CN104507146A - 一种实现车路通信的低功耗***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能交通和无线通信领域，特别是一种实现车路通信的低功耗***及方法。本发明低功耗***包括车载节点、低频唤醒路侧节点、通信路侧节点；低频唤醒路侧节点与通信路侧节点分别安装在两个龙门架上，其中低频唤醒路侧节点前置于通信路侧节点前方；车载节点中处于超低功耗状态的低频唤醒接收器接收低频唤醒路侧节点发射低频无线信号，产生唤醒信号，唤醒处于休眠状态的射频通信单元；车载节点中唤醒的射频通信单元进入通信路侧节点的网络覆盖区域，接入通信路侧节点的网络并完成相应的数据交换，完成通信后车载节点的射频通信单元再次进入休眠状态。本发明降低了智能交通无线通信装置的功耗；可以用于车路通信中。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通和无线通信领域，特别是一种实现车路通信的低功耗***及方法。
背景技术
在智能交通领域，车载节点(OBU)通常通过无线通信模块与路侧节点(RSU)进行无线业务交互。而车载无线通信装置通常采用电池供电，且车载节点(OBU)的无线通信模块在发射、接收以及空闲时耗费的电量都比较多，只有处于休眠状态下电量消耗最少。为了节省电池的功耗，延长OBU的工作时间，除了在设计OBU时采用低功耗的元器件外，通常主要依靠定时唤醒机制，即OBU平时大部分时间处于睡眠状态，在被唤醒后进行数据的接收或发送，数据交换后重新恢复到睡眠状态，直到OBU再次被唤醒，通过这种方式来降低功耗。但是这种定时唤醒的方式面临着实时性和功耗的矛盾，主要表现在以下三个方面：时间间隔的长短，如果OBU设置的时间间隔过长，在与路侧节点(RSU)有数据交互的时候OBU可能会无法及时响应；如果设置的时间间隔过短，虽然可以增大RSU与OBU通信的可能性，但是OBU从睡眠到唤醒再到睡眠的状态转变频率太快不利于功耗的降低，从而达不到降低功耗的目的。定时唤醒需要处理器的时钟电路部分保持工作状态，意味着MCU不能进入最彻底休眠状态。而且在没有RSU无线网络覆盖的区域，OBU也会被定时唤醒。定时唤醒机制存在的诸多问题决定了车载OBU节点不能通过该种唤醒机制在保证与RSU正常通信情况下达到降低功耗与能量有效利用的目的。
发明内容
本发明解决的技术问题之一在于解决车路通信中车载OBU功耗问题，而提出一种实现车路通信的低功耗***，该***在保证车路正常通信的情况下，降低OBU工作的电量消耗。
本发明解决的技术问题之二在于提出一种实现车路通信的方法，可以在保证车路正常通信的情况下，降低OBU工作的功耗；解决车路通信中车载OBU功耗高的问题。
本发明解决上述技术问题之一的技术方案是：
包括：车载节点和通信路侧节点，其特征在于：还包括有低频唤醒路侧节点；
所述的车载节点包括有低频唤醒接收器、射频通信单元，所述射频通信单元与低频唤醒接收器相连接，接收低频唤醒接收器发送的唤醒中断信号；所述低频唤醒接收器在未接收到低频唤醒路侧节点发送的低频无线信号前处于监听工作状态；所述射频通信单元未接收到低频唤醒接收器发送的唤醒中断信号前处于休眠状态，接收到低频唤醒接收器发送的唤醒信号后处于全速工作状态，与路侧通信节点完成数据交互后再次进行休眠状态；
所述低频唤醒路侧节点包括有低频唤醒发射器；所述低频唤醒路侧节点一直处于全速正常工作状态；
所述的通信路侧节点包括有通信模块，所述的通信路侧节点处于一直处于全速正常工作状态；
所述低频唤醒接收器进入低频唤醒路侧节点的无线电磁覆盖区域，接收低频唤醒路侧节点发送低频无线电信号，并向射频通信单元产生唤醒信号；
所述射频通信单元通过微波无线信号接入通信路侧节点并完成数据交换；从而实现车路通信。
