一種車聯網傳輸速率自適應控制裝置及控制方法
2023-09-15 02:49:20 2
一種車聯網傳輸速率自適應控制裝置及控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種車聯網傳輸速率自適應控制裝置以及控制方法。解決現有技術中車載單元以固定速率傳輸信息，無法保證高質量多媒體業務的高帶寬要求的問題。裝置包括有車載單元和路側單元，車載單元安裝在車內，路側單元安裝在路上，車載單元和路側單元之間通過無線網絡連接。控制方法根據周期內PLR與PLR閾值、△RSSI與△RSSI閾值、S與S閾值之間的關係自適應控制下一個周期內WSM幀的傳輸速率，從而重複利用了車聯網無線網絡的帶寬，提高了車載無線網絡的吞吐量和效率。
【專利說明】一種車聯網傳輸速率自適應控制裝置及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種車聯網傳輸控制【技術領域】，尤其是涉及一種提高了吞吐量和效率 的車聯網傳輸速率自適應控制裝置以及控制方法。
【背景技術】
[0002] 目前，交通事故已經成為全球公共的交通安全問題。誘發交通事故的一個重要原 因是駕駛員無法實時獲得鄰近車輛信息，如車速、方向、位置等。車聯網的發展，無疑將大大 減少交通事故的發生。隨著無線技術的不斷發展和成功應用，人們對車聯網提出了更高的 服務要求，這就需要車聯網具有一定的Q〇S(quality of service,服務質量)保證能力。由 於車聯網的網絡拓撲經常發生變化，其網絡管理、QoS保障等方面的技術難度很大。傳統的 適合靜態網絡的QoS存在很多局限性，已不再適合車聯網動態變化的需要，必須提出新型 的適用於車聯網的QoS技術。
[0003] 車聯網需要一套無線通信協議來完成車路通信和車車通信。專用短程通信 (Dedicated Short Range Communication,簡稱DSRC)是車聯網系統領域內針對車輛和 道路基礎設施間的信息交換而開發的一種專用無線通信技術，它能夠提供高速的數據傳 輸，並且能保證通信鏈路的低延遲和系統的可靠性。目前DSRC技術已歸納為基於IEEE 802. lip的車輛通信環境下的無線接入（WAVE)技術。
[0004] WAVE/DSRC通信系統由車載單元（On-Board Unit，0BU)和路側單元（Road Side Unit，RSU)及DSRC通信鏈路組成。0BU是放在行駛車輛上的嵌入式設備，是一個移動單元。 RSU安裝在路邊的設備，固定不動。DSRC作為專用的通信鏈路，為0BU和RSU提供信息交互 的通道。
[0005] 事實上，基於IEEE802. lip的WAVE/DSRC是IEEE802. 11協議在車輛網絡中無 線接入的推廣與擴充，主要適用於高速移動的環境和短持續時間的信息交互需要。IEEE 802. lip標準中的物理層採用IEEE 802. 11a標準中的OFDM(正交頻分復用）調製技術， 頻率範圍為5.85?5. 925GHz，信道帶寬為10MHz，對應的速率在IEEE 802. 11a的基礎 上減半，支持3?27Mbit/s的8個傳輸速率，速率越高對信道質量的要求越高。RSU和0BU 可以支持多速率的無線通信。
[0006] IEEE802. lip定義了服務提供者（Provider)和用戶（User)兩種工作模式。 Provider 周期性地發送 WSA (Wave Service Advertisement，WSA)廣播巾貞，通告一個 WAVE 基本服務集(WBSS)的存在。WSA中的信息單元攜帶了很多服務信息。當User設備進入 Provider提供的WBSS區域後，能收到Provider廣播的WSA信息，而User通過發送帶有通 配符 BSSID 的 WAVE 短消息幀（WAVE Short Message，WSM)和 Provider 通信。RSU 工作在 Provider模式，0BU工作在User模式，一個RSU可以和多個0BU同時通信。
