一种车载通信方法和通信节点与流程

本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种车载通信通信方法和通信节点。

背景技术：

802.11是IEEE制定的一个无线局域网标准，它主要用于用户与用户终端的无线接入，目前已广泛应用于工业和日常生活中。为了满足更多的应用需求和进一步扩大其应用场景，802.11系列标准是在不断地壮大，其标准化工作也在不断地进行。总的来说，802.11的媒体接入控制(Medium Access Control，简称MAC)机制主要存在以下特点：

载波侦听多点接入/冲突避免(简称CSMA/CA)机制的原理如图1所示。在发送数据前，欲发送数据节点必须先检测信道空闲。当源节点发送第一个MAC帧时，若检测到信道空闲，则在等待分布协调功能帧间间隔(Distributed Coordination Function Interframe Space，简称DIFS)开始发送。假如其它节点没有高优先级的帧要传输，则源节点在发送了自己的数据帧后，若目的节点正确收到了所述数据帧，目的节点经过最短帧间间隔(Short Interframe Space，简称SIFS)后，就向源节点发送确认帧(ACK)，SIFS时长小于DIFS时长。若源节点没有在规定的时间内收到此确认，就必须重传此数据帧。

其它节点检测到正在信道中传送的MAC帧首部的持续时长(Duration)字段时，就调整自己的网络分配向量(NAV)。NAV指出了必须经过多少时间才能完成这次数据帧的传输。当信道从忙状态转为空闲时，其它节点若要发送数据时，不仅要等待一个DIFS间隔，而且还要进入争用窗口，并计算随机退避时间以便重新试图接入到信道。

为了解决隐藏节点的问题，IEEE802.11协议规定了RTS-CTS机制，其帧时序如图2所示。在RTS-CTS机制中，源节点在发送数据前先发送一个RTS；目的节点在收到RTS后，再回复一个CTS，告诉源节点可以送出数据并且告诉其他节点在这段时间内不能传送数据，以避免发生碰撞。因此，RTS-CTS除了可以解决隐藏节点问题外，它还可以一定程度上避免碰撞问题。

针对汽车的高速移动环境以及现有标准的不足，IEEE专门制定了一个用于车载无线通信的标准，即802.11p。802.11p是在802.11a基础上改变而来，所以它本质是802.11的扩充和延伸。本申请人通过仔细分析和深入研究后，发现802.11p存在如下问题：

(1)延迟问题

从IEEE802.11p标准可知，它可以为高速移动的汽车提供3～27Mb/s的速率，由于考虑到信道的衰落，所以实际传输数据时我们会根据车载单元(On Board Unit，简称OBU)离路边单元(Road Side Unit，简称RSU)距离的远近来选择不同的传输速率。当OBU离RSU较近时，我们选择较大的传输速率；否则，我们选择较小的传输速率。

如图3中，由于汽车A、B、C、D均距离RSU较近，所以它们均采用最大的传输速率直接跟RSU进行通信即可，而汽车E、F、G、H均距离RSU较远，为了提高抗通信可靠性，所以它们只能采用较小的传输速率跟RSU进行通信。

但是，对于时间敏感的业务，如汽车安全信息，如果采用较小的传输速率，当接收节点接收到发送节点传送过来的安全信息时可能已经没有用了。

(2)吞吐量问题

在一定的时间内，系统能达到的吞吐量跟采用的传输速率有关。如汽车F在远离RSU的过程中，由于其离RSU的距离越来越远，为了提高信号的抗干扰性能，在实际传输时，一般采用较低的传输速率向RSU传输数据。这种方式在传输大量的数据时，无法很好地满足用户需求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种车载通信方法和通信节点，能够在确保通信可靠性的基础上，保证较大的传输速率，从而可以有效地减小延迟时间和提高系统的吞吐量。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种车载通信方法，包括：

源节点根据传输距离将其覆盖范围划分为直接通信区域和中继通信区域，所述直接通信区域对应的最大传输距离小于所述中继通信区域对应的最小传输距离；

源节点检测到目的节点位于其直接通信区域时，使用两者间的直接通信路径传输数据；

源节点检测到目的节点位于其中继通信区域时，使用两者间的直接通信路径和中继通信路径中具有最短传输时间者传输数据。

为了解决上述技术问题，本发明还提出一种通信节点，当作为源节点时，包括：

第一配置模块，用于根据传输距离将其覆盖范围划分为直接通信区域和中继通信区域，所述直接通信区域对应的最大传输距离小于所述中继通信区域对应的最小传输距离；

检测模块，用于检测与目的节点之间的距离；

处理模块，与所述第一配置模块和所述检测模块均相连，当目的节点位于源节点的直接通信区域时，使用两者间的直接通信路径传输数据；当目的节点位于源节点的中继通信区域时，使用两者间的直接通信路径和中继通信路径中具有最短传输时间者传输数据。

