CN110024476B - 用于汽车Wi-Fi访问和连接的***和方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于提供车载设备无线连接至路边访问设备以连接至网络的改进的***和方法。该***包括车载设备、一个或多个路边访问设备、云管理服务器、以及回程因特网访问连接。路边访问设备在其广播的信标帧消息中包括车载设备所需要的信息，以设置网络连接参数。使用包括在广播的信标帧消息中的信息，车载设备自动连接至路边访问设备以访问网络。车载设备还管理和分类数据流量，将分配给数据流量的用户优先级映射为网络传输优先级，并且根据网络条件(诸如可用的回程网络带宽、连接至同一路边访问设备的移动用户的数量以及数据流量负载等)调节传输速率。

Description

用于汽车Wi-Fi访问和连接的***和方法

技术领域

本发明一般涉及提供对车载设备的无线网络接入的领域。具体地，本发明涉及用于对路边访问单元提供改进的自动无线连接以连接到网络和接入因特网的***和方法，并且提供连接管理以改进用户体验。

背景技术

近些年，来自车辆用户的移动流量大幅度增加。需要对这些用户提供网络访问。大部分移动访问由蜂窝网络提供，这趋向于导致网络阻塞。需要的是从阻塞的蜂窝网络分流(offload)数据流量。Wi-Fi^TM被认为是领先技术。然而，手动连接到Wi-Fi热点的过程往往很麻烦，可能使得部署和操作不能实行，尤其是对于在行进的车辆中的移动用户。尽管已经提出某些行业标准(例如热点(Hotspot)2.0(HS2.0))，以提供用于解决移动用户的自动连接的框架，但是这样的标准必然遗漏了实现的细节。除了自动连接之外，对于汽车用户还需要的是减少网络开销，从而驾驶车辆能够迅速连接到网络并且访问互联网。还需要的是，远程操作者可以监控和管理网络活动并且对于在快速行进的车辆中的用户能够保持或改进网络性能，即服务质量(“QoS”)。

前述内容对用于提供对车载设备的无线网络接入的***和方法产生了挑战和限制。因此，需要一种改进的***和方法，用于为路边访问单元提供改进的自动无线连接，以连接到网络和访问因特网，并且相比于现有技术提供连接管理以改进用户体验。本发明的目的在于，减轻或避免如上提到的至少一个缺点。

发明内容

本发明涉及一种用于为路边访问设备提供改进的车载无线连接以连接到网络的***和方法。该***包括车载设备、一个或多个路边访问设备、云管理服务器、以及回程互联网访问连接。路边访问设备在其广播的信标帧中包括车载设备所需的消息信息，以设置网络连接参数。车载设备使用广播的信标帧消息中包括的信息自动连接到路边访问设备以访问网络。车载设备还对数据流量进行管理和分类，将分配给数据流量的用户优先级映射为网络传输优先级，并使传输速率适应网络条件，诸如可用的回程网络带宽，连接到相同路边接入设备的移动用户的数量和数据流量负载等。

在本发明的第一方面，提供了一种通过连接到远程通信网络的路边热点(“RSH”)设备将车辆内的车载设备连接到远程通信网络的方法。该方法包括步骤：路边热点设备广播包括标记信息的信标帧消息；车载设备接收RSH信标帧消息以检测标记信息并且提取包括在标记信息中的网络连接参数和路边热点设备的标识符；车载设备通过检查网络连接参数和路边热点设备的标识符来验证对RSH无线连接的支持；一旦成功验证，车载设备与路边热点设备协作以与使用车载设备的标识符的路边热点设备相关联；车载设备通过路边热点设备或云管理服务器请求用户认证；路边热点设备将确认消息发送到车载设备以确认车载设备的成功认证；以及一旦接收到确认消息，车载设备根据标记信息中包含的网络连接参数建立到路边热点设备的无线连接。

该方法还可包括步骤：车载设备基于与网络传输能力相关的输入来计算效用函数的值；以及仅当效用函数的计算值指示出能够支持增加的链路速率的网络传输能力时，车载设备才增加其无线连接的链路速率；其中与网络传输能力相关的输入可以包括回程网络的传输带宽、路边热点设备的负载、以及RSH处传输队列的缓存状态中的至少一个。

根据本发明的该方面的其它的特征，该方法还可包括步骤：车载设备根据对延迟传输的容忍度对输出数据流量进行分类和标记；仅在对低于延迟容忍度的全部输出数据流量的传输完成之后，车载设备传输对高于延迟容忍度更高的输出数据流量；路边热点设备将输出数据流量的标记延迟容忍度映射到网络传输的优先级值，更高的延迟容忍度映射到更高的优先级；以及仅在全部更高优先级的输出数据流量的传输完成之后，路边热点设备从车载设备传输更低优先级的输出数据流量。

在第二方面中，提供了一种路边热点设备将车载设备连接至与路边热点设备连接的远程通信网络的方法。该方法包括路边热点设备的如下步骤：广播信标帧消息以被车载设备接收，信标帧消息包括网络连接参数和路边热点设备的标识符；一旦从车载设备接收到关联请求，关联车载设备，该关联请求包括车载设备的标识符；一旦从车载设备接收到认证请求，对车载设备认证，并且将确认消息发送至车载设备以确认成功认证；根据包括在信标帧消息中的网络连接参数建立与车载设备的无线连接，以将车载设备连接至远程通信网络。

根据本发明的该方面的一个特征，该方法还可包括路边热点设备的如下步骤：在关联期间将唯一索引发送至车载设备，其中路边热点设备使用由车载设备基于唯一索引确定的网络连接参数的子集建立与车载设备的无线连接。

根据本发明的该方面的另一个特征，该方法还可包括如下步骤：在从车载设备接收的数据流量中提取优先级标记并且判定与数据流量的每个数据帧相关联的优先级值；以及在与更高的优先级值相关联的数据帧的传输已经由路边热点设备接收之后，传输与更低的优先级值相关联的数据帧。

