组传输特性相关的一个或多个参数；由控制实体基于测量的结果确定最优分组传输速率，其中所述车辆和所述控制实体通过应用所述最优分组传输速率而传输分组。

技术实现要素：

本发明的目标是提供用于在蜂窝网络中支持车辆通信的方法和对应的远程通信服务器，以及用于在蜂窝网络中支持车辆通信的附加的方法和基站，其有助于提高车辆数据消息的供应质量。

这个目标由独立权利要求的特征实现。本发明的有利实施例在从属权利要求中给出。

根据第一方面和第二方面，本发明的特征在于用于在蜂窝网络中支持车辆通信的方法和对应的远程通信服务器。蜂窝网络包括给定数量的基站和多个车辆。车辆的每一个包括移动设备，该移动设备用于将与车辆相关的消息传输到车辆连接到的蜂窝网络的相应基站。分析传入消息是车辆数据消息还是基站控制消息，其中，所述基站控制消息包括由提供相应基站控制消息的基站捕获和/或确定的至少一个给定的网络操作参数。在所述传入信息是特定基站的基站控制消息的情况中，更新和/或储存所述特定基站的至少一个网络操作参数，用于控制选定的车辆数据消息向特定基站的传输。在传入消息是发送车辆的车辆数据消息的情况中，确定参与到车辆通信中的已注册车辆的已提供和/或已储存列表之中的至少一个目的地车辆，并且依赖于所述至少一个目的地车辆连接到的相应接收基站的至少一个操作参数，将所述车辆数据消息传输到所述至少一个目的地车辆。

这样的特别优势是其允许车辆数据消息的非常精确的聚合和/或传输速率适应和/或用于目的地车辆的车辆数据消息的缓冲的控制(特别地通过远程通信服务器)，因为基站被配置为非常精确地测量和/或捕获和/或确定和/或估计至少一个网络操作参数。因为通常多于一个目的地车辆连接到每一个基站，所以需要发送到远程通信服务器的附加的数据流量能够被最小化。车辆发送附加的数据，特别地，对基站的小区容量增加负担是不必要的。与其中仅确定分组的最优传输速率的过程相比，蜂窝网络的效率能够被提高。基站能够提供附加的信息，该信息不能通过车辆和远程通信服务器的端对端测量而准确地获得，诸如每一个小区中的无线电资源利用情况或者在无线电级别(radio level)的最优传送块大小。此外，由蜂窝网络(特别地，由基站)执行的关于蜂窝网络性能的测量和/或确定，可以比可能包含过时的或不可靠的信息的由车辆和远程通信服务器提供的测量更加新近。

有利地，蜂窝通信网络广泛分布并且已经存在良好的安装基础。特别地，相比于例如基于IEEE 802.11p标准的ITS，长期演进(LTE)是在车辆环境中支持通信的合适的接入技术，得益于在吞吐量、等待时间以及特别是服务质量方面的高质量水平。

远程通信服务器可以包括ITS服务器。ITS服务器从车辆和交通基础设施接收车辆数据消息，处理消息，并将其重新分发到车辆和交通基础设施。

车辆数据消息可以包括协同感知消息。

车辆连接到基站意味着车辆包括移动设备，该移动设备被配置为与基站通信并且车辆位于基站的覆盖区域之内。

根据第一方面和第二方面的一种实施例，至少一个网络操作参数代表用于在提供所述至少一个网络操作参数的所述基站的小区中传输车辆数据消息的相应车辆的最优传送块大小和/或估计的下行链路中的无线电延迟和/或拥塞状态和/或提供所述至少一个网络操作参数的所述基站的时间戳。