为了解决上述技术问题，本发明还提出一种通信节点，当作为中继节点时，包括：

第一接收模块，用于从源节点接收请求发送帧RTS，解析出目的节点的地址；

第一发送模块，与所述第一接收模块相连，用于根据目的节点的地址，向目的节点发送中继请求发送帧RRTS；

第二接收模块，用于从目的节点接收清除发送帧CTS，解析出源节点的地址；

第二发送模块，与所述第二接收模块相连，用于根据源节点的地址，向源节点发送中继清除发送帧RCTS。

为了解决上述技术问题，本发明还提出一种通信节点，当作为目的节点时，包括：

第一接收模块，用于从源节点接收请求发送帧RTS，解析出源节点的地址；

第一发送模块，与所述第一接收模块相连，用于根据源节点的地址向源节点返回第一清除发送帧CTS；

第二接收模块，用于从中继节点接收中继请求发送帧RRTS，解析出中继节点的地址；

第二发送模块，与所述第二接收模块相连，用于根据中继节点的地址向中继节点发送第二清除发送帧CTS。

本发明提供的车载通信方法和通信节点，能够在确保通信可靠性的基础上，保证较大的传输速率，从而可以有效地减小延迟时间和提高系统的吞吐量。

说明书附图

图1是载波侦听多点接入/冲突避免机制的原理图；

图2是IEEE802.11协议中RTS-CTS机制示意图；

图3是车载通信系统组成结构示意图；

图4是本发明实施例车载通信方法流程图；

图5是本发明实施例车载通信系统的空分方法示意图；

图6是本发明实施例车载通信系统的四次握手方法流程图；

图7是本发明实施例车载通信系统的四次握手过程示意图；

图8是本发明实施例中继包结构示意图；

图9是本发明实施例中继列表结构示意图；

图10是本发明实施例计算各中继通信路径的传输时间的方法流程图；

图11是本发明实施例计算直接通信路径的传输时间的方法流程图；

图12是本发明实施例RTS-RRTS-CTS-RCTS中继协作机制的各帧传输时间关系示意图；

图13是本发明实施例RTS-RRTS-CTS-RCTS中继协作机制中交互信令的帧格式示意图；

图14是本发明实施例目的节点位于源节点的中继通信区域时的处理流程示意图；

图15是本发明实施例目的节点位于源节点的中继通信区域时各节点位置关系示意图；

图16是本发明实施例RTS-RRTS-CTS-RCTS中继协作机制中的4次握手过程流程图；

图17是本发明实施例RTS-RRTS-CTS-RCTS中继协作机制中的4次握手过程示意图；

图18是本发明实施例目的节点位于源节点的直接通信区域时各节点位置关系示意图；

图19是本发明实施例目的节点位于源节点的最大通信区域之外时各节点位置关系示意图；

图20是本发明实施例目的节点移动至源节点的最大通信区域之外时使用的通信路径示意图；

图21是本发明实施例通信路径之外的节点设置NAV的方法示意图；

图22是本发明实施例一种通信节点装置方框图；

图23是本发明实施例另一种通信节点装置方框图；

图24是本发明实施例又一种通信节点装置方框图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

申请人经过深入的研究和反复试验后，发现通过适宜的中继转发路径可采用较大的传输速率将源节点的数据传输到目的节点。如汽车F直接跟RSU进行通信的传输速率为3Mbit/s，而汽车F跟汽车A的传输速率以及汽车A跟RSU的传输速率分别为18Mbit/s和6Mbit/s，则汽车F经过A转发的路径要比它直接跟RSU进行通信的路径要快的多，因为经过A转发路径的传输等效速率为^18*6/(18+6)Mbit/s＝4.5Mbit/s＞3Mbit/s。因此，如借助离RSU较近的汽车A进行中继转发，就有可能达到比汽车F直接与RSU通信更大的吞吐量。对于要传输大量的数据时，这一优势更加明显。

基于此，本发明实施例提供了一种车载通信方法，能够动态选择传输路径，提高传输效率，具体如图4所示，包括步骤：

步骤S401：源节点根据传输距离将其覆盖范围划分为直接通信区域(DC)和中继通信区域(RC)；

其中，如图5所示，所述直接通信区域对应的最大传输距离小于所述中继通信区域对应的最小传输距离。

在具体实现时，可以是，源节点以自身位置为圆心，半径小于或者等于预设的直接通信半径Rth的圆的覆盖范围为直接通信区域；所述源节点以自身位置为圆心，内半径大于Rth，外半径小于或者等于最大允许的通信半径Rmax的同心圆的覆盖范围为中继通信区域。或者，所述源节点以自身位置为圆心，半径小于Rth的圆的覆盖范围为直接通信区域；所述源节点以自身位置为圆心，内半径大于或者等于Rth，外半径小于或者等于最大允许的通信半径Rmax的同心圆的覆盖范围为中继通信区域。

步骤S402：源节点检测目的节点的位置，如果位于直接通信区域，则执行步骤S403；如果位于中继通信区域，则执行步骤S404；

源节点实时检测或者周期性检测目的节点的位置，及时调整传输路径，从而保证数据能够以较大的传输速率传输，有效降低通信延迟和提高系统容量；

步骤S403：源节点使用两者间的直接通信路径传输数据，结束；

可以采用IEEE802.11中的RTS-CTS机制建立直接通信路径，完成数据传输；

步骤S404：源节点使用两者间的直接通信路径和中继通信路径中具有最短传输时间者传输数据，结束。

在执行步骤S404时，即，当目的节点位于源节点的RC区域时，由于此时需考虑中继通信方式，不能采用RTS-CTS机制，因此，本发明在此提供一种新的机制，即RTS-RRTS-CTS-RCTS中继协作机制。RTS-RRTS-CTS-RCTS中继协作机制包括四次握手和数据传输二个阶段。四次握手阶段是为了让源节点、中继节点和目的节点彼此进行信令交互，探测传输路径，建立源节点与目的节点之间的中继通信路径和直接通信路径，具体如图6所示，包括步骤：