根据本发明的另一个方面，提供了一种路边热点设备，该路边热点设备用于将车载设备连接至与路边热点设备连接的远程通信网络。路边热点设备包括用于通过无线连接来连接到车载设备的无线网络接口；用于将路边热点设备连接至远程通信网络的回程网络接口；用于在无线网络接口和回程网络接口之间转发数据流量的数据路径转发单元；数据存储器；已经在数据存储器上存储预定映射方案的优先级映射单元，所述优先级映射单元在从接收自车载设备的数据流量提取用户优先级标记并且根据预定映射方案将网络传输优先级值分配到由数据路径转发单元转发到回程网络接口的数据流量；连接管理器，连接管理器与车载设备协作以建立无线连接；以及可编程微处理器，当执行存储在数据存储器上的计算机程序指令时，可编程微处理器指示优先级映射单元的映射操作和连接管理器的无线连接操作。

根据本发明的另一方面，提供了一种通过连接至远程通信网络的路边热点(“RSH”)设备将车载设备连接至远程通信网络的方法。该方法包括如下步骤：接收由路边热点设备广播的RSH信标帧消息并且提取包括在RSH信标帧消息中的网络连接参数和路边热点设备的标识符；通过检查网络连接参数和路边热点设备的标识符来验证对RSH的无线连接的支持；一旦成功验证，与路边热点设备协作以使用车载设备的标识符与其相关联；将认证请求传输至路边热点设备；以及一旦从成功认证的路边热点设备接收到确认消息，根据接收在RSH信标帧消息中的网络连接参数设置到路边热点设备的无线连接。

根据本发明的该方面的一个特征，该方法还可包括如下步骤：在关联期间从接收自路边热点设备的关联消息中提取唯一索引；以及基于信标帧消息中包括的网络连接参数的唯一索引确定网络连接参数的子集，其中使用网络连接参数的子集建立无线连接。

根据本发明的该方面的另一特征，该方法还可包括如下步骤：基于与网络传输能力相关的输入计算效用函数的值；以及仅当计算出的效用函数的值指示出网络传输性能能够支持增加的链路速率的情况下增加无线连接的链路速率，其中效用函数的输出可包括回程网络的传输带宽、路边热点设备的负载、以及RSH处传输队列的缓存状态的至少一个。

根据本发明的该方面的另一特征，该方法还可包括如下步骤：根据对延迟传输的容忍度对输出数据流量分类和标记；以及仅在对延迟容忍度更低的全部输出数据流量的传输已经完成之后，传输对延迟容忍度更高的输出数据流量。

在本发明的其他方面中，提供了如上描述的这些方面的多种组合和子集。

附图说明

出于描述而非限制的目的，参考附图更详细地解释本发明的前述内容和其他方面，其中：

图1为示出了在示例性配置中向车载用户设备提供无线网络访问的联网***的示意图；

图2为可在图1中示出的联网***中使用的车载智能设备的框图；

图3为可在图1中示出的联网***中使用的路边热点设备的框图；

图4为可在图1中示出的联网***中使用的云管理服务器的框图；

图5示出了在图1中示出的联网***中用于将车载设备连接至路边热点设备并且通过所述路边热点设备连接至回程网络的过程的步骤，并且；

图6为示出在图1中示出的联网***中的不同设备之间的信息交换的示意图；

图7为示出了在图1中示出的联网***中将车载设备连接至路边热点设备，并且通过所述路边热点设备连接至回程网络的步骤的流程图；

图8为示出了将路边热点设备连接至车载设备的步骤的框图，以在图1中示出的联网***中提供无线网络访问；

图9为示出了在图1中示出的路边热点设备和车载设备之间调节网络链路速率的方法的步骤的流程图；

图10为示出了将信息传输到在图9中示出的方法中使用的路边热点设备和车载设备的示意图；

图11为示出了对分配至由路边热点设备和车载设备传输的数据流量的优先级信息进行标记和映射的示意图；

图12为示出了对分配至由路边热点设备和车载设备传输的数据流量的优先级信息的进行映射的示意图；

图13为示出了在图1中示出的联网***中标记和映射优先级信息以及将数据流量从车载设备传输至路边热点设备的方法的步骤的流程图；以及

图14为示出了在图1中示出的联网***中标记和映射优先级信息以及将数据流量从路边热点设备传输至车载设备的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

如下的描述和其中描述的实施例通过本发明的细则定实施例的某一示例或多个示例的示出的方式提供。出于解释而非限制的目的提供这些细则和本发明的些示例。在如下的描述中，类似的部分在说明书和附图中分别同的参考数字标记。

本发明涉及一种用于提供到路边访问设备的车载无线连接以连接至网络和访问因特网的***和方法，并且该***和方法用于提供连接管理以改善车载用户体验。在本发明的一个实施例中，该***包括车载设备、一个或多个沿公路的路边访问设备、云管理服务器、以及回程因特网访问连接。路边访问设备在信标帧消息中包括车载设备能够用来建立无线网络连接的信息。车载设备使用已经包括在信标帧消息的信息(诸如因特网地址、链路速率、当前数据流量负载、可用回程网络带宽等)自动连接至路边访问设备以访问网络，而在从路边访问设备的连接过程期间不必再次获得这样的信息。车载设备还对数据流量进行管理和分类、将分配至数据流量的用户优先级映射到网络传输优先级、并且根据网络情况(诸如可用的回程网络带宽、连接至同一路边访问设备的移动用户数量以及数据流量负载)调节传输速率，以提高网络性能。车载设备可为包括需要网络访问的应用的设备，或可为连接至路边访问设备并且在车载有线或无线连接中使用以提供车载网络连接以用于其他车载设备的车载智能设备。路边访问设备作为车辆用户和回程网络之间的网络网关使用，提供需要的回程网络访问，确保与车载设备的Wi-Fi连接，支持信息查询，除此之外，还提供车辆数量流量优先级映射。云管理服务器通过远程通信网络(诸如因特网)连接至路边访问设备，以提供远程管理性能(例如，AAA，即认证、授权、会计功能)。到路边访问设备的回程因特网连接提供用于车载用户的因特网访问。