基于这个信息，远程通信服务器可以为每一个目的地车辆优化递送处理。优选地，基站定期地向远程通信服务器发送基站控制消息。对于在小区中传输车辆数据消息的所有车辆，这些控制消息可以包括其基于用于每一个车辆的无线电接入信道质量的最优传送块大小。此外，基站可以通知远程通信服务器估计的下行链路中的无线电接入延迟(即，从基站中一个分组的接收直到其递送到目的地车辆所流逝的时间)，以及在资源消耗方面所测量的拥塞状态。基站控制消息可以包括时间戳，使用该时间戳远程通信服务器还能够测量从远程通信服务器到基站的IP网络延迟。这个IP网络延迟加上无线电接入延迟产生用于将数据分组从远程通信服务器传输到目的地车辆所需时间的估计(总延迟)。这是非常有利的，因为通常来自属于不同运营商的不同车辆的上行链路延迟和等待时间预算是未知的并且因此分组并不是以同步的方式到达后端服务器。

根据第一方面和第二方面的进一步实施例，依赖于相应基站的已提供和/或已储存的地理消息收发信息确定所述车辆数据消息可能针对其相关的至少一个目的地车辆。这个的特别优势是其允许车辆数据消息的更精确的过滤，用于它们通过蜂窝网络的传输。地理消息收发信息允许至少近似地确定潜在的目的地车辆的地理位置。

根据第一方面和第二方面的进一步实施例，相应基站的理消息收发信息包括连接到所述相应基站的车辆的列表和/或所述相应基站的位置和/或所述相应基站的覆盖区域和/或将要递送到已连接车辆的最优分组大小。这允许减少远程通信服务器的计算负担，因为归因于由同一基站或其邻居所服务的车辆的分组能够容易地实施过滤。因此，能够容易地将相应的车辆数据消息传输到满足特定地理标准的节点的集合。由于减少了地理消息收发信息(诸如连接到每一个基站的车辆的列表、每一个基站的位置以及覆盖区域、潜在感兴趣的车辆的列表之类)，因此使得这个分析是易于管理的。

根据第一方面和第二方面的进一步实施例，由基站通过将相应的地理消息收发信息包括在基站控制消息之中而提供地理消息收发信息。以这种方式，地理消息收发信息能够容易地保持新近。例如，基站控制消息被定期地发送并且相应基站的地理消息收发信息被更新和/或储存。此外，蜂窝网络所知道的重要的位置信息(诸如，划分感兴趣的地理区域的小区位置和小区覆盖区域)和位置更新不需要由已连接的车辆传输。

根据第一方面和第二方面的进一步实施例，在给定的接口提供用于至少一个目的地车辆的车辆数据消息。所述接口包括用于每一个已注册车辆的缓冲器。在相应目的地车辆的缓冲器中缓冲用于所述相应目的地车辆的所述车辆数据消息。这允许车辆数据消息的非常灵活的缓冲和/或聚合，和/或用于目的地车辆的传输速率适应。例如，缓冲器包括先进先出缓冲器。

根据第一方面和第二方面的进一步实施例，通过特定目的地车辆的专用缓冲器中的所述特定目的地车辆的几个车辆数据消息的级联形成用于所述特定目的地车辆的聚合的车辆数据消息。这提高了蜂窝网络的效率，因为由于聚合，需要传输更少的协议开销。不同的车辆数据消息的聚合允许传送块的更有效使用。例如，与其中仅确定了分组的最优传输速率的过程相比，蜂窝网络的效率能够被提高。聚合能够用于根据多个参数(诸如，在无线电级别的最优传送块大小或等待时间要求之类)优化最终分组大小。

根据第一方面和第二方面的进一步实施例，单个车辆数据消息或聚合的车辆数据消息向目的地车辆的发送依赖于给定的定时约束。相比与其中定期地执行聚合的情况，这提高了蜂窝网络的效率。这可以被转化为在保持ITS应用的服务质量(QoS)要求的同时，车辆数据消息的传输所需要的网络资源的数量的减少。基站的合作允许从无线电角度准确知道目的地车辆的特定情况，使过滤和聚合处理是动态和用户特定的。特别地，无线电接入信道质量能够调节所述聚合。

根据第一方面和第二方面的进一步实施例，给定的定时约束代表给定的最后期限，在所述给定的最后期限之前所述车辆数据消息必须达到所述目的地车辆和/或由接收基站所报告的所述目的地车辆的最优分组数据大小。基于这个信息，远程通信服务器能够为每一个目的地车辆优化递送处理。