步骤S601：源节点向目的节点和一个或者多个中继节点发送请求发送帧(RTS)；

步骤S602：目的节点接收到RTS后，向源节点返回第一清除发送帧(CTS)；

步骤S603：中继节点接收到所述RTS后，向目的节点发送中继请求发送帧(RRTS)；

步骤S604：目的节点接收到RRTS后，向对应的中继节点返回第二清除发送帧(CTS)；

步骤S605：中继节点接收到对应的第二CTS后，向源节点返回中继清除发送帧(RCTS)；

步骤S606：源节点接收到第一CTS后，判定两者间的直接通信路径建立；

步骤S607：源节点接收到RCTS后，判定经返回所述RCTS帧的中继节点与目的节点通信的中继通信路径建立。

为了更形象地说明源节点、中继节点与目的节点之间的信令交互过程，请参见图7。

较佳地，各节点可以采用如下方式维护其覆盖范围内的中继节点列表：各节点周期性广播包含本节点的MAC地址和节点类型的中继包(参见图8)，所述节点类型包括车载单元(RSU)和路边单元(OBU)；接收其他节点广播的中继包，据以更新本地的中继列表。构建的所述中继列表如图9所示，包括其覆盖范围内所有节点的Relay_MAC地址和节点类型Typei。当作为源节点时，从本地的中继列表中选择中继节点。

较佳地，在执行步骤S601时，源节点可以采用广播方式发送RTS，所述RTS中携带源节点的地址、目的节点的地址，以及中继节点的地址集合，所述中继节点的地址集合中包含全部中继节点的地址。从而一次下发即可探测所有的通信节点，提高所述四次握手过程的效率。

源节点在采用广播方式发送RTS时，所述源节点在RTS中携带中继节点的地址集合可以采用如下两种方式实现：

1、源节点在广播RTS时，可将整个中继列表承载于RTS中，接收到所述RTS的节点判断其自身地址是否与所述RTS中承载的目的节点地址相符，以及是否属于所述中继列表，如果与目的节点的地址相符，则该节点为目的节点；如果与目的节点的地址不相符，且属于所述中继列表，则该节点为中继节点。

2、源节点在广播RTS时，也可将整个中继列表中除目的节点之外的其他节点都承载于RTS中，接收到所述RTS的节点通过判断其自身地址是否属于RTS中承载所述中继列表中，从而确定其是否为中继节点；通过判断其自身地址是否与目的节点地址相符，以确定其是否为目的节点。

源节点在采用广播方式发送RTS时，中继节点和目的节点之外的其他节点接收到所述RTS时，不进行处理。

所述4次握手过程中，第一CTS、RRTS、第二CTS和RCTS可以采用单播方式发送，即：目的节点接收到RTS后，采用单播方式向源节点返回第一CTS；中继节点接收到RTS后，采用单播方式向目的节点发送RRTS，目的节点接收到RRTS后采用单播方式向对应的中继节点返回第二CTS，中继节点接收到对应的第二CTS后，采用单播方式向源节点返回RCTS，从而提高信道利用率。

所述4次握手过程中，第一CTS、RRTS、第二CTS和RCTS也可以采用广播方式发送。目的节点采用广播方式发送第一CTS时，源节点之外的其他节点接收到所述第一CTS后不进行处理；中继节点采用广播方式发送RRTS时，源节点和目的节点之外的节点接收到所述RRTS后，不进行处理；目的节点采用广播方式发送第二CTS时，对应的中继节点之外的其他节点接收到第二CTS后不进行处理；中继节点采用广播方式发送RCTS时，源节点之外的节点接收到所述RCTS后，不进行处理。

较佳地，在执行步骤S603时，所述中继节点在接收RTS后，还判断目的节点是否在其覆盖范围之内，如果在，才发送RRTS。中继节点可以通过查找其维护的中继列表，以确认目的节点是否在其覆盖范围之内。

较佳地，在执行步骤S604时，目的节点在接收RRTS后，还判断对应的中继节点是否在其覆盖范围之内，如果在，才发送第二CTS。目的节点可以通过查找其维护的中继列表，以确认对应的中继节点是否在其覆盖范围之内。

较佳地，在执行步骤S605时，中继节点在接收第二CTS后，还判断源节点是否在其覆盖范围之内，如果在，才发送RCTS。中继节点可以通过查找其维护的中继列表，以确认源节点是否在其覆盖范围之内。

在探测出所有可用的中继通信路径后，可通过发送测试数据测量出各中继通信路径的传输时间。

较佳地，本发明实施例还提供了一种测量各中继路径的传输时间的方法，在探测可用的中继通信路径的过程中，完成对中继通信路径传输时间的计算，参见图10，包括步骤：

步骤S1001：中继节点从源节点接收RTS时，测算接收RTS的接收功率；

步骤S1002：目的节点从中继节点接收RRTS时，测算接收RRTS的接收功率；

步骤S1003：源节点获取同一中继通信路径上中继节点对RTS的接收功率，以及目的节点对RRTS的接收功率，并与预设的传输速度与功率阈值的对应关系匹配，得到所述中继通信路径上源节点与中继节点之间的传输速度，以及中继节点与目的节点之间的传输速度；

步骤S1004：源节点根据待发送的数据量、源节点与中继节点之间的传输速度、中继节点与目的节点之间的传输速度计算得到所述中继通信路径的传输时间。

在选择传输时间最短的中继通信路径时，由于待传输的数据量是相同的，由于各中继通信路径的传输速度不同，导致传输时间不同，因此，还可以通过选择传输速度最快的中继通信路径，从而选择出传输时间最短的中继通信路径。