通过大体概述的方式，图1示出了一种***的简化视图，在该***中在车辆10中的移动用户应用车载智能设备20(“IVSD”)以访问因特网或由路边访问设备40或路边热点(“RSH”)设备在其覆盖范围50内网桥连接的其他远程通信网络30。网络活动由位于网络“云”(即可以通过网络访问的位置30，但不要求在任何特定的物理位置)中的云管理服务器60(“MS”)管理和监控。由因特网服务提供商70提供到因特网服务的访问，即到远程通信网络30的访问，因特网服务提供商70还收集出于用户费用计算目的的网络使用统计资料。这些设备和子***的每一个将参考图2至图4进一步描述。

车载设备可为具有需要因特网访问的软件应用的车载设备，或可为在其他车载设备和路边访问设备之间转发网络流量的车载智能设备。参考图2，在框图中示出了一个实施例的车载智能设备20的各个零件。在图2中示出的IVSD具有数据路径转发器210、两个无线接口220、230、网络流量管理器240、连接管理器250、微处理器260、数据存储器270和电源280。

IVSD具有连接至外部天线222并且用来与RSH通信的第一无线接口220。IVSD的另一个网络接口为内部网络接口，诸如连接至内部天线232并且用来与车载用户的设备(诸如计算机、智能手机、智能手表等)通信的第二无线接口230。第一无线接口和内部网络接口连接至数据路径转发单元210，以在车载用户的设备和已经连接的路边热点设备之间桥接网络数据，即从车载用户的设备将网络数据转发到已经连接的RSH以及从已经连接的RSH将返回的网络数据转发到车载用户的设备。

IVSD具有网络数据管理器240，网络数据管理器240包括流量分类单元242和链路速率适配单元244。流量分类单元242提供用户界面以确保车载用户将用户设备的网络数据流量分类为延迟敏感流量和延迟误差流量(delay tolerant traffic)。流量分类单元242还能够基于从由源应用产生的数据帧中的标记的流量类型(例如，声音数据、视频数据、邮件消息、网页)将数据流量分类为延迟敏感流量和延迟误差流量。流量分类单元242随后从有效负载生成无线数据帧，根据数据类型在用户优先级部分中设置用户优先级的值，并且通过与RSH40连接的第一无线接口220和外部天线222将设置优先级的有效负载传输至RSH40。当然，IVSD、或其流量分类单元242还可简单地在有效负载中添加流量类型标记(例如，声音、邮件消息等)并且RSH能够随后将其转换为描述数据帧的优先级的优先级值。随着车辆10驶入RSH的覆盖区域50，链路速率适配单元244根据IVSD和RSH之间的可用带宽以及其他网络条件自动调整IVSD20和路边热点40之间的链路速率，以最小化不必要的速率调整开销。

图2示出的示例中示出的IVSD还包括网络连接管理器250，网络连接管理器250可包括控制路径信令单元252、自动关联单元254以及信息查询单元256。控制路径信令单元252主要用于管理IVSD和RSH之间的无线连接并且用于管理网络用户的用户账户。自动关联单元254管理IVSD和RSH之间的自动关联、以及网络参数管理(例如，IP地址设置)等。信息查询单元256支撑IVSD和RSH之间的信息交换以在这两者之间交换网络连接信息。

数据路径转发器210、网络流量管理器240、网络连接管理器250和无线接口220、230的操作由可编程CPU(中央处理单元)控制。包含用于编程CPU260的计算机指令的程序可储存在数据储存单元270中，诸如永久存储器，数据储存单元270例如可包括磁性储存单元或半导体储存单元等。在CPU260上这些指令的执行将引导网络流量管理器、数据路径转发器、网络连接管理器和无线接口的操作。诸如电池或连接至车载电源的电源的电源280将电力提供至CPU和这些其他单元。

当然可以理解，尽管详细描述的示例为具有两个无线接口的IVSD，可存在替代第二无线接口230或作为用于由车辆内其他用户设备的无线连接的另外的网络接口的无线网络接口(未示出)。作为进一步的替代，车载设备可为需要因特网连接的用户设备，或更具体地，可需要因特网连接的用户设备的内部零件。例如，其可为具有需要漫游连接至路边热点的Wi-Fi性能的智能手机单元。第二无线接口230随后可为不必要的并且省去。数据路径转发器210或外部天线222可直接连接至用户设备的内部零件。

参考图3，在框图中示出了一个实施例的路边热点40的各个部件。在图3中示出的RSH具有两个网络接口310、320、数据路径转发器330、RSH优先级映射单元340、网络参数管理器350、配对连接管理器或RSH连接管理器360、微处理器370、数据存储器380和电源390。

在图3中示出的RSH具有无线接口310和回程网络接口320，网络接口320可为有线或无线的(例如，无线连接至有线接口，该有线接口直接连接至回程网络)。RSH数据路径转发器330连接在与天线连接的无线接口310和与网络连接连接的回程网络接口320之间，并且在无线接口和回程网络接口之间转发数据流量，即由无线连接IVSD-RSH桥接的数据流量和由网络连接RSH-回程网络桥接的数据流量。

RSH优先级映射单元340管理在无线端和回程网络端上的优先级参数，并且在回程网络端上将其从用户具体的优先级值映射为网络传输优先级值，并且从网络传输优先级值映射为用于用户设备的优先级值。例如存储在数据存储单元上的预定映射方案可为具体的并且在映射中使用。大体上，在这样的映射中，尽管在映射中实际的优先级值可取决于每次实施，更高的延迟公差被映射为更高的优先级。例如，RSH优先级映射单元340可从IVSD读取无线帧的用户优先级部分、或在有效负载中读取由IVSD添加的优先级流量类型标记，并且将其映射为网络传输优先级值。例如，在用户优先级部分中的值可为7(在0到7的范围之外)，或流量类型标记可为延迟敏感。这向RSH指示出有效负载应当立即或尽快传输。RSH优先级映射单元340随后将用户优先级值或流量类型标记值映射为用于回程传输的高网络传输优先级值，例如，用于Ethernet(以太网)^TM的46。在用户优先级部分中的值还可为0(在范围0到7之外)，或流量类型标记可为延迟容忍。这向RSH指示出有效负载可在全部其他高优先级数据流量的传输之后传输。RSH优先级映射单元340随后将用户优先级值或流量类型标记值映射为用于回程网络传输的低网络传输优先级值，例如，用于以太网设备的0。另一方面，当传输至IVSD时，为了数据流量返回IVSD，RSH优先级映射单元340可将回程网络的高网络传输优先级值(例如，用于以太网的46)映射为用户优先级值7，并且将回程网络帧的低网络传输优先级值(例如，用于以太网的0)映射为低用户优先级值0。