所述的车载节点还包括有供电单元，所述的供电单元为低频唤醒接收器、射频通信单元提供工作电源；所述的低频唤醒接收器包括低频接收唤醒处理单元和三维接收天线，低频唤醒接收器通过三维接收天线接收低频无线电波。
低频唤醒路侧节点还包括有处理器单元、供电单元和三维发射天线；其中，供电单元为低频唤醒发射器、处理器单元提供工作电源；所述低频唤醒发射器通过三维发射天线发射低频无线电波，并与处理器单元相连接；处理器单元采用单片机实现，控制低频唤醒发射器的工作方式；从而控制低频唤醒路侧节点的通信机制、通信距离。
车载节点的低频唤醒接收器采用低频唤醒接收芯片；低频唤醒路侧节点的低频唤醒发射器采用低频发射芯片。
所述的低频唤醒路侧节点与通信路侧节点分别安装在两个龙门架上，其中低频唤醒路侧节点前置于通信路侧节点前方；射频通信单元与通信路侧节点硬件架构可以为集成MCU+射频收发器的SOC，或是单独MCU+射频收发器。
路侧通信节点与车载节点的射频通信单元之间的通信频段为433MHz、900MHz、2.4GHz或者5.8GHz。
本发明解决上述技术问题之二的技术方案是：
包括以下步骤：
S1：安装在龙门架的低频唤醒路侧节点发射低频无线电波激励处于待机监听状态的低频唤醒接收器，低频唤醒接收器产生唤醒信号唤醒车载节点中处于休眠状态的射频通信单元；唤醒车载节点中的射频通信单元后，低频唤醒接收器再次处于待机监听状态；
S2：唤醒的车载节点进入通信路侧节点的网络覆盖区域后，车载节点的射频通信单元通过微波无线信号接入安装在龙门架上的通信路侧节点的网络并进行车路通信；
S3：车载节点的射频通信单元与通信路侧节点完成车路通信后，车载节点的射频通信单元再次进入低功耗休眠状态。
低频唤醒节点安装于龙门架的高度为H2，保证低频唤醒接收器能接收到低频唤醒路侧节点发射的低频无线电信号。通信路侧节点安装于龙门架的高度为H1，保证与射频通信单元有尽可能大的可视角度。
安装低频唤醒节点的龙门架与安装通信路侧节点的龙门架相距L，该距离保证车载节点的射频通信单元被唤醒后有足够的时间完成接入通信路侧节点的网络并完成相应的车路通信过程。
有益效果：
1、本发明是低频低功耗技术与微波射频技术的融合，既利用了低频芯片的低功耗的优势，又能够实现微波射频远距离通信的特点；
2、本发明将低频节点与微波射频节点分离，可实现更远距离的微波射频通信；
3、车载节点的射频通信单元在未唤醒状态下，一直处于休眠低功耗状态，而低频唤醒接收器一直处于待机监听状态。
因此，本发明将低频唤醒技术应用到智能交通领域，保证车载OBU与RSU正常通信的前提下，降低OBU电量消耗，节省了电池功耗，延长OBU的正常工作时间。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1为本发明所述的车路通信低功耗***图；
图2为本发明所述的车载节点1的原理框图；
图3为本发明所述的低频唤醒路侧节点2的原理框图；
图4为本发明所述的通信路侧节点3的原理框图；
图5为本发明实施例中所述的低频唤醒发射器与低频唤醒接收器通信示意图；
图6为本发明实施例中所述的车路通信的低功耗***部署实施方案示例图；
图7为本发明实施例中所述的车路通信的低功耗***实现的流程图。
具体实施方式
本发明涉及的车路通信，在实际交通场景应用中OBU与RSU通信交互的工作时间也许只有几百毫秒到几秒，而其他时间OBU可以处于非工作状态。所以对于像车载OBU节点这样工作时间短而非工作时间长的无线通信装置来说，降低功耗的有效方法就是在OBU与RSU不进行通信交互时，让处于非工作状态的OBU休眠，在OBU与RSU进行通信交互时，将处于休眠状态的OBU唤醒，而通过低频唤醒技术便可达到以上低功耗的目的。