同理，测量直接通信路径的传输时间的方法同上，如图11所示，包括步骤：

步骤S1101：目的节点从源节点接收RTS时，测算接收RTS的接收功率；

步骤S1102：源节点获取目的节点对RTS的接收功率，与预设的传输速度与功率阈值的对应关系匹配，得到直接通信路径上源节点与目的节点之间的传输速度；

步骤S1103：源节点根据待发送的数据量，以及源节点与目的节点之间的传输速度计算得到两者间的直接通信路径的传输时间。

为了计算各传输路径的时间，本发明实施例配置传输速度与功率阈值的对应关系，Vsr表示源节点到中继节点的传输速率，Vrd表示中继节点到目的节点的传输速率，Vsd表示源节点到目的节点的传输速率。通过将中继节点接收到源节点发送过来的RTS的接收功率与所述对应关系匹配来确定Vsr，通过将目的节点接收到中继节点发送过来的RRTS的接收功率与所述对应关系匹配来确定Vrd，通过将目的节点接收到源节点发送过来的RTS的接收功率与所述对应关系匹配来确定Vsd。

此处举例说明所述对应关系，并不用以限定本发明，本领域技术人员可根据需要设置相应的对应关系，其均在本发明保护范围之内。

分别为4.5Mbits/s、6Mbits/s、9Mbits/s、12Mbits/s、18Mbits/s、24Mbits/s、27Mbits/s定义了对应的接收功率阈值Re4.5、Re6、Re9、Re12、Re18、Re24、Re27。当ReRTS或ReRRTS≤Re4.5时，传输速率V＝3Mbit/s；当Re4.5＜ReRTS或ReRRTS≤Re6时，传输速率V＝4.5Mbit/s；当Re6＜ReRTS或ReRRTS≤Re9时，传输速率V＝6Mbit/s；当Re9＜ReRTS或ReRRTS≤Re12时，传输速率V＝9Mbit/s；当Re12＜ReRTS或ReRRTS≤Re18时，传输速率V＝12Mbit/s；当Re18＜ReRTS或ReRRTS≤Re24时，传输速率V＝18Mbit/s；当Re24＜ReRTS或ReRRTS≤Re27时，传输速率V＝24Mbit/s；当ReRTS或ReRRTS＞Re27时，传输速率V＝27Mbit/s。

所述对应关系写成公式则如下所示：

为了保证实时性和可靠性，较佳地，选择中继转发路径中的中继节点数为1。设源节点要传送的数据总量大小为L，则第i条中继路径传输时间为其中表示源节点到中继节点的传输速率，表示中继节点到目的节点的传输速率；则直接通信路径传输时间为通过比较直接通信路径的传输时间tsd和各中继通信路径的传输时间从而选择出传输时间最短的通信路径。若出现两条或两条以上的通信路径的传输时间相等，可随机选择一条通信路径。

较佳地，本发明实施例可在中继通信路径建立的过程中，即4次握手过程中，由中继节点将测算出的RTS的接收功率承载于交互信令中发送至源节点，以及由目的节点将测算出的RRTS的接收功率和RTS的接收功率承载于交互信令中发送至源节点。具体可以是：

源节点获取目的节点对RTS的接收功率：目的节点测算出RTS的接收功率后，将其承载于第一CTS中发送至源节点。所述发送可以是广播方式，也可以是单播方式。

源节点获取中继节点对RTS的接收功率：中继节点如果采用广播方式发送RRTS，则中继节点测算出RTS的接收功率后，将其承载于RRTS中广播发送；源节点通过接收并解析RRTS，获取到中继节点对RTS的接收功率。中继节点如果采用单播方式发送RRTS，中继节点测算出RTS的接收功率后，在向源节点单播返回RCTS时，将测算出的RTS的接收功率承载于RCTS中发送至源节点。

源节点获取目的节点对RRTS的接收功率：目的节点测算出RRTS的接收功率后，将其承载于第二CTS中；中继节点通过接收并解析第二CTS，获取到目的节点对RRTS的接收功率，并将其承载RCTS中；源节点通过接收并解析RCTS，获取到目的节点对RRTS的接收功率。

考虑到道路上的网络拓扑是快速变化的特点，较佳地，并不对全部的通信路径进行传输时间比较，只对预设的第一时间间隔Tre内建立的通信路径进行比较。可设置Tre的取值，以确保在Tre内至少返回一条通信路径。

为了更形象地说明本发明实施例四次握手过程，请参见图12，该图示出了RTS-RRTS-CTS-RCTS中继协作机制的各帧传输时间关系。其中：源节点在发送数据之前要先检测信道是否空闲。如果信道信忙，则可按照IEEE802.11的CSMA/CA退避算法推迟发送。否则的话，则等待DIFS间隔后就发出RTS；中继节点等待SIFS间隔后，再发出RRTS帧；目的节点在收到中继节点发过来的RRTS帧后，等待SIFS间隔再发出CTS帧；中继节点收到后，等待SIFS间隔再向源节点发出RCTS帧；源节点收到RCTS后就开始发送数据。这个数据经过中继节点进行转发，进而到达目的节点。

结合上述方案，本发明实施例在此提供一种车载通信方法的具体实现方案。

首先，对RTS-RRTS-CTS-RCTS中继协作机制中的交互信令的帧格式进行定义，参见图13：

RTS帧：包括帧控制(Frame Control)字段、持续时长(Duration)字段、源节点地址(RA)字段、目的节点地址(TA)字段、中继节点地址(Relay_Address)字段和CRC校验信息字段；

RRTS帧：包括帧控制字段、持续时长字段、源节点地址字段、目的节点地址字段、中继节点地址字段、RTS的第一接收功率ReRTS字段和CRC校验信息字段；

CTS帧：包括帧控制字段、持续时长字段、源节点地址字段、目的节点地址字段、中继节点地址字段、RTS的第二接收功率ReRTS′字段、RRTS的接收功率ReRRTS字段和CRC校验信息字段；