网络参数管理器350包括来自回程网络用于设置用于IVSD和RSH的确切网络参数的信息。用于IVSD设置的参数进一步被RSH连接管理器360的自动关联单元和信息查询单元使用，这将随后进一步描述。

如在图3中示出的示例中示出的，RSH连接管理器360可包括其控制路径信令单元(RSH控制路径信令单元362)、其本身的自动关联单元(RSH自动关联单元364)和其本身的信息查询单元(RSH信息查询单元368)。RSH控制路径信令单元362与IVSD信号控制单元252协作以管理在IVSD和RSH之间的无线连接并且管理网络用户。RSH自动关联单元364与IVSD自动关联单元254协作以管理在IVSD和RSH之间的自动关联、在IVSD和RSH之间的网络连接设置，包括关联、分类等(本地或远程分类)。RSH信息对流单元368与IVSD信息查询单元256协作以支撑或提供IVSD和RSH之间的互动机制以在这两者之间交换网络连接信息。RSH用户账户管理器366保留最近认证的用户账户的用户账户信息，即将这样的用户账户信息或对应于这样的用户账户信息的数据(例如，编码或散列的数据)的拷贝存储在本地存储器单元380中。这样的信息或数据可具有限制的存储期限(例如，30天)，并且如果存储超过该期限可周期性地被移除。RSH用户账户管理器可使用本地存储的这样的用户账户信息或数据执行本地分类，以用于用户对热点覆盖区域的下次访问。

本领域中的技术人员将理解的是，RSH单元的操作由CPU、或RSH的CPU370控制。包括用于编程RSH的CPU370的计算机指令的程序可存储在RSH数据存储器380中。这些已经存储的指令在RSH的CPU上的执行将引导RSH单元的操作。诸如电池或连接至基础设施设备的电源将电力提供至RSH的CPU和这些其他RSH单元。

管理服务器60(“MS”)管理用户账户，并且记录每个用户的网络活动，诸如网络使用、在线时长等。MS60还可将固件或软件远程更新为更好的版本，以改善网络性能。

参考图4，在框图中示出了一个实施例的管理服务器60的各个零件。在图4中示出的MS具有账户管理器410、认证服务器420、网络活动监控器430、以及客户端功能更新单元440，每个零件都将随后详细描述。这些单元的操作由可编程计算机指令控制，该指令可存储在MS数据存储器450上、在云服务器或包括因特网连接470的云服务480的MS的CPU460上执行。

账户管理器410存储和保留用户账户信息的足迹，诸如用户账户证书和用户网络使用数据。使用账户管理器，管理员用户可远程添加、修改或删除用户账户。认证服务器420与RSH用户账户管理器366协作以认证用户，因此根据用户的帐户信息或缺少用户的账户信息同意或拒绝用户要求对回程网络的访问。网络活动监控器430记录和报告被管理用户的网络活动。记录的网络活动可包括用户登录、注销的时间和日期、用户在线时长、数据使用、IVSD和RSH之间连接会话的平均链路速率等。

客户端功能更新单元440将计算机应用软件、固件或模块的新的或修改后的版本发送到连接的IVSD和RSH，以升级和/或修改其分别的性能或特征。更新或升级可由触发器发起。一旦触发，RSH将因此升级为新版本并且将IVSD软件的新版本发送到IVSD。用户可指定一个特定的版本来升级或还可要求软件应用或功能根据预定的方案自动升级。可替代地，MS60(即，客户端功能更新单元440)可将触发信号发送到RSH40，RSH40将下载RSH和IVSD的软件的新版本并且在本地存储器中储存下载的版本。该下载大体上为延迟容忍的，即当回程网络并不拥挤(也就是在低负载下)时可执行。因此，更新的流量优先级可被设置为低并且知道IVSD和RSH之间没有用户数据传输才开始更新的流量传输。便利地，IVSD软件可从不同的RSH下载不同的部分。IVSD软件还能够以任何其他适合的方式获得，诸如从家用Wi-Fi或LTE网络或其他网络访问点下载、或直接从USB连接载入。

在操作中，诸如车载智能设备(IVSD)的车载设备放置在车辆内部并且由车载电源供电。当车辆10接近并且进入路边热点的覆盖范围50时，在IVSD20、RSH40和管理服务器60(MS)之间将存在消息交换。将开始和完成自动访问程序以在IVSD20和RSH40之间建立连接，并且通过在IVSD20和RSH40之间建立连接建立IVSD20到回程网络30的连接。连接过程是自动的。该自动的访问过程将随后参考图5详细描述。概括地说，该过程可划分为如下7个阶段：

1.广播标记的信息(步骤510)；

2.建立IVSD-RSH关联(步骤520)；

3.如果账户信息缓存在本地，在本地RSH处认证用户(步骤530)；

4.如果账户信息在本地不可用，转播RSH和MS之间的认证消息(步骤540)；

5.设置IVSD的网络参数(步骤550)；

6.本地存储认证的用户的账户信息(步骤560)；

7.监控和记录用户网络活动(步骤570)。

随后参考图5至图8进一步详细描述这些阶段。

参考图5和图6，在第一阶段期间、即在到IVSD20的任何通信或连接之前，RSH周期性地广播或发送信标帧消息，信标帧消息包括标记信息(步骤510)，以通告其连接可用性。在一个实施例中，标记信息包括如下信息：

a)标识部分(或ID)以通告RSH能够提供到网络的无线访问，还可指示出回程服务提供者名称；

b)嵌入***信息中的功能指示器，用于通告IVSD和RSH提供的功能支持；

c)诸如IP地址/掩码的网络参数列表、或回程服务提供者指定的VLAN设置，可由IVSD用来设置其网络连接参数；以及

d)回程网络的带宽。

一般来说，ID应当需要尽可能小的空间，然而仍需包括全部所需的信息。例如，ID可为具体标记加上服务提供者名称的组合：AutoAccess_ISPName_DeviceID，其向IVSD通告以示出用于进行关联的最初的步骤的上述的信息。标记信息还可包括其他网络参数，诸如PHY模式、速率列表、或任何其他大体需用与设置RSH和IVSD之间的无线连接的网络参数。