根据第一方面和第二方面的进一步实施例，确定用于与相应目的地车辆相关的相应车辆数据消息的相关性指示器，并且用于所述相应目的地车辆的所述车辆数据消息的传输和/或缓冲依赖于所述相关性指示器。以这种方式，例如在无线电接入网中拥塞的情况下，远程通信服务器可以对每一个车辆执行最相关车辆数据信息的精细选择，以便限制传输的信息的量并且减少网络负载。例如，与其中仅确定了分组的最优传输速率的过程相比，由于依赖于分组的相关性而丢弃分组的可能性，蜂窝网络的效率能够被提高。

根据第一方面和第二方面的进一步实施例，相关性指示器代表发送车辆与相应目的地车辆之间的距离。这允许容易地确定相关性指示器。

根据第三方面和第四方面，本发明的特征在于用于在蜂窝网络中支持车辆通信的方法和对应的基站。蜂窝网络包括多个车辆。车辆的每一个包括移动设备，该移动设备用于经由车辆连接到的基站将与车辆相关的消息传输到给定的远程通信服务器。检查接收的消息是否是给定的车辆数据消息。在传入消息是车辆数据消息的情况中，确定发送车辆数据消息的相应车辆的给定的源标识符，并且确定发送数据消息的发送车辆在其中注册的远程通信服务器的给定的目标标识符。此外，捕获和/或确定至少一个网络操作参数，并且以给定时间间隔向远程通信服务器发送基站控制消息，其中基站控制消息包括至少一个网络操作参数。

基站的合作允许从无线电角度准确知道目的地车辆的特定情况，使车辆数据消息的过滤和聚合处理是动态和用户特定的。

源标识符和目标标识符可以是因特网协议(IP)地址。优选地，远程通信服务将在具有服务质量的所需特性的特定无线电接入载体内传递，使得基站能够识别车辆数据消息的源IP地址和目的地IP地址，并且因此，知道用于每一个车辆的有效标识符和服务的远程通信服务器。利用这个信息，基站可以通知远程通信服务器与网络操作参数相关的数据和/或地理消息收发信息。

至少一个网络操作参数可以代表用于在基站的小区中传输车辆数据消息的相应车辆的最优传送块大小和/或估计的下行链路中的无线电延迟和/或拥塞状态和/或基站的时间戳。

根据第三方面和第四方面的实施例，基站确定基站的地理消息收发信息，并将地理消息收发信息包括到基站控制消息中。地理消息收发信息可以包括连接到基站的车辆的列表和/或基站的位置和/或基站的覆盖区域和/或将要递送到已连接的车辆的最优分组大小。

第一方面和第二方面的有利实施例也对于第三方面和第四方面有效。

根据另一个方面，本发明的特征在于计算机程序，其中计算机程序被设计为通过其在数据处理设备上的执行而执行根据第一方面或第三方面或根据方法的有利实施例的用于在蜂窝网络中支持车辆通信的方法。

根据另一个方面，本发明的特征在于计算机程序产品，该计算机程序产品包括可执行程序代码，其中程序代码通过其在数据处理设备上的执行而执行根据第一方面或第三方面或根据方法的有利实施例的用于在蜂窝网络中支持车辆通信的方法。

具体地，计算机程序产品包括由数据处理设备可读取并且程序代码储存于其上的装置。

附图说明

在下面结合附加的示意图描述本发明的示例性实施例。

附图如下

图1是描绘蜂窝网络中车辆通信的应用场景的示意框图；

图2是第一程序的流程图；以及

图3是第二程序的流程图。

具体实施方式

图1示出了描绘蜂窝网络15中车辆通信的应用场景的示意性框图。

图1示出了通信系统10，其包括远程通信服务器30(特别是ITS(智能交通系统)服务器)和蜂窝网络15。

蜂窝网络15与本文的实施例相关并且可以对应于，但不限制于，LTE(长期演进)类型的移动蜂窝通信网络。事实上，在任何其他移动蜂窝通信网络(例如UMTS网络)中应用本发明都是可能的。