[0007] IEEE802. 11標準支持動態速率轉換（Dynamic Rate Shifting，DRS)或自適應速率 選擇（Adaptive Rate Selection,ARS)允許數據速率動態調整以補償幹擾或變化的路徑損 耗。當出現幹擾或站點移動超出最大數據速率的可靠傳輸範圍時，接入點會逐漸降低到低 速率直到恢復可靠通信。而IEEE802. lip -般採用最低的基本速率（3Mbit/s)作為固定傳 輸速率來發送數據報文，沒有充分利用物理層同時支持多速率的特性。面對車載無線網路 拓撲的動態變化，以固定速率傳輸已無法保證高質量的多媒體業務的高帶寬要求。
【發明內容】
[0008] 本發明主要是解決現有技術中車載單元以固定速率傳輸信息，無法保證高質量多 媒體業務的高帶寬要求的問題，提供了一種提高了吞吐量和效率的車聯網傳輸速率自適應 控制裝置。
[0009] 本發明還提供了一種提高了吞吐量和效率的車聯網傳輸速率自適應控制方法。
[0010] 本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種車聯網傳輸 速率自適應控制裝置，包括有車載單元和路側單元，所述路側單元包括有WSM幀接收模塊、 WSM幀統計模塊、RSSI統計模塊、反饋模塊，所述WSM幀接收模塊分別與WSM幀統計模塊、 RSSI統計模塊相連，WSM幀統計模塊、RSSI統計模塊分別連接到反饋模塊上，所述車載單元 包括有WSM幀發送模塊、WSA幀接收模塊、WSM幀丟包率計算模塊、路側單元相對距離計算模 塊、閾值調整模塊、速率自適應控制模塊，所述WSA幀接收模塊分別與WSM幀丟包率計算模 塊、路側單元相對距離計算模塊相連，WSM幀丟包率計算模塊和路側單元相對距離計算模塊 分別連接到閾值調整模塊上，閾值調整模塊與速率自適應控制模塊相連，速率自適應控制 模塊與WSM幀發送模塊相連。車載單元安裝在車內，路側單元安裝在路上，車載單元和路側 單元之間通過無線網絡連接。路側單元通過WSM幀接收模塊接收車載單元發送的WSM幀， 反饋模塊發送WSA巾貞。車載單元通過WSA巾貞接收單元接收WSA中貞。
[0011] 一種車聯網傳輸速率自適應控制方法，在路側單元和車載單元之間進行，包括以 下步驟： 步驟一.路側單元周期性廣播WSA幀，車載單元通過發送WSM幀和路側單元進行通信； 路側單元周期性的廣播WSA幀，車載單元在進入路測單元廣播的範圍內時就會接收WSA幀， 同時車載單元通過發送WSM幀與路側單元進行通信。
[0012] 步驟二.路側單元計算出當前周期內實際正確接收到WSM幀的數量和接收到WSM 幀信號的強度均值Λ RSSI，並將計算出的信息和路側單元本身的GPS位置信息嵌入到WSA 幀自定義段中，廣播給所在區域內的車載單元；路側單元統計一個周期內收到的WSM幀信 號的強度RSSI，然後計算出它們的平均值Λ RSSI。
[0013] 步驟三.車載單元接收路側單元廣播的WSA幀，根據自定義段的信息計算出當前 路側單元與車載單元的相對距離S、上一周期內車載單元的WSM幀丟包率PLR，並根據預先 設定的在不同傳輸速率下PLR的變化，Λ RSSI的變化，以及S與PLR關係，獲得當前傳輸速 率下PLR閾值、Λ RSSI閾值和S閾值；車載單元根據本身的GPS位置信息和反饋的路側單 元的GPS位置信息，計算出當前車載單元和路側單元的相對距離S。車載單元內存放上一周 期內發送的WSM幀數量，根據上一周期內發送的WSM幀數量和反饋的上一周期路側單元實 際正確接收到的WSM幀數量計算出上一周期內WSM丟包率PLR，該PLR=(車載單元發送WSM 中貞數一路側單元接收到WSM巾貞數）/車載單元發送WSM巾貞數。
[0014] 步驟四.車載單元再根據周期內PLR與PLR閾值、ARSSI與ARSSI閾值、S與S 閾值之間的關係，自適應控制下一個周期內WSM巾貞的傳輸速率。
[0015] 本發明能夠根據周期內PLR與PLR閾值、Λ RSSI與Λ RSSI閾值、S與S閾值之間 的關係自適應控制下一個周期內WSM幀的傳輸速率，從而重複利用了車聯網無線網絡的帶 寬，提高了車載無線網絡的吞吐量和效率。
[0016] 作為一種優選方案，車載單元接收路側單元的WSA幀進行驗證，其過程包括： 車載單元發送給路側單元的WSM幀內包含有車載單元設備的標識，該標識為車載單元 的MAC地址； 路側單元將接收到的WSM幀內車載單元的標示也嵌入到WSA幀自定義段中，廣播給所 在區域內的車載單元； 車載單元在接收到路側單元的WSA幀時對自定義段中的標識進行驗證，若與自身的標 識相匹配，則進行自適應控制。使得多個車載單元進入路側單元範圍內時，車載單元能夠正 確接收對應自身的WSA幀。