标记信息可在一个信标帧或若干信标帧中发送。全部标记信息的广播间隔的值设置为使得标记信息能够至少在阶段1到阶段3期间被发送。

在IVSD端，当IVSD20随着车辆驶入接近覆盖范围50，IVSD接收包括在由RSH广播的信标帧消息中的标记信息，并且随后检查RSH40的ID(例如AutoAccess_ISPName_DeviceID)和因特网服务提供者70(SP)的名称是否有效，即存储的用户账户被允许访问由“ISPName”部分标识的SP。其还可检查ID，具体地，检查其特殊标记AutoAccess，以判定检测的RSH是否能够支持在此描述的无线连接功能，即推断基于ID名称中“AutoAccess”部分支持功能的能力。如果ID、SP名称或功能指示器中的任何一个无效，IVSD可于当下停止进一步的连接过程步骤。这在图7中示出，图7为处于自动访问程序中的IVSD行为的流程图。

首先，IVSD接收包括由RSH广播的标记信息的背信标帧消息并且发现标记信息(步骤710)。还提取包括在标记信息中的网络连接参数、ID和其他信息。随后，在步骤720处，检查RSH的设备ID和服务提供者(SP)名称。已知的设备ID和已知的服务提供者名称大体上对IVSD指示出热点可用于访问。如果IVSD中的用户账户被允许访问指示出支持在此描述的无线连接功能的SP和ID，即如果ID、SP名称和功能指示器的检查反馈有效的结果，IVSD作出IVSD-RSH关联(图5中的步骤520)。随后如图7中示出的执行该关联。首先，在步骤730处，IVSD与RSH协作彼此关联。例如，这可由IVSD或其自动关联单元254将关联请求发送到RSH以设置用于进一步认证的暂时连接开始。RSH、或其自动关联单元364将检查包括在关联请求框中的IVSD设备ID，并且如果IVSD设备ID有效，随后通过发送确认ACK作为信号交换来回答，以建立暂时连接。如果该确认在IVSD处被接收，IVSD成功与RSH相关联(步骤740)。如将进一步描述的，RSH还可以包括其ACK消息的唯一索引，用于IVSD从包括在标记信息中的网络连接参数中选择网络连接参数的唯一子集，以便稍后在网络建立期间用于建立无线连接。IVSD将继续发送关联请求，直至与RSH成功关联。

一旦关联，IVSD将请求认证。大体上，是IVSD开始认证过程。在步骤750处，IVSD通过将认证请求发送到RSH开始认证过程。该请求可由IVSD的自动关联单元254发送。IVSD可通过本地RSH(图5中的步骤530)或通过远程MS(图5中的步骤540)来认证。无论何种方式，如果成功认证，IVSD被RSH通知，例如，通过来自RSH的ACK消息，以确认成功认证。如果认证成功并且确认(步骤760)，IVSD将开始设置其网络连接参数(步骤770、步骤550)以将IVSD连接至RSH40，并且以此连接至回程网络30。建立IVSD和RSH之间的无线连接、即建立IVSD和RSH之间进一步的消息交换和其他配合可符合标准协议，诸如例如IEEE 802.11标准中规定的。

由IVSD在步骤770处设置的网络连接参数包括在标记信息中，标记信息包含在步骤710处由RSH40广播并且由IVSD接收的信标帧消息中。由于在此时IVSD已经具有网络连接参数，因此在认证步骤760之后对于IVSD来说不需要获得这些网络连接参数，因此减少用于建立IVSD和RSH的无线连接需要的时间。

在设置无线连接期间或在设置无线连接之后，IVSD可通过将请求发送到RSH来请求另外的网络参数(例如，用于建立虚拟专用网络的网络参数)，IVSD将请求发送到RSH对应与RSH将广播中的请求信息发送到IVSD。

通常来说，标记信息不仅包括一个网络地址，然而可包括若干网络地址，经常地，包括一系列网络地址。可以采用合适的防冲突方案来防止若干接近的几乎同时进入覆盖区域的车辆(即，多个IVSD)使用相同网络参数的发生。例如，RSH在其向IVSD发送的关联ACK中可包括仅与IVSD关联的索引。因此，每个IVSD将从相同范围的网络地址选择由唯一索引唯一标识的不同的网络参数集，因此避免了任何使用相同参数的缓存冲突(例如，使用相同的因特网IP地址)。

图8为描述了在接收关联请求之后在自动访问程序中的RSH行为的流程图。RSH一直广播标记信息(步骤510)。IVSD使用标记信息以识别网络并且将关联请求发送到RSH来建立无线连接。当RSH在步骤810处接收关联请求时，其将检查IVSD是否具有对RSH已知的设备或用户ID(即，设备ID在允许的设备列表中)(步骤820)。如果ID无效，RSH可停止与请求的IVSD作出关联的过程的进一步步骤。如果设备或用户ID对于RSH已知，例如，设备ID在允许设备的列表中，RSH将用关联确认回答，或发送ACK消息(步骤830)。浙江完成IVSD和RSH之间的关联。一旦关联，IVSD将请求其认证并且RSH将等待该认证请求(步骤840)。一旦来自IVSD的认证请求在步骤840处被接收，RSH将检查用户账户信息是否被保留在本地(步骤850)，例如，保留在其用户账户管理器。如果这样的话，RSH40将在步骤860处在本地认证用户。否则，MS60的认证服务器将远程认证用户(步骤870)。