因此，本发明利用低频唤醒技术设计一种能够实现车路通信的低功耗***及方法，该***及方法既能保证车路之间的正常通信，又能使得OBU功耗最小化，从而达到降低功耗，延长OBU的工作时间的目的。下面，以具体实施说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
具体实施一：如图1所示，本发明所述的车路通信低功耗***，包括载节点(OBU)1、低频唤醒路侧节点(LF-RSU)2、通信路侧节点(RF-RSU)3；
如图2所示，所述车载节点(OBU)1包括：低频(LF)唤醒接收器1-1、射频通信单元(RF-OBU)1-2、OBU供电单元1-3；其中OBU供电单元1-3为低频(LF)唤醒接收器1-1、OBU RF通信模块1-2提供工作电源；
所述低频唤醒接收器1-1包括：低频接收唤醒处理单元、三维接收天线；
所述低频(LF)唤醒接收器1-1用于接收低频唤醒路侧节点(LF-RSU)2发送的低频无线电波，并向射频通信单元(RF-OBU)1-2产生唤醒信号；
所述低频唤醒接收器1-1与射频通信单元(RF-OBU)1-2通过有线方式相连接；
所述射频通信单元(RF-OBU)1-2接收低频唤醒接收器1-1发送的唤醒中断信号；
所述低频唤醒接收器1-1在未接收到低频唤醒路侧节点(LF-RSU)2发送的低频无线信号前处于监听工作状态；
所述射频通信单元(RF-OBU)1-2未接收到低频唤醒接收器1-1发送的唤醒中断信号前处于休眠状态，接收到低频唤醒接收器1-1发送的唤醒信号后处于全速工作状态，与路侧通信节点(RF-RSU)3完成数据交互后再次进行休眠状态；
所述射频通信单元1-2通过微波无线信号接入通信路侧节点(RF-RSU)3网络并完成车路通信。。
如图3所示，所述低频唤醒路侧节点(LF-RSU)2包括：所述LF-RSU包括低频(LF)唤醒发射器2-1、处理器(MCU)单元2-2、LF-RSU供电单元2-3；其中，LF-RSU供电单元为低频(LF)唤醒发射器2-1、处理器(MCU)单元2-2提供工作电源；
所述低频唤醒发射器2-1与处理器(MCU)单元2-2通过有线相连接；处理器(MCU)单元2-2控制低频唤醒发射器2-1，并提供输入信号；
所述低频唤醒发射器2-1通过三维发射天线向车载节点(OBU)1的低频唤醒接收器1-1发送低频无线电信号。
所述的低频唤醒路侧节点(LF-RSU)2一直处于全速正常工作状态；
所述低频(LF)唤醒接收器1-1进入低频唤醒路侧节点(LF-RSU)2的无线电磁覆盖区域，接收电平唤醒路侧节点2发送的低频无线电信号，并向射频通信单元(RF-OBU)1-2产生唤醒信号；
如图4所示，所述的通信路侧节点(RF-RSU)包括OBU RF通信模块3-1与RSU供电单元3-2；其中RSU供电单元3-2为RSU RF通信模块3-1提供工作电源；
所述OBU RF通信模块3-1通过微波无线信号与车载节点1的射频通信单元(RF-OBU)1-2完成车路通信。
其中，车载节点1的射频通信单元(RF-OBU)1-21-2与路侧通信节点3的RSU RF通信模块3-1其硬件架构可以为集成MCU+射频收发器的SOC，或是单独MCU+射频收发器。
其中，低频唤醒路侧节点(LF-RSU)2的处理器(MCU)单元2-2采用单片机实现，其控制低频唤醒路侧节点2的通信机制，通信距离等。
其中，车载节点(OBU)1的低频唤醒接收器1-1采用低频唤醒接收芯片；低频唤醒路侧节点(LF-RSU)2的低频唤醒发射器2-1采用低频发射芯片。
如图5所示，所述OBU低频(LF)唤醒接收器1-1通过三维接收天线接收低频无线电波；LF-RSU低频(LF)唤醒发射器通过三维发射天线发射低频无线电波。