[0017] 作為一種優選方案，在車載單元內預先存儲有不同傳輸速率下WSM幀的PLR的變 化，WSM幀Λ RSSI的變化，S與PLR的關係的數據，當前獲得的PLR、A RSSI、S根據這些數 據分別獲得PLR的上限閾值PLRmax和PLRmin，Λ RSSI的下限閾值Λ RSSImin，S的上限值 Smax。預先通過實驗獲得在不同傳輸速率下PLR、A RSSI、S的變化，並將這些數據存儲在 車載單元內。
[0018] 作為一種優選方案，自適應控制下一個周期內WSM巾貞的傳輸速率的過程包括以下 步驟： a.車載單元比較當前S與當前傳輸速率的S閾值Smax的大小關係，若當前S大於Smax 值，則降低WSM的傳輸速率，進入下一步驟，若當前S小於Smax值，進入步驟c ;S大於Smax 值，表明車載單元距離路側單元相對較遠，因此可以降低傳輸速率。
[0019] b.比較WSM幀的Λ RSSI和當前傳輸速率的Λ RSSI閾值Λ RSSImin的大小關係， 若Λ RSSI小於Λ RSSImin，則再降低WSM的傳輸速率，若Λ RSSI大於Λ RSSImin，則保持傳 輸速率不變，最後得到的傳輸速率就為下一個周期內WSM幀的傳輸速率； c.比較車載單元發送的WSM幀的PLR與PLR閾值PLRmax和PLRmin的大小關係，PLR 小於PLRmin，則提高傳輸速率，若PLR大於PLRmin且小於PLRmax，則保持傳輸速率不變，若 PLR大於PLRmax，則降低傳輸速率，進入步驟b。每次提高和降低一個常數量的傳輸速率，該 常數量傳輸速率預先設定。若PLR小於PLRmin，說明信道質量較好，提高WSM的傳輸速率。 若大於PLRmax，說明信道質量較差，則降低WSM的傳輸速率。
[0020] 通過PLR與PLR閾值、Λ RSSI與Λ RSSI閾值、S與S閾值之間的比較，自適應調 整傳輸速率，最後得到的傳輸速率就為下一周期WSM幀的傳輸速率。
[0021] 作為一種優選方案，所述WSA幀的周期為lOOmiTlOOOms。一般情況下默認為 100ms〇
[0022] 因此，本發明的優點是：本發明能夠根據周期內PLR與PLR閾值、ARSSI與ARSSI 閾值、S與S閾值之間的關係自適應控制下一個周期內WSM幀的傳輸速率，從而重複利用了 車聯網無線網絡的帶寬，提高了車載無線網絡的吞吐量和效率。車載單元安裝在車內，路側 單元安裝在路上，車載單元和路側單元之間通過無線網絡連接。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 附圖1是本發明中的一種結構框示圖； 附圖2是本發明中的一種流程示意圖； 附圖3是本發明中自適應控制的一種流程示意圖。
[0024] 1-車載單元11-WSA接收模塊12-WSM幀丟包率計算模塊13_路側單元相對 距離計算模塊14-閾值調整模塊15-速率自適應控制模塊16-WSM幀發送模塊2-路 側單元21-WSM幀接收模塊22-WSM幀統計模塊23-RSSI統計模塊24-反饋模塊。
【具體實施方式】
[0025] 下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
[0026] 實施例： 本實施例一種車聯網傳輸速率自適應控制裝置，如圖1所示，包括有車載單元1和路側 單元2,路側單元2包括有WSM幀接收模塊21、WSM幀統計模塊22、RSSI統計模塊23、反饋 模塊24, WSM幀接收模塊分別與WSM幀統計模塊、RSSI統計模塊相連，WSM幀統計模塊、RSSI 統計模塊分別連接到反饋模塊上。車載單元1包括有WSM幀發送模塊16、WSA幀接收模塊 11、WSM幀丟包率計算模塊12、路側單元相對距離計算模塊13、閾值調整模塊14、速率自適 應控制模塊15, WSA幀接收模塊分別與WSM幀丟包率計算模塊、路側單元相對距離計算模塊 相連，WSM幀丟包率計算模塊和路側單元相對距離計算模塊分別連接到閾值調整模塊上，閾 值調整模塊與速率自適應控制模塊相連，速率自適應控制模塊與WSM幀發送模塊相連。WSM 幀發送模塊與WSM幀接收模塊之間、反饋模塊與WSA幀接收模塊之間分別通過無線網絡相 連。