如已经描述的，RSH在选择的储存时长内储存用户账户信息。RSH因此首先检查用户的用户账户信息或数据是否储存在本地，并且如果储存在本地，作出本地认证。用户账户信息可为用户访问证书，诸如用户的用户名和访问密码、或加密的或散列的版本等。如果用户账户信息或数据未储存在RSH的数据储存器中，随后RSH40与MS60通信并且协作以在步骤540、870处认证用户。为了远程认证用户，RSH在IVSD20和MS60之间转发认证消息，然而并不在本地处理该消息(即，在RSH处不会执行本地认证)。还有可能的是，自从上次连接(即，上次成功认证)，用户已经更新其账户信息。这将导致本地认证的失败。如果本地认证失败，还将执行远程认证(步骤870)。

如果远程认证了用户并且成功认证，用户账户信息在选择的储存时长(即，预选择的时长，诸如一个月)内在RSH中本地存储(或更新)(步骤560、步骤880)，或在RSH中本地存储(或更新)直至存储溢出。在连接会话期间，MS60将记录用户登录活动、网络使用数据、以及网络访问信息，诸如作出访问(步骤570)的时间和地点，基于此计算任何网络使用或访问费用。

为了进一步改善连接性能，在连接过程或连接会话期间需要减少不必要的连接费用。出于此目的提供链路速率调节单元244，链路速率调节单元244应用回程网络信息和其他关于网络条件的信息来减少费用。将减少需要链路速率在可用带宽之上和在由其他网络条件限制的传输性能之外的尝试。回程网络信息可包括：当前可用带宽、当前关联用户数量、RSH传输缓存状态(高占有率或低占有率)。现参考图9进一步解释其操作，图9为一种链路速率调节方法的流程图。

在任何给出的时间处，当IVSD和RSH之间存在数据传输时，连接以具体的链接速度α建立(步骤910)。IVSD将周期性地收集连接数据并且监控连接统计，诸如丢包速率。这提供了关于链路速率α是否可以增加以实现更好的吞吐量或者是否应该降低链路速率以维持更好的网络连接的指标。该指标可从诸如基于帧丢失的速率调节算法的算法计算出，该算法在确切的监控持续时间段期间计算框帧丢失统计(步骤920)。这样的算法的示例包括自动速率回落(ARF)算法和适应性ARF(AARF)算法。评估该指标以确定连接是增加还是减少(步骤930)。如果指标建议链路速率减少，在将帧发送至RSH时IVSD将减少链路速率(步骤940)。如果计算建议增加链路速率，执行应用功能的进一步计算(步骤950)以判定网络条件(例如，可用回程网络带宽)是否允许传输速率增加高于确切的水平。仅在计算的结果只是处网络的额外的传输性能可用于速率增加的情况下，将链路速率设置为下一个更高的水平，即增加的水平；否则，链路速率保持在当前速率水平α。

效用函数被设计为合并的指标，其包含与网络传输能力相关的选择的多个输入，诸如回程网络的带宽和连接的RSH设备的负载。当网络带宽或负载不支持这种尝试的速率增加到增加的链路速率时，尤其是当车辆行驶经过RSH的覆盖区域时，使用效用函数有助于减少低效的上行链路速率调整尝试。效用函数可为概述驱动函数，以选择输出U值，或可为多个输入加权的和，即系数项之和。在系数项之和中，为每个输入变量分配一个加权因子，以分别显示对U的贡献。使用效用函数，如果U＝+1，则允许请求的(或尝试的)链路速率增加；并且如果U＝-1，则不允许速率增加。

在一个实施例中，效用函数的形式可为：U＝(整体带宽、当前可用带宽、当前关联用户、缓存状态)

其中

1)整体带宽：回程网络能够提供的传输带宽；整体带宽越大，U的值为+1的概率越大；

2)当前可用带宽：回程网络的剩余可用传输带宽；当前可用带宽越大，U的值为+1的概率越大；

3)当前关联用户：已经关联至RSH的用户数量，是RSH负载的指标；当前关联用户越多，U的值为+1的概率越大；

4)缓存状态：在RSH的数据路径中的传输队列的状态：如果缓存被高度占用，其指示出剩余的缓存存储器被限制，反之亦然；如果缓存被高度占用，U的值为-1的概率更高。

效用函数的输入通过RSH的广播周期性地或一旦由IVSD中的一者请求被发送到每个IVSD。另一方面，每次RSH设备从回程网络接收输入信息，例如，因特网服务提供者或回程网络上的其他节点，RSH本地存储该信息以用于随后广播至在其覆盖区域中的IVSD。这在图10中进一步示出。

现参考图11和图12，示出了用户具体的优先级和网络传输优先级值之间的映射。如图11和图12所示，用户数据可标记为高优先级流量或低优先级流量，即延迟容忍或延迟敏感。车载设备的流量分类单元242确保用户做出分类和标记。便利地，可以为来自给定用户或用户设备的所有流量分配优先级参数。用户或用户设备ID，诸如用户设备的MAC地址，可用来识别用户或用户设备。可替代地，用户应用可标记其数据流量为高或低优先级。如图12所示，可通过应用将标记1202添加到车载数量的有效负载1204中。因此，流量分类单元242识别该标记并且映射该标记，即基于预指示的映射方案，或可简单地转发到RSH来映射。例如，标记为延迟敏感的数据流量在无线帧1208的用户优先级部分1206中可映射为高用户优先级(值为7)，并且标记为延迟容忍的数据流量可映射为低用户优先级(值为0)。优先级的有效负载、即以来自用户优先级1206映射的优先级标记的数据负载1210经过车载设备和RSH之间的无线连接传输至RSH。可替代地，数据分类单元242或车载设备可在传输有效负载1212中放置优先级标记1202以指示出帧的流量类型(延迟容忍或延迟敏感)，并且将传输有效负载发送到RSH，并不在IVSD处本地映射用户优先级。RSH的优先级映射单元340读取接收的无线帧的用户优先级部分1210或数据类型标记1202，并且因此将其映射为回程传输优先级值1214。例如，如果用户优先级值1206为7或流量类型标记为延迟敏感，回程优先级值1214可设置为高的值(即，映射为高的值)；并且如果用户优先级值1206为0或流量类型标记1202为延迟容忍，回程传输优先级值1214可设置为低的值(即，映射为低的值)。如图12所示，回程传输优先级1214通常位于数据帧中的标题部分1216中。