如图6所示，将图1所示低频唤醒路侧节点(LF-RSU)2安装于高度为H2的龙门架4上，该高度保证低频唤醒路侧节点(LF-RSU)2发射的低频无线电波能被OBU低频(LF)唤醒接收器1-1接收到并激活处于休眠状态的射频通信单元1-21-2；将图1所示通信路侧节点(RF-RSU)3安装于高度为H1的龙门架5上，该高度尽可能增加与车载节点(OBU)1天线的可视角度；龙门架4与龙门架5的距离为L，该距离保证车载节点1的射频通信单元(RF-OBU)1-2被唤醒后有足够的时间接入路侧通信节点2网络并完成相应的车路数据交换。
图7所示，本发明所述的利用低功耗***实现车路通信的方法包括以下步骤：
S1：安装在龙门架4的低频唤醒路侧节点(LF-RSU)2发射低频无线电波激励处于待机监听状态的OBU低频(LF)唤醒接收器1-1，OBU低频(LF)唤醒接收器1-1产生唤醒信号唤醒处于休眠状态的射频通信单元；唤醒射频通信单元1-2后，OBU低频(LF)唤醒接收器1-1再次处于待机监听状态；
S2：唤醒的车载节点(OBU)1进入通信路侧节点(RF-RSU)的网络覆盖区域后，车载节点的射频通信单元(RF-OBU)1-2通过微波无线信号接入安装在龙门架5上的通信路侧节点(RF-RSU)的网络并进行车路通信；
S3：车载节点(OBU)1的射频通信单元1-2与通信路侧节点(RF-RSU)2完成车路通信后，车载节点(OBU)1的射频通信单元1-2再次进入休眠状态。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，车载节点1采用电池或车载供电，低频唤醒路侧节点2采用市电转换的直流电，或采用太阳能供电，路侧通信节点(RF-RSU)3采用太阳火外部市电供电
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一作进一步说明，路侧通信节点(RF-RSU)2与车载节点(OBU)的射频通信单元(RF-OBU)之间的通信频段为433MHz、900MHz、2.4GHz或者5.8GHz。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式一作进一步说明，低频唤醒路侧节点(LF-RSU)2与通信路侧节点(RF-RSU)3分别安装在两个龙门架上，其中低频唤醒路侧节点(LF-RSU)2前置于通信路侧节点(RF-RSU)3前方。
通过以上所述低功耗***及方法便可实现低功耗的车载节点(OBU)与通信路侧节点(RF-RSU)的无线通信。
Claims (14)
1.一种实现车路通信的低功耗***，包括：车载节点和通信路侧节点，其特征在于：还包括有低频唤醒路侧节点；
所述的车载节点包括有低频唤醒接收器、射频通信单元，所述射频通信单元与低频唤醒接收器相连接，接收低频唤醒接收器发送的唤醒中断信号；所述低频唤醒接收器在未接收到低频唤醒路侧节点发送的低频无线信号前处于监听工作状态；所述射频通信单元未接收到低频唤醒接收器发送的唤醒中断信号前处于休眠状态，接收到低频唤醒接收器发送的唤醒信号后处于全速工作状态，与路侧通信节点完成数据交互后再次进行休眠状态；
所述低频唤醒路侧节点包括有低频唤醒发射器；所述低频唤醒路侧节点一直处于全速正常工作状态；
所述的通信路侧节点包括有通信模块，所述的通信路侧节点处于一直处于全速正常工作状态；
所述低频唤醒接收器进入低频唤醒路侧节点的无线电磁覆盖区域，接收低频唤醒路侧节点发送低频无线电信号，并向射频通信单元产生唤醒信号；
所述射频通信单元通过微波无线信号接入通信路侧节点并完成数据交换；从而实现车路通信。
2.根据权利要求1所述的实现车路通信的低功耗***，其特征在于：所述的车载节点还包括有供电单元，所述的供电单元为低频唤醒接收器、射频通信单元提供工作电源；所述的低频唤醒接收器包括低频接收唤醒处理单元和三维接收天线，低频唤醒接收器通过三维接收天线接收低频无线电波。