RCTS帧：包括帧控制字段、持续时长字段、源节点地址字段、目的节点地址字段、中继节点地址字段、RRTS的接收功率ReRRTS字段和CRC校验信息字段；

ACK帧：包括帧控制字段、持续时长字段、RA字段、TA字段和CRC校验信息字段；

RACK帧：包括帧控制字段、持续时长字段、RA字段、TA字段和CRC校验信息字段。

其中，上述各帧中包含的所述帧控制用于指示帧的类型。

上述CTS帧格式是个通用的帧格式：

定义目的节点接收到源节点发送来的RTS后，封装的第一CTS：中继节点地址字段不填充任何中继节点的地址，可以为空或者用预设值填充，或者在另一实施例中也可填充RTS中的中继节点的地址集合；将目的节点对源节点发送来的RTS的接收功率填充至ReRTS′字段；ReRRTS字段为空，或者用预设值填充。

定义目的节点接收到到中继节点发送来的RRTS后，封装的的第二CTS：将发送所述RRTS的中继节点自身的地址，即RRTS中携带的中继节点地址填充至中继节点地址字段；将目的节点对中继节点发送来的RRTS的接收功率填充至ReRRTS字段，ReRTS′字段为空，或者用预设值填充。

下面将以目的节点位于源节点的中继通信区域为例，详述本发明实施例车载通信方法的具体实现过程，如图14所示，包括步骤：

步骤S1401：作为源节点的OBU1检测其与作为目的节点的OBU2之间的距离d，检测结果符合Rth＜d＜Rmax，执行步骤S1402；其中，Rth是预设的中继通信距离阈值，Rmax是最大允许的通信距离；

源节点周期性检测目的节点的位置，根据检测结果确定最佳的传输路径，动态切换数据传输路径，提高数据传输的效率和安全性。

步骤S1402：OBU1判断其维护的中继列表中存在中继节点OBU3和RSU1，执行步骤S1403；

该场景下的通信节点关系如图15所示，OBU1为源节点，OBU2为目的节点，OBU3和RSU1均是中继节点；

步骤S1403：OBU1触发RTS-RRTS-CTS-RCTS中继协作机制，分别经OBU3和RSU1建立起2条与OBU2的中继通信路径，以及建立起OBU1至OBU2的直接通信路径，比较3者的传输时间，选择传输时间最短的通信路径OBU1-OBU3-OBU2；

步骤S1404：OBU1使用中继通信路径OBU1-OBU3-OBU2传输数据；

步骤S1405：OBU2接收到经OBU3转发来的数据后，封装ACK，发送给OBU3；

OBU2封装ACK包括：在RA字段填充OBU2的地址，在TA字段填充OBU3的地址，设置帧控制和持续时长；

步骤S1406：OBU3接收到ACK后，封装RACK，发送给OBU1。

OBU3封装RACK包括：在RA字段填充OBU3的地址，在TA字段填充OBU1的地址，设置帧控制和持续时长；

步骤S1407：OBU1接收到RACK后，认为数据发送成功。

其中，RTS-RRTS-CTS-RCTS中继协作机制中的4次握手过程具体如图16所示，包括：

步骤S1601：OBU1判断其维护的中继列表中存在中继节点OBU3和RSU1；

步骤S1602：OBU1封装RTS帧，广播封装好的RTS帧；

OBU1封装RTS帧包括：在所述RTS帧的RA字段填充OBU1的地址，在所述RTS帧的TA字段填充OBU2的地址，在所述RTS帧的Relay_Address字段填充OBU3和RSU1的地址，设置帧控制和持续时长；

步骤S1603：与所述RTS帧的Relay_Address字段中填充的地址相符的节点OBU3和RSU1均接收到所述RTS帧；

步骤S1604：OBU3测量接收到所述RTS帧的接收功率，封装RRTS1帧，广播封装好的RRTS1帧；

OBU3封装RRTS1帧包括：在RA字段填充OBU1的地址，在TA字段填充OBU2的地址，在Relay_Address字段填充OBU3的地址，在ReRTS字段填充OBU3接收到所述RTS帧的接收功率，设置帧控制和持续时长；

步骤S1605：RSU1测量接收到所述RTS帧的接收功率，封装RRTS2帧，广播封装好的RRTS2帧；

RSU1封装RRTS2帧包括：在RA字段填充OBU1的地址，在TA字段填充OBU2的地址，在Relay_Address字段填充RSU1的地址，在ReRTS字段填充RSU1接收到所述RTS帧的接收功率，设置帧控制和持续时长；

步骤S1606：OBU2测量接收到所述RTS帧的接收功率，封装第一CTS帧，广播封装好的第一CTS帧；

OBU2封装第一CTS帧包括：在RA字段填充OBU1的地址，在TA字段填充OBU2的地址，在Relay_Address字段填充OBU3和RSU1的地址，在ReRTS′字段填充OBU2接收到所述RTS帧的接收功率，将ReRRTS字段设置为空，设置帧控制和持续时长；

步骤S1607：OBU2测量接收到RRTS1帧的接收功率，封装CTS1帧，广播封装好的第二CTS1帧；

OBU2封装第二CTS1帧包括：在RA字段填充OBU1的地址，在TA字段填充OBU2的地址，在Relay_Address字段填充OBU3的地址，在ReRRTS字段填充OBU2接收到所述RRTS1帧的接收功率，将ReRTS′字段设置为空，设置帧控制和持续时长；

步骤S1608：OBU2测量接收到RRTS2帧的接收功率，封装第二CTS2帧，广播封装好的CTS2帧；

OBU2封装第二CTS2帧包括：在RA字段填充OBU1的地址，在TA字段填充OBU2的地址，在Relay_Address字段填充RSU1的地址，在ReRRTS字段填充OBU2接收到所述RRTS2帧的接收功率，将ReRTS′字段设置为空，设置帧控制和持续时长；