[0027] 一種車聯網傳輸速率自適應控制方法，包括以下步驟： 路側單元周期性廣播WSA幀，車載單元通過發送WSM幀和路側單元進行通信。
[0028] 步驟1 :路測單元接收車載單元發送的WSM幀。該WSM幀內包含有車載單元設備 的標識，該標識為車載單元的MAC地址。
[0029] 步驟2 :路測單元統計在一個周期內正確接收到WSM幀的數量和這些WSM幀的強 度RSSI，並計算出RSSI的平均值Λ RSSI。正確接收到WSM幀的數量由WSM幀統計模塊22 進行，RSSI、Λ RSSI由RSSI統計模塊23進行。
[0030] 步驟3 :路測單元將收到的WSM幀數量、ARSSI，以及路測單元本身GPS位置信息、 車載單元設備的標示嵌入到WSA幀的自定義段內，然後廣播給所在區域內的車載單元。路 側單元的反饋模塊將WSA幀發送給車載單元的WSA幀接收模塊。
[0031] 步驟4 :車載單元接收到WSA幀，先對WSA幀進行驗證，若與自身的標識相匹配，則 車載單元根據WSA幀進行自適應控制。首先車載單元根據自定義段的信息計算出當前路側 單元與車載單元的相對距離S、上一周期內車載單元的WSM幀丟包率PLR，並根據預先設定 的在不同傳輸速率下PLR的變化，Λ RSSI的變化，以及S與PLR關係，獲得當前傳輸速率下 PLR閾值、Λ RSSI閾值和S閾值。PLR由WSM幀丟包率計算模塊12計算，其計算公式為： PLR=(車載單元發送WSM幀數一路側單元接收到WSM幀數）/車載單元發送WSM幀數。相 對距離S由路側單元相對距離計算模塊13計算。PLR閾值、Λ RSSI閾值和S閾值由閾值調 整模塊處理獲得。
[0032] 獲得當前傳輸速率下PLR閾值、Λ RSSI閾值和S閾值具體為：預先通過實驗獲得 在不同傳輸速率下PLR、A RSSI、S的變化，並將這些數據存儲在車載單元內，PLR、A RSSI、S 根據這些數據分別獲得PLR的上限閾值PLRmax和PLRmin，Λ RSSI的下限閾值Λ RSSImin， S的上限值Smax。
[0033] 步驟5 :車載單元再根據周期內PLR與PLR閾值、Λ RSSI與Λ RSSI閾值、S與S閾 值之間的關係，自適應控制下一個周期內WSM幀的傳輸速率。自適應控制在速率自適應控 制模塊15中進行。
[0034] 其中步驟5中自適應控制傳輸速率的過程如圖3所示，其步驟為： 步驟5. 1 :車載單元比較當前S與當前傳輸速率的S閾值Smax的大小關係，若當前S大 於Smax值，則降低WSM的傳輸速率，進入下一步驟，若當前S小於Smax值，進入步驟5. 3 ; 步驟5. 2.比較WSM幀的Λ RSSI和當前傳輸速率的Λ RSSI閾值Λ RSSImin的大小關 系，若Λ RSSI小於Λ RSSImin，則再降低WSM的傳輸速率，若Λ RSSI大於Λ RSSImin，則保 持傳輸速率不變，最後得到的傳輸速率就為下一個周期內WSM幀的傳輸速率； 步驟5. 3.比較車載單元發送的WSM幀的PLR與PLR閾值PLRmax和PLRmin的大小關 系，若PLR小於PLRmin，則提高傳輸速率，若PLR大於PLRmin且小於PLRmax，則保持傳輸速 率不變，若PLR大於PLRmax，則降低傳輸速率，進入步驟5. 2。
[0035] 其中提高和降低的傳輸速率為一個常數量，該常數量通過預先設定。WSA幀的周期 為 100ms。
[0036] 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領 域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替 代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。
[0037] 儘管本文較多地使用了車載單元、WSA接收模塊、WSM幀丟包率計算模塊、路側單 元相對距離計算模塊等術語，但並不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為 了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精 神相違背的。
【權利要求】