蜂窝网络15包括给定数量的基站20和多个车辆40，每一个车辆包括移动设备，用于将消息传输到移动设备连接到的相应基站20。

此外，蜂窝网络15包括核心网50。基站20与核心网50耦合。例如，核心网50包括移动性管理实体(MME)54、服务网关(SGW)56和PDN网关(P-GW)58。为了数据传输，基站20与服务网关56耦合。

在图1中示出了虚线，其代表信令路径。

相应的基站20被配置为提供基站控制消息并将基站控制消息发送到远程通信服务器30，例如经由服务网关56和PDN网关58。

为了在蜂窝网络15中支持车辆通信，基站20被配置为检查接收的消息是否是来自已连接的车辆40的给定车辆数据消息。在传入消息是车辆数据消息的情况中，基站20确定发送车辆数据消息的相应发送车辆60的给定源标识符以及发送数据消息的发送车辆60在其中注册的远程通信服务器30的给定目标标识符。基站20被进一步配置为捕获和/或确定至少一个网络操作参数，并以给定的时间间隔将基站控制消息发送到远程通信服务器30，其中基站控制消息包括至少一个网络操作参数。

优选地，基站20定期地将基站控制消息发送到远程通信服务器30。

可选地，基站20被配置为确定基站20的给定的地理消息收发信息并将地理消息收发信息发送到远程通信服务器30，特别地，通过将地理消息收发信息包括在基站控制消息中。

地理消息收发信息可以包括连接到基站20的车辆40的列表和/或基站20的位置和/或基站20的覆盖区域和/或将要递送到已连接车辆40的最优分组大小。

例如，远程通信服务器30位于互联网上，这意味着可经由互联网连接而到达远程通信服务器30。替代地，远程通信服务器30可以位于核心网50中或者在接入网中。

特定车辆向远程通信服务器30的分配例如可以依赖于特定车辆的当前地理位置。例如，远程通信服务器30包括参与到车辆通信中的已注册车辆40的列表。例如，远程通信服务器30被配置为处理大城市中车辆40的车辆数据消息。车辆40将订阅相同远程通信服务器30中的服务，该远程通信服务器30会将相关并且已过滤的信息分发到参与到车辆通信中的每一个车辆40.

例如，远程通信服务器30被配置为依赖于所涉及的车辆40的地理定位来过滤车辆数据消息。

优选地，远程通信服务器30被配置为使用GeoMessaging功能。

根据ETSI规范(ETSI TR 102 962,V1.1.1)，GeoMessaging功能允许CAM仅被分发到在给定的地理区域内的目的地车辆70。根据可能的实现方式，感兴趣的地理区域由多个更小的区域覆盖。当车辆40跨越到新区域并且服务器通知它们新地理区域的坐标时，进入新区域的车辆40注册它们自己。以这种方式，远程通信服务器30在任何时刻均知道哪些车辆40在每一个区域中以及它们的IP地址。区域大小可以因应用而异，因此影响信令开销的总量。通过遵循这个过程，当通过单播链路在下行链路中发送CAM时，远程通信服务器30能够区分区域。

远程通信服务器30包括例如公共IP地址，并且远程通信服务器30对于所有移动网络运营商均是可到达的。为了减少等待时间(latency)，每一个远程通信服务器30可以是区域性的，具有到移动网络的网关的路由跳数的有限集合。

远程通信服务器30从不同基站20接收车辆数据消息和基站控制消息。

远程通信服务器30被配置为分析传入消息是车辆数据消息还是基站控制消息。

基于这个信息，远程通信服务器30被配置成为每一个目的地车辆70优化递送处理。

可选地，远程通信服务器30包含用于将车辆数据消息传输到相应目的地车辆70的给定的接口。例如，接口包括用于每一个已注册车辆40的缓冲器。在相应目的地车辆70的缓冲器中缓冲用于相应目的地车辆70的车辆数据消息。

图2示出了用于在蜂窝网络15中支持车辆通信的第一程序的流程图。第一程序能够例如在远程通信服务器30中执行。

第一程序在步骤S1中开始，变量能够在该步骤中被初始化。

在步骤S3中，分析传入消息是车辆数据消息还是基站控制消息。

在传入消息是特定基站的基站控制消息的情况中，在步骤S5中更新和/或储存特定基站的至少一个网络操作参数。至少一个网络操作参数用于控制选定的车辆数据消息向特定基站的传输。