图13为示出了数据流量的用户优先级的标记以及用户指定的优先级到网络优先级的映射的流程图。

首先，在步骤1310处，在IVSD处设置用户具体的优先级。这可能以任何适合的方式设置。例如，车载用户可将来自用户设备的数据流量标记为高或低优先级。声音或视频数据可标记为延迟敏感或高优先级，并且数据的分享可标记为延迟容忍或低优先级。例如，在智能手机处提供用户界面，并且用户可使用用户界面来将来自该智能手机的全部数据流量标记为高优先级。一旦被用户标记，IVSD随后根据用户选择分别在这些流量帧中设置用户优先级部分(UPS)。如一个示例，用户优先级(“UP”)的数字值可为1到7，7为高优先级流量并且1为低优先级流量。可替代地，生成数据流量的用户应用可在数据流量帧中添加具体部分来指示出该帧为延迟敏感或延迟容忍的，并且IVSD识别该部分并且因此设置UPS。优先级可在连接阶段期间设置，或当存在到RSH的新的无线连接或当新的用户设备连接至IVSD时可设置优先级。IVSD将用户数据流量传输至具有标记优先级的RSH。

接下来，在步骤1320处，RSH从IVSD接收标记的数据流量并且首次检查数据帧是否已经分配了高UP值或低UP值。RSH根据由用户或用户应用标记的UP值将网络优先级值标记到来自IVSD的数据流量。例如，RSH可识别流量已经用高UP值标记或读取在有效负载中的流量类型标记为延迟敏感的，并且将因此设置最高DSCP值，也就是7(步骤1330)。如果RSH识别流量已经用低UP值标记并且将因此设置最低DSCP值，也就是1(步骤1340)。RSH将随后用网络优先级值、即DSCP值标记数据流量(步骤1350)。接下来，RSH将具有标记的DSCP值的数据流量传输到回程网络，然而首先仅传输高DSCP值的流量(步骤1360)。如果没有发送，任何低优先级的流量将在发送之前首先被缓存，直至没有高优先级的流量剩余。缓存的低优先级流量可由于缓存溢出而被删除。

根据优先级的盖传输还可在IVSD处执行。例如，IVSD将检查是否全部标记有高UP值的数据流量已经被发送，并且在开始发送标记有低UP值的数据流量之前，将保持发送全部标记有高UP值的数据流量，即使是这样的低UP值的数据流量在之前已经生成。

在回程中，即在流量从回程网络30流向RSH40以及从RSH40到IVSD20，应用逆向映射。换言之，RSH优先级映射单元340首先判定返回的数据标记有高DSCP值还是低DSCP值(步骤1410)。如果标记有高DSCO值，用户优先级值设置为高的值(步骤1420)。如果标记有低DSCP值，用户优先级值设置为低的值(步骤1430)。随后用映射的用户优先级值标记数据(步骤1440)并且将数据发送回IVSD。在数据传输回IVSD期间，标记有高用户优先级值的数据被首先传输到IVSD，并且仅在全部标记有高UP值的数据流量移动被发送之后，标记有低用户优先级值的数据被传输到IVSD(步骤1450)。

已经详细描述了本发明的多种实施例。本领域中的技术人员将要领会的是，在不背离由所附的权利要求限定的本发明的范围的前提下，可对这些实施例作出多种修改、调整和变化。应当对权利要求的范围给出与整体描述一致的最宽泛的解释，而并不应当限制为在示例中陈述的这些实施例或详细描述。

Claims (27)

1.一种通过连接至远程通信网络的路边热点RSH设备将车辆内部的车载设备连接至所述远程通信网络的方法，所述方法包括步骤：

在从所述车载设备接收任何请求之前，所述路边热点RSH设备广播包括标记信息的信标帧消息，所述标记信息包括无线网络连接参数、回程网络的带宽和所述路边热点RSH设备的标识符；

在网络连接会话中，

所述车载设备接收RSH信标帧消息以检测所述标记信息并且提取包括在所述标记信息中的所述无线网络连接参数、所述回程网络的带宽和所述路边热点RSH设备的标识符；

所述车载设备通过检查所述无线网络连接参数和所述路边热点RSH设备的标识符来验证对所述路边热点RSH设备的无线连接的支持，一旦成功验证，所述车载设备与所述路边热点RSH设备协作以使用所述车载设备的标识符与所述路边热点RSH设备相关联；

所述路边热点RSH设备将确认消息发送至所述车载设备以确认所述车载设备的成功验证；以及

一旦接收所述确认消息，所述车载设备根据在所述网络连接会话之前从所述路边热点RSH设备接收的所述标记信息中已经提供和包括的所述无线网络连接参数和所述回程网络的带宽，建立到所述路边热点RSH设备的无线连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其中包括在接收自所述路边热点RSH设备的RSH信标帧消息中的所述无线网络连接参数包括网络地址并且所述车载设备在所述网络地址处连接至所述远程通信网络。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在RSH信标帧消息中接收的所述无线网络连接参数包括多个网络地址并且所述方法还包括步骤：

所述车载设备在所述网络连接会话期间从所述多个网络地址中选择一个网络地址；以及

所述车载设备在选择出的网络地址处连接至所述远程通信网络。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述车载设备在所述网络连接会话期间利用所述车载设备的唯一标识符选择网络地址。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述车载设备在所述网络连接会话期间利用在关联步骤期间从所述路边热点RSH设备接收的唯一索引选择网络地址。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：

所述车载设备基于与网络传输能力相关的输入计算效用函数的值；以及

仅当计算出的所述效用函数的值指示出网络传输能力能够支持增加的链路速率的情况下，所述车载设备增加其无线连接的链路速率。

7.根据权利要求6所述的方法，其中与网络传输性能力有关的所述输入包括回程网络的传输带宽、所述路边热点RSH设备的负载、以及在所述路边热点RSH设备处的传输队列的缓存状态中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：