1. 一種車聯網傳輸速率自適應控制裝置，包括有車載單元和路側單元，其特徵在於： 所述路側單元（2)包括有WSM幀接收模塊（21)、WSM幀統計模塊（22)、RSSI統計模塊（23)、 反饋模塊（24)，所述WSM幀接收模塊分別與WSM幀統計模塊、RSSI統計模塊相連，WSM幀統 計模塊、RSSI統計模塊分別連接到反饋模塊上，所述車載單元（1)包括有WSM幀發送模塊 (16)、WSA幀接收模塊（11 )、WSM幀丟包率計算模塊（12)、路側單元相對距離計算模塊（13)、 閾值調整模塊（14)、速率自適應控制模塊（15)，所述WSA幀接收模塊分別與WSM幀丟包率 計算模塊、路側單元相對距離計算模塊相連，WSM幀丟包率計算模塊和路側單元相對距離計 算模塊分別連接到閾值調整模塊上，閾值調整模塊與速率自適應控制模塊相連，速率自適 應控制模塊與WSM幀發送模塊相連。
2. -種車聯網傳輸速率自適應控制方法，採用權利要求1中的裝置，其特徵在於：包括 以下步驟： 步驟一.路側單元周期性廣播WSA幀，車載單元通過發送WSM幀和路側單元進行通信； 步驟二.路側單元計算出當前周期內實際正確接收到WSM幀的數量和接收到WSM幀信 號的強度均值Λ RSSI，並將計算出的信息和路側單元本身的GPS位置信息嵌入到WSA幀自 定義段中，廣播給所在區域內的車載單元； 步驟三.車載單元接收路側單元廣播的WSA幀，根據自定義段的信息計算出當前路側 單元與車載單元的相對距離S、上一周期內車載單元的WSM幀丟包率PLR，並根據預先設定 的在不同傳輸速率下PLR的變化，Λ RSSI的變化，以及S與PLR關係，獲得當前傳輸速率下 PLR閾值、Λ RSSI閾值和S閾值； 步驟四.車載單元再根據周期內PLR與PLR閾值、Λ RSSI與Λ RSSI閾值、S與S閾值 之間的關係，自適應控制下一個周期內WSM巾貞的傳輸速率。
3. 根據權利要求2所述的一種車聯網傳輸速率自適應控制方法，其特徵是車載單元接 收路側單元的WSA幀進行驗證，其過程包括： 車載單元發送給路側單元的WSM幀內包含有車載單元設備的標識，該標識為車載單元 的MAC地址； 路側單元將接收到的WSM幀內車載單元的標識也嵌入到WSA幀自定義段中，廣播給所 在區域內的車載單元； 車載單元在接收到路側單元的WSA幀時對自定義段中的標識進行驗證，若與自身的標 識相匹配，則進行自適應控制。
4. 根據權利要求2或3所述的一種車聯網傳輸速率自適應控制方法，其特徵是在車載 單元內預先存儲有不同傳輸速率下WSM幀的PLR的變化，WSM幀Λ RSSI的變化，S與PLR的 關係的數據，當前獲得的PLR、A RSSI、S根據這些數據分別獲得PLR的上限閾值PLRmax和 PLRmin，Λ RSSI的下限閾值Λ RSSImin，S的上限值Smax。
5. 根據權利要求4所述的一種車聯網傳輸速率自適應控制方法，其特徵是自適應控制 下一個周期內WSM幀的傳輸速率的過程包括以下步驟 ： a. 車載單元比較當前S與當前傳輸速率的S閾值Smax的大小關係，若當前S大於Smax 值，則降低WSM的傳輸速率，進入下一步驟，若當前S小於Smax值，進入步驟c ; b. 比較WSM幀的Λ RSSI和當前傳輸速率的Λ RSSI閾值Λ RSSImin的大小關係，若 Λ RSSI小於Λ RSSImin，則再降低WSM的傳輸速率，若Λ RSSI大於Λ RSSImin，則保持傳輸 速率不變，最後得到的傳輸速率就為下一個周期內WSM幀的傳輸速率； c.比較車載單元發送的WSM幀的PLR與PLR閾值PLRmax和PLRmin的大小關係，若PLR 小於PLRmin，則提高傳輸速率，若PLR大於PLRmin且小於PLRmax，則保持傳輸速率不變，若 PLR大於PLRmax，則降低傳輸速率，進入步驟b。
6.根據權利要求2或3所述的一種車聯網傳輸速率自適應控制方法，其特徵是所述 WSA幀的周期為100ms?1000ms。
【文檔編號】H04W84/18GK104066124SQ201410067796
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年2月27日 優先權日:2014年2月27日
【發明者】樓吉漢, 金建祥 申請人:浙江浙大中控信息技術有限公司