在传入消息是发送车辆60的车辆数据消息的情况中，可选地，在步骤S7中更新发送车辆60的位置和/或速度和/或方向和/或其相关联的基站20。

在传入消息是车辆数据消息的情况中，在步骤S9中(结合循环S13)确定参与到车辆通信中的已注册车辆40的已提供的和/或已储存的列表之中的至少一个目的地车辆70，并且在步骤S11中依赖于至少一个目的地车辆70连接到的相应接收基站80的至少一个操作参数，将车辆数据消息传输到至少一个目的地车辆70。

例如，依赖于相应基站20的已提供和/或已储存的地理消息收发信息，确定车辆数据消息可能针对其相关的至少一个目的地车辆70。

相应基站20的地理消息收发信息包括连接到相应基站20的车辆40的列表和/或相应基站20的位置和/或相应基站20的覆盖区域和/或将要递送到已连接车辆40的最优分组大小。

优选地，车辆数据消息在它们被发送到相应的目的地基站20之前被缓冲。

例如，通过专用缓冲器中的相应目的地车辆70的几个车辆数据消息的级联而形成用于每一个目的地车辆70的聚合的车辆数据消息。

可选地，在步骤10中可以确定用于与相应目的地车辆70相关的相应车辆数据消息的相关性指示器。车辆数据消息的相关性例如依赖于两个车辆60、70之间的距离。相关性指示器例如代表发送车辆60与相应目的地车辆70之间的距离：它们越接近，车辆数据消息越相关。在步骤11中，连同相关性指示器一起储存车辆数据消息。

图3示出了第二程序的流程图。第二程序能够用作第一程序的子程序，示例性地实现第一程序的步骤S11的传输过程。

第二程序以步骤S11_1开始，变量能够在该步骤中被初始化。

在步骤S11_3中(结合循环S11_11)分析车辆数据消息是否需要被传输到特定车辆。可选地，相关性指示器能够被用于分析车辆数据消息是否需要被传输到特定车辆。

如果车辆数据消息针对相应的目的地车辆70相关并应该被发送，那么在步骤S11_7中关于相应接收基站80的拥塞状态而选择最紧急的车辆数据消息。

因此，单个车辆数据消息或聚合的车辆数据消息向目的地车辆70的发送可以依赖于给定的定时约束。该给定的定时约束可代表给定的最后期限，在该给定的最后期限之前车辆数据消息必须达到目的地车辆70和/或由接收基站80所报告的目的地车辆70的最优分组数据大小。

附加地或替代地，依赖于相关性指示器，选择用于相应目的地车辆70的车辆数据消息的传输和/或缓冲。

在这个上下文中，在传输车辆数据消息后，在步骤S11_9中重置目的地车辆70的缓冲器。

优选地，为在远程通信服务器30中注册的每一个车辆40定期执行这个过程。这负责决定由缓冲器中几个车辆数据消息的级联形成的聚合的车辆数据消息是否必须被递送到目的地车辆70或者传输是否能够被延迟到下一个决定步骤。为了做出这个决定，远程通信服务器30可以将分组缓冲器中最旧的车辆数据消息的时间戳和分组到达目的地所需要的总延迟考虑在内。也可以将由基站20所报告的目的地车辆70的最优分组数据单元大小考虑在内。如果达到了最优大小，或者延迟预算分析指示为了信息不变得过时，该信息已经必须被递送，那么级联储存在缓冲器中的相关车辆数据消息并在下行链路中传输得到的消息。

在无线电接入网中拥塞的情况中，远程通信服务器30可以对每一个目的地车辆70进行最相关车辆数据信息的精细选择，以便限制传输的信息量和减少网络负载。

附图标记

10 通信系统

15 蜂窝网络

20 基站

30 远程通信服务器

40 车辆

50 核心网

54 移动性管理实体

56 服务网关

58 PDN网关

60 发送车辆

70 目的地车辆

80 接收基站

S1，… 处理步骤

S15