所述车载设备根据延迟传输的容忍度对输出数据流量分类和标记；

仅在低于所述延迟容忍度的所有输出数据流量的传输完成之后，所述车载设备传输高于所述延迟容忍度输出数据流量；

所述路边热点RSH设备将所述输出数据流量的标记的延迟容忍度映射为网络传输的优先级值，将更高的延迟容忍度映射为更高的优先级；以及

仅在全部的更高优先级输出数据流量的传输已经完成之后，所述路边热点RSH设备从所述车载设备传输更低优先级的输出数据流量。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述路边热点RSH设备将返回的数据流量分配到对应于与对应的输出数据流量相同优先级和相同延迟容忍度的输出数据流量的车载设备，并且所述方法还包括：

仅在全部的更高优先级的返回数据流量的传输完成之后，所述路边热点RSH设备将更低优先级的返回数据流量传输到车载设备。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括：

提供所述车载设备的网关网络接口，用于将车辆中的多个用户设备通过所述车载设备连接至所述网络。

11.根据权利要求10所述的方法，其中源自多个用户设备的用户设备的全部数据流量共享相同的延迟容忍度标记。

12.根据权利要求10所述的方法，其中源自在多个用户设备的用户设备上执行的用户应用的全部数据流量共享相同的延迟容忍度标记。

13.根据权利要求1所述的方法，其中车载设备为具有用于对车辆内的另一用户设备提供网络连接的网络接口的车载智能设备。

14.一种路边热点设备将车载设备连接至远程通信网络的方法，所述远程通信网络连接至所述路边热点设备，所述方法包括所述路边热点设备的如下步骤：

在从所述车载设备接收任何请求之前，广播用于被所述车载设备接收的信标帧消息，所述信标帧消息包括无线网络连接参数、回程网络的带宽和所述路边热点设备的标识符；

在网络连接会话中，

当从所述车载设备接收关联请求时关联所述车载设备，所述关联请求包括所述车载设备的标识符；

当从所述车载设备接收认证请求时认证所述车载设备并且将确认消息发送到所述车载设备以确认成功认证；

根据包括在所述信标帧消息中并且已经在所述网络连接会话之前发送到所述车载设备的无线网络连接参数和回程网络的带宽，建立与所述车载设备的无线连接，以将所述车载设备连接至所述远程通信网络。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

在关联期间所述路边热点设备将唯一索引发送到所述车载设备，

其中所述路边热点设备使用由所述车载设备基于所述唯一索引确定的无线网络连接参数的子集建立与所述车载设备的无线连接。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括：

从接收自所述车载设备的数据流量提取优先级标记并且确定与所述数据流量的每个数据帧关联的优先级值；以及

在与更高的优先级值相关联的数据帧的传输完成之后传输与更低的优先级值相关联的数据帧，其中所述优先级值已经由所述路边热点设备接收。

17.一种将车载设备通过路边热点RSH设备连接到远程通信网络的方法，所述路边热点RSH设备连接至所述远程通信网络，所述方法包括步骤：

在将任何连接请求发送到所述路边热点RSH设备之前，接收由所述路边热点RSH设备广播的RSH信标帧消息并且提取包括在所述RSH信标帧消息中的无线网络连接参数、回程网络的带宽和所述路边热点RSH设备的标识符；

在网络连接会话中，

通过检查所述无线网络连接参数和所述路边热点RSH设备的标识符验证对到所述路边热点RSH设备的无线连接的支持；

一旦成功验证，与所述路边热点RSH设备协作以使用所述车载设备的标识符与其相关联；

将认证请求传输到所述路边热点RSH设备；以及

一旦从所述路边热点RSH设备接收成功认证的确认消息，根据在所述网络连接会话之前在所述RSH信标帧消息中已经接收的无线网络连接参数和回程网络的带宽，建立到所述路边热点RSH设备的无线连接。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述无线网络连接参数包括多个网络地址，并且所述方法还包括，在所述网络连接会话期间：

从所述多个网络地址中选择一个网络地址，

其中所述车载设备在选择出的网络地址处连接至所述远程通信网络。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述无线网络连接参数包括多个网络地址，并且所述方法还包括，在所述网络连接会话期间：

在关联期间从接收自所述路边热点RSH设备的关联消息提取唯一索引；以及

基于来自包括在所述RSH信标帧消息中的所述无线网络连接参数的所述唯一索引确定所述无线网络连接参数的子集，

其中使用所述无线网络连接参数的子集建立无线连接。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述无线网络连接参数的子集包括唯一网络地址并且所述车载设备在所述唯一网络地址处连接至所述网络。

21.根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：

基于与网络传输能力相关的输入计算效用函数的值；以及

仅在计算出的所述效用函数的值指示出网络传输能力能够支持增加的链路速率的情况下，增加无线连接的链路速率。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述效用函数的所述输入包括以下几项中的至少一者：回程网络的传输带宽、所述路边热点RSH设备的负载、以及在所述路边热点RSH设备处的传输队列的缓存状态。

23.根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：

根据对延迟传输的容忍度对输出数据流量进行分类和标记；以及

仅在低于所述延迟容忍度全部输出数据流量的传输完成之后，传输高于所述延迟容忍度输出数据流量。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括步骤：

根据从所述延迟容忍度到用户优先级的映射方案将用户优先级值分配给输出数据流量，更高的所述延迟容忍度被映射到更高的优先级。

25.根据权利要求23所述的方法，还包括：

提供所述车载设备的网关网络接口，用于将车辆中多个用户设备通过所述车载设备连接到所述网络。

26.根据权利要求25所述的方法，其中源自所述多个用户设备的一个用户设备的全部数据流量共享共同的延迟容忍度标记。

27.根据权利要求25所述的方法，其中源自在所述多个用户设备的一个用户设备上执行的用户应用的全部数据流量共享共同的延迟容忍度标记。

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