3.根据权利要求1所述的实现车路通信的低功耗***，其特征在于：低频唤醒路侧节点还包括有处理器单元、供电单元和三维发射天线；其中，供电单元为低频唤醒发射器、处理器单元提供工作电源；所述低频唤醒发射器通过三维发射天线发射低频无线电波，并与处理器单元相连接；处理器单元采用单片机实现，控制低频唤醒发射器的工作方式；从而控制低频唤醒路侧节点的通信机制、通信距离。
4.根据权利要求2所述的实现车路通信的低功耗***，其特征在于：低频唤醒路侧节点还包括有处理器单元、供电单元和三维发射天线；其中，供电单元为低频唤醒发射器、处理器单元提供工作电源；所述低频唤醒发射器通过三维发射天线发射低频无线电波，并与处理器单元相连接；处理器单元采用单片机实现，控制低频唤醒发射器的工作方式；从而控制低频唤醒路侧节点的通信机制、通信距离。
5.根据权利要求1至4任一项所述的实现车路通信的低功耗***，其特征在于：车载节点的低频唤醒接收器采用低频唤醒接收芯片；低频唤醒路侧节点的低频唤醒发射器采用低频发射芯片。
6.根据权利要求1至4任一项所述的实现车路通信的低功耗***，其特征在于：所述的低频唤醒路侧节点与通信路侧节点分别安装在两个龙门架上，其中低频唤醒路侧节点前置于通信路侧节点前方；射频通信单元与通信路侧节点硬件架构可以为集成MCU+射频收发器的SOC，或是单独MCU+射频收发器。
7.根据权利要求5所述的实现车路通信的低功耗***，其特征在于，所述的低频唤醒路侧节点与通信路侧节点分别安装在两个龙门架上，其中低频唤醒路侧节点前置于通信路侧节点前方；射频通信单元与通信路侧节点硬件架构可以为集成MCU+射频收发器的SOC，或是单独MCU+射频收发器。
8.根据权利要求1至4任一项所述的实现车路通信的低功耗***，其特征在于：路侧通信节点与车载节点的射频通信单元之间的通信频段为433MHz、900MHz、2.4GHz或者5.8GHz。
9.根据权利要求5所述的实现车路通信的低功耗***，其特征在于：路侧通信节点与车载节点的射频通信单元之间的通信频段为433MHz、900MHz、2.4GHz或者5.8GHz。
10.根据权利要求6所述的实现车路通信的低功耗***，其特征在于：路侧通信节点与车载节点的射频通信单元之间的通信频段为433MHz、900MHz、2.4GHz或者5.8GHz。
11.根据权利要求7所述的实现车路通信的低功耗***，其特征在于：路侧通信节点与车载节点的射频通信单元之间的通信频段为433MHz、900MHz、2.4GHz或者5.8GHz。
12.一种利用权利要求1-11中任一项所述的低功耗***实现车路通信的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：安装在龙门架的低频唤醒路侧节点发射低频无线电波激励处于待机监听状态的低频唤醒接收器，低频唤醒接收器产生唤醒信号唤醒车载节点中处于休眠状态的射频通信单元；唤醒车载节点中的射频通信单元后，低频唤醒接收器再次处于待机监听状态；
S2：唤醒的车载节点进入通信路侧节点的网络覆盖区域后，车载节点的射频通信单元通过微波无线信号接入安装在龙门架上的通信路侧节点的网络并进行车路通信；
S3：车载节点的射频通信单元与通信路侧节点完成车路通信后，车载节点的射频通信单元再次进入低功耗休眠状态。
13.根据权利要求12所述的车路通信的方法，其特征在于：低频唤醒节点安装于龙门架的高度为H2，保证低频唤醒接收器能接收到低频唤醒路侧节点发射的低频无线电信号。通信路侧节点安装于龙门架的高度为H1，保证与射频通信单元有尽可能大的可视角度。
14.如权利12或13所述的车路通信的方法，其特征在于：安装低频唤醒节点的龙门架与安装通信路侧节点的龙门架相距L，该距离保证车载节点的射频通信单元被唤醒后有足够的时间完成接入通信路侧节点的网络并完成相应的车路通信过程。
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