步骤S1609：OBU1接收并解析第一CTS帧，获取OBU2接收到RTS帧的接收功率；

步骤S1610：OBU1接收并解析RRTS1帧，获得OBU3接收到RTS帧的接收功率；

步骤S1611：OBU1接收并解析RRTS2帧，获得RSU1接收到RTS帧的接收功率；

步骤S1612：OBU3接收并解析第二CTS1帧，获得OBU2接收到RRTS1帧的接收功率，封装RCTS1帧，广播封装好的RCTS1帧；

OBU3封装RCTS1帧包括：在RA字段填充OBU1的地址，在TA字段填充OBU2的地址，在Relay_Address字段填充OBU3的地址，在ReRRTS字段填充所述从CTS1中获取到的所述OBU2接收到RRTS1帧的接收功率，设置帧控制和持续时长；

步骤S1613：RSU1接收并解析第二CTS2帧，获得OBU2接收到RRTS2帧的接收功率，封装RCTS2帧，广播封装好的RCTS2帧；

RSU1封装RCTS2帧包括：在RA字段填充OBU1的地址，在TA字段填充OBU2的地址，在Relay_Address字段填充RSU1的地址，在ReRRTS字段填充所述从CTS2中获取到的所述OBU2接收到RRTS2帧的接收功率，设置帧控制和持续时长；

步骤S1614：OBU1接收并解析RCTS1帧，获得OBU2接收到RRTS1帧的接收功率；

步骤S1615：OBU1接收并解析RCTS2帧，获得OBU2接收到RRTS2帧的接收功率；

步骤S1616：OBU1将OBU2接收到RTS帧的接收功率与预设的功率与速度的对应关系匹配，得到OBU1与OBU2之间的传输速度根据待传输的数据量L和计算直接通信路径的传输时长

步骤S1617：OBU1将OBU3接收到RTS帧的接收功率，以及OBU2接收到RRTS1帧的接收功率分别于预设的功率与速度的对应关系匹配，得到中继传输路径OBU1-OBU3-OBU2上OBU1-OBU3之间的传输速度以及OBU3-OBU2之间的传输速度根据待传输的数据量L、和计算中继传输路径OBU1-OBU3-OBU2的传输时长

步骤S1618：OBU1将RSU1接收到RTS帧的接收功率，以及OBU2接收到RRTS2帧的接收功率分别于预设的功率与速度的对应关系匹配，得到中继传输路径OBU1-RSU1-OBU2上OBU1-RSU1之间的传输速度以及RSU1-OBU2之间的传输速度根据待传输的数据量L、和计算中继传输路径OBU1-RSU1-OBU2的传输时长

步骤S1619：OBU1比较t1、t2和t3，确定传输时间最短的中继通信路径为OBU1-OBU3-OBU2。

参见图17，该图示出本发明实施例图16所示的4次握手过程中源节点、中继节点和目的节点之间的交互过程。

在另一场景下，即，作为源节点的OBU1检测其与作为目的节点的OBU2之间的距离d符合d＜Rth时，如图18所示，源节点OBU1触发RTS-CTS机制，建立与目的节点OBU2之间的直接通信路径，使用直接通信路径OBU1-OBU2传输数据。

在又一场景下，即，作为源节点的OBU1检测其与作为目的节点的OBU2之间的距离d符合d＞Rmax时，如图19所示，建立中继通信路径OBU1-RSU1-RSU2-OBU2，使用类型为RSU的节点作为中继节点进行有线转发。

当源节点选择好通信路径，并使用所述通信路径传输数据的过程中，由于OBU是高速移动的，因此可能存在如下场景，本发明实施例充分考虑并提出相应的应对方案：

1、考虑到在执行RTS-RRTS-CTS-RCTS中继协作机制的过程中，可能有新的车辆到达，从而出现一条新的比当前使用的通信路径的传输时间还要短的通信路径场景，由于位置检测是实时的或者周期性的，因此，源节点在使用选择的通信路径向目的节点发送数据时，可能执行位置检测，检测出比当前使用的通信路径的传输时长更短的通信路径，此时，还需判断当前传输的数据量，如果超过预设的数据量阈值，才将当前使用的传输路径切换为所述传输时间更短的通信路径；否则，不进行路径切换。

较佳地，可以对当前使用的通信路径的使用时长计时，在进行路径切换时，还需判断当前使用的通信路径的计时时长是否超过预设的第二时间间隔，如果超过，才允许进行路径切换。以避免频繁出现路径更新而带来大量的不必要的传输延迟和加重网络负荷。

2、源节点在使用选择的通信路径向目的节点发送数据时，如果超过一预设时间未收到数据的确认应答，则重新选择传输路径。即，超过预设的第三时间间隔未收到数据的确认应答时，执行：重新判断目的节点的位置，如果目的节点位于源节点的DC区域，则使用两者间的直接通信路径重传未收到确认的数据以及传输后续的数据；如果目的节点位于源节点的RC区域，则选择除当前使用的通信路径之外的具有最短传输时间的通信路径，使用重新选择的传输路径重传未收到确认的数据以及传输后续的数据。

3、考虑到随着源节点与目的节点的移动，两者间的通信距离可能超过最大允许通信范围的场景，因此，源节点在检测到目的节点超出其覆盖范围时，即源节点至目的节点的实际通信距离d大于源节点与目的节点的最大允许通信范围Rmax时，选择一个或者多个具备有线转发功能的中继节点建立源节点至目的节点的中继通信路径，将源节点的数据经所述中继通信路径发送至目的节点。所述具备有线转发功能的中继节点即节点类型为RSU的节点，利用RSU的光纤有线转发比无线转发可靠得高，而且传输时间也不长的优点，及时切换传输路径，确保数据传输质量。因此，此时转发的RSU个数可以多达2个以上。

例如，如图20所示，汽车F移动到F′位置时，可以将要传输给RSU1的剩余数据先传输给RSU2，RSU2再把这些数据通过RSU1和RSU2之间的光纤传输给RSU1。

4、为了防止中继通信路径突然中断的情况，如遮挡或其它原因导致中继路径长时间不能恢复的情况，可以对当前使用的中继通信路径启动一个定时器，若中继路径超过预设的第四时间间隔Tr_th，则将当前中继通信路径切换为直接通信路径。

为了决隐藏节点的问题，源节点、中继节点和目的节点之外的其他节点还需要根据当前待传输的数据持续时长设置网络分配向量。其中所述数据持续时长至少承载于RTS帧中。当然，所述数据持续时长也可以被中继节点和目的节点承载于RRTS帧、CTS帧和RCTS中。所述其他节点从所述承载有数据持续时长的信令(RTS帧、RRTS帧、CTS帧或RCTS帧)中解析出数据持续时长，据以设置NAV。结合图13所示的4次握手过程中的交互信令的帧格式，所述其他节点可以通过解析RTS、RRTS、CTS、RCTS中的任何一个，得到所述持续时长，用于设置NAV。

参见图21，该图示出了本发明实施例几种不同的NAV设置时机，具体可以是：

1、源节点如果采用广播方式发送RTS帧，所述其他节点接收到RTS帧后，设置NAV；

2、中继节点如果采用广播方式发送RRTS帧，所述其他节点接收到RRTS帧后，设置NAV；

3、目的节点如果采用广播方式发送CTS帧，所述其他节点接收到CTS帧后，设置NAV；

4、中继节点如果采用广播方式发送RCTS帧，所述其他节点接收到RCTS帧后，设置NAV；

5、其他节点在检测到源节点发送数据(Data)时，设置NAV；

6、其他节点在检测到中继节点转发数据(R-Data)时，设置NAV；

7、其他节点在检测到目的节点返回数据确认应答(ACK)时，设置NAV。

为了实现本发明实施例上述车载通信方法，本发明实施例还提供了一种通信节点，其可作为上述车载通信方法中的源节点，如图22所示，所述通信节点包括：

第一配置模块2201，用于根据传输距离将其覆盖范围划分为直接通信区域和中继通信区域，所述直接通信区域对应的最大传输距离小于所述中继通信区域对应的最小传输距离；

检测模块2202，用于检测与目的节点之间的距离；

处理模块2203，与所述第一配置模块2201和所述检测模块2202均相连，当目的节点位于源节点的直接通信区域时，使用两者间的直接通信路径传输数据；当目的节点位于源节点的中继通信区域时，使用两者间的直接通信路径和中继通信路径中具有最短传输时间者传输数据。

其中，所述处理模块2203，当目的节点位于源节点的中继通信区域时，通过信令交互探测通信路径，包括：

向目的节点和一个或者多个中继节点发送请求发送帧RTS；

接收目的节点返回的第一清除发送帧CTS，判定两者间的直接通信路径建立；

接收所述一个或者多个中继节点返回的中继清除发送帧RCTS，判定经返回所述RCTS帧的中继节点与目的节点通信的中继通信路径建立。

较佳地，所述处理模块2203，可以采用广播方式发送RTS，所述RTS携带中继节点的地址集合、源节点的地址和目的节点的地址；所述中继节点的地址集合中包括全部中继节点的地址。

较佳地，还包括第二配置模块：

所述第二配置模块2204，用于周期性广播包含本节点的MAC地址和节点类型的中继包；接收其他节点广播的中继包，据以更新本地的中继列表；

所述处理模块2203，用于从所述第二配置模块2204中的中继列表中选择中继节点。

较佳地，所述处理模块2203，用于获取同一中继通信路径上，中继节点对源节点发送来的信号的接收功率，以及目的节点对中继节点发送来的信号的接收功率，分别与与预设的传输速度与接收功率的对应关系匹配，得到源节点与中继节点之间的传输速度，以及中继节点与目的节点之间的传输速度；根据待发送的数据量、源节点与中继节点之间的传输速度、中继节点与目的节点之间的传输速度计算出所述中继通信路径的传输时间。

较佳地，所述处理模块2203，通过接收并解析携带中继节点对源节点发送来的信号的接收功率的交互信令，获取到中继节点对源节点发送来的信号的接收功率；以及通过接收并解析携带目的节点对中继节点发送来的信号的接收功率的交互信令，获取到目的节点对中继节点发送来的信号的接收功率。

较佳地，所述处理模块2203，用于获取目的节点对源节点发送来的信号的接收功率，并将其与预设的传输速度与接收功率的对应关系匹配，得到源节点与目的节点之间的传输速度；根据待发送的数据量，以及源节点与目的节点之间的传输速度计算出所述直接通信路径的传输时间。

较佳地，所述处理模块2203，通过接收并解析携带目的节点对源节点发送来的信号的接收功率的交互信令，获取到目的节点对源节点发送来的信号的接收功率。

较佳地，所述处理模块2203，在选择传输时间最短的通信路径时，如果存在多个传输时间最短的通信路径，则随机选择其中之一。

较佳地，所述处理模块2203，在选择传输时间最短的中继通信路径时，是从预设的第一时间间隔内建立起的通信路径中选择。

较佳地，所述处理模块2203，在检测到传输时间比当前使用的通信路径更短的通信路径时，判断当前传输的数据量，如果超过预设的数据量阈值，则将当前使用的通信路径切换为所述传输时间更短的通信路径；否则，不进行路径切换。

较佳地，所述处理模块2203，还对当前使用的通信路径的使用时长计时，当前使用的通信路径的计时时长超过预设的第二时间间隔时，才允许进行路径切换。

较佳地，所述处理模块2203，在使用选择的通信路径向目的节点发送数据时，还对接收到确定应答的时长计时，如果超过预设的第三时间间隔未收到确认应答，则重新选择传输路径。

较佳地，所述处理模块2203，还对当前使用的中继通信路径的使用时长计时，当前使用的中继通信路径的计时时长超过预设的第四时间间隔时，将当前中继通信路径切换为直接通信路径，使用所述直接通信路径继续传输剩余数据。

较佳地，所述处理模块2203，在检测到目的节点超出其覆盖范围时，选择一个或者多个具备有线转发功能的中继节点建立源节点至目的节点的中继通信路径，将源节点的数据经所述中继通信路径发送至目的节点。

为了实现本发明实施例上述车载通信方法，本发明实施例还提供了另一种通信节点，其可作为上述车载通信方法中的中继节点，如图23所示，所述通信节点包括：

第一接收模块2301，用于从源节点接收请求发送帧RTS，解析出目的节点的地址；

第一发送模块2302，与所述第一接收模块2301相连，用于根据目的节点的地址，向目的节点发送中继请求发送帧RRTS；

第二接收模块2303，用于从目的节点接收清除发送帧CTS，解析出源节点的地址；

第二发送模块2304，与所述第二接收模块2303相连，用于根据源节点的地址，向源节点发送中继清除发送帧RCTS。

其中，所述第一发送模块2302，可以采用广播方式发送RRTS，所述RRTS中携带源节点的地址、目的节点的地址和所述中继节点自身的地址。在另一实施例中，所述第一发送模块2302，也可以采用单播方式向目的节点发送RRTS。

其中，所述第二发送模块2304，采用广播方式发送RCTS，所述RCTS中携带源节点的地址、目的节点的地址和所述中继节点自身的地址。在另一实施例中，所述第一发送模块2302，也可以采用单播方式向源节点发送RCTS。

较佳地，还包括测量模块2305：

所述测量模块2305，用于测算对源节点发送来的信号的接收功率；

所述第一发送模块2302，将测算出的中继节点对源节点发送来的信号的接收功率承载于RRTS中发送至源节点。

较佳地，所述第二接收模块2303，用于从CTS中解析出目的节点对中继节点发送来的信号的接收功率；所述第二发送模块2304，用于将所述解析出目的节点对中继节点发送来的信号的接收功率承载于RCTS中发送至源节点。

在另一实施例中，所述通信节点还包括测量模块2305：

所述测量模块2305，用于测算对源节点发送来的信号的接收功率；

所述第二接收模块2303，用于从CTS中解析出目的节点对中继节点发送来的信号的接收功率；

所述第二发送模块2304，用于将测算出的中继节点对源节点发送来的信号的接收功率和所述解析出目的节点对中继节点发送来的信号的接收功率承载于RCTS中发送至源节点。

较佳地，所述通信节点还可以包括配置模块2306：

所述配置模块2306，与所述第一发送模块2302和所述第二发送模块2304均相连，用于周期性广播包含本节点的MAC地址和节点类型的中继包；接收其他节点广播的中继包，据以更新本地的中继列表；

所述第一发送模块2302，判断目的节点是否在其中继列表中，如果在，才广播RRTS；

所述第二发送模块2304，判断源节点是否在其中继列表中，如果在，才广播RCTS。

为了实现本发明实施例上述车载通信方法，本发明实施例还提供了又一种通信节点，其可作为上述车载通信方法中的目的节点，如图24所示，所述通信节点包括：

第一接收模块2401，用于从源节点接收请求发送帧RTS，解析出源节点的地址；

第一发送模块2402，与所述第一接收模块2401相连，用于根据源节点的地址向源节点返回第一清除发送帧CTS；

第二接收模块2403，用于从中继节点接收中继请求发送帧RRTS，解析出中继节点的地址；

第二发送模块2404，与所述第二接收模块2403相连，用于根据中继节点的地址向中继节点发送第二清除发送帧CTS。

其中，所述第一发送模块2402，采用广播方式发送第一CTS，所述第一CTS中携带源节点的地址和目的节点的地址。在另一实施例中，所述第一发送模块2402，也可采用单播方式向源节点返回第一CTS。

其中，所述第一发送模块2402，采用广播方式发送第二CTS，所述第二CTS中携带源节点的地址、目的节点的地址和对应的中继节点的地址。在另一实施例中，所述第一发送模块2402，也可采用单播方式向对应的中继节点返回第二CTS。

较佳地，本发明实施例通信节点还包括第一测量模块2405：

所述第一测量模块2405，用于测算目的节点对源节点发送来的信号的接收功率；所述第一发送模块2402，将测算出的目的节点对源节点发送来的信号的接收功率承载于第一CTS中发送至源节点。

较佳地，本发明实施例通信节点还包括第二测量模块2406：

所述第二测量模块2406，用于测算目的节点对中继节点发送来的信号的接收功率；所述第二发送模块2404，将测算出的目的节点对中继节点发送来的信号的接收功率承载于第二CTS中发送至中继节点。

较佳地，所述通信节点还包括配置模块2307：

所述配置模块2307，与所述第一发送模块2302和所述第二发送模块2304均相连，用于周期性广播包含本节点的MAC地址和节点类型的中继包；接收其他节点广播的中继包，据以更新本地的中继列表。所述第一发送模块2302，判断源节点是否在其中继列表中，如果在，才返回第一CTS。所述第二发送模块2304，判断对应的中继节点是否在其中继列表中，如果在，才返回第二CTS。

根据所述公开的实施例，可以使得本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。