DE10200119B4 - Communication system and communication method for vehicle-to-vehicle communication - Google Patents

Abstract

Kommunikationssystem für ein Fahrzeug (1) mit – Mitteln (4) zur Bestimmung einer Nachrichtendichte, – Mitteln (5) zur Auswahl zumindest eines ersten oder eines zweiten Übertragungsverfahrens in Abhängigkeit von der Nachrichtendichte, – Mitteln (9) zur Signalisierung der Auswahl des Übertragungsverfahrens an andere Fahrzeuge, die sich in Kommunikationsreichweite befinden, wobei es sich zumindest bei dem zweiten Übertragungsverfahren um ein zeitrahmenbasiertes Verfahren handelt, und jeder der Zeitrahmen (N, N + 1) in Zeitschlitze unterteilt ist, wobei ein vorbestimmter Zeitschlitz (9) in jedem Zeitrahmen zur Signalisierung des ausgewählten Übertragungsverfahrens dient.Communication system for a vehicle (1) with - means (4) for determining a message density, - means (5) for selecting at least a first or a second transmission method as a function of the message density, - means (9) for signaling the selection of the transmission method other vehicles in communication range, wherein at least the second transmission method is a time frame-based method, and each of the time frames (N, N + 1) is divided into time slots, wherein a predetermined time slot (9) in each time frame Signaling of the selected transmission method is used.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem und ein Kommunikationsverfahren für die Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikation, insbesondere für die Kommunikation zwischen Kraftfahrzeugen, sowie ein entsprechendes Computerprogramm.The invention relates to a communication system and a communication method for vehicle-to-vehicle communication, in particular for the communication between motor vehicles, as well as a corresponding computer program.

Dezentral organisierte Funknetze sind seit Ende der achtziger Jahre ein intensiv bearbeitetes Forschungsgebiet. So existiert eine Reihe von Ansätze für Funkkommunikationsprotokolle, die für bestimmte Anwendungsfälle optimiert wurden und die sich z. B. in der Netztopologie, den Anwendungsszenarien oder der Mobilität der Stationen unterscheiden.Decentralized radio networks have been an intensively researched field since the end of the eighties. Thus, there are a number of approaches for radio communication protocols that have been optimized for specific applications and z. In the network topology, the application scenarios or the mobility of the stations.

Heutige Standards für Ad-hoc-Netze, wie ETSI HIPERLAN Typ 1 oder IEEE 802.11, tolerieren nur vergleichsweise geringe Relativgeschwindigkeiten der Endgeräte (weniger als 10 m/s) und gestatten im Allgemeinen keine schnellen Topologieänderungen, z. B. aufgrund langer Registrierungsphasen.Today's standards for ad-hoc networks, such as ETSI HIPERLAN Type 1 or IEEE 802.11, tolerate only relatively low terminal relative speeds (less than 10 m / s) and generally do not permit rapid topology changes, e.g. Due to long registration phases.

Aus dem Stand der Technik sind ferner Kommunikationssysteme bekannt, die den Aufbau einer Infrastruktur mit festen Zugangsknoten, z. B. entlang einer Autobahn erforderlich machen. Hierzu gehört das Ricochet-Netzwerk. Nachteilig ist hierbei, dass die Kommunikation zwischen Fahrzeugen immer über die feste Infrastruktur erfolgt, so dass der Anwendungsbereich auf Gebiete begrenzt ist, die entsprechend mit festen Stationen versorgt sind.From the prior art communication systems are also known, the construction of an infrastructure with fixed access nodes, z. B. along a highway required. This includes the Ricochet network. The disadvantage here is that the communication between vehicles is always on the fixed infrastructure, so that the scope is limited to areas that are supplied with fixed stations accordingly.

Das System „PARROT” (Programmable Adaptive Relay with Revert-back Onword Transmission) der Firma SALBU R&D Ltd., Südafrika, ist ein prototypisches System für die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, welches in einem Frequenzband bei 50 MHz mit einer Sendeleistung von bis zum 60 W arbeitet.The "PARROT" system (Programmable Adaptive Relay with Reverse-back Onword Transmission) from SALBU R & D Ltd., South Africa, is a prototypical system for vehicle-to-vehicle communication which operates in a frequency band at 50 MHz with a transmission power of works up to 60W.

Aufgrund der niedrigen Frequenzen und der Sendeleistung können Reichweiten von bis zu 100 km und in Abhängigkeit von der Funkreichweite Datenraten von derzeit 80 kbit/s erreicht werden. Für das Routing werden Parameter der Funkkanäle gemessen und in der Pfadbestimmung mit berücksichtigt. Da die niedrige Funkfrequenz in Kombination mit der hohen maximalen Sendeleistung des PARROT-Systems höhere Funkabdeckung erlaubt, ist für PARROT eine geringere Dynamik der Netztopologie zu erwarten. Weiterhin werden die Positionsdaten der Fahrzeuge in PARROT nicht für die Optimierung der Routen ausgenutzt.Due to the low frequencies and the transmission power, data rates of up to 100 km and, depending on the radio range, data rates of currently 80 kbit / s can be achieved. For routing, parameters of the radio channels are measured and taken into account in the path determination. Since the low radio frequency in combination with the high maximum transmission power of the PARROT system allows higher radio coverage, a lower network topology dynamics is to be expected for PARROT. Furthermore, the position data of the vehicles in PARROT are not used for the optimization of the routes.

Im EU-Projekt Prometheus wurde Ende der achtziger und zu Beginn der neunziger Jahre auch der Bereich der Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation untersucht. Bei diesen Arbeiten wurden Ansätze für Funkprotokolle entworfen, die allerdings bisher nicht in kommerziellen Systemen realisiert wurden.In the EU project Prometheus, at the end of the eighties and at the beginning of the nineties, the area of vehicle-vehicle communication was also examined. In this work approaches for radio protocols were designed, which have not yet been implemented in commercial systems.

Das BMBF-Projekt Fahrzeug-Funkwarnsysteme zielt ausschließlich auf die Warnung nachfolgender Fahrzeuge ab. Kommunikation im Sinne der Übermittlung beliebiger Daten und Datenformate wird in diesem Projekt nicht angestrebt.The BMBF project Vehicle Radio Alert Systems aims exclusively at the warning of subsequent vehicles. Communication in the sense of transmission of arbitrary data and data formats is not sought in this project.

Im Rahmen der IETF-Aktivitäten zu ”Mobile Ad-hoc Networking” (MANET) wird an den erforderlichen Komponenten zur Realisierung von ”Multihop”-Funknetzen gearbeitet. Die dort vorgeschlagenen Protokolle realisieren das Routing auf IP-Ebene und sind somit grundsätzlich unabhängig von der Netzarchitektur. Diese Ansätze werden unter dem Namen ”IP Micro Mobility” behandelt und lassen sich grob in Verfahren zum „Proxy Tunneling”, „Per-Host Forwarding” und „Mobile Ad-hoc Networking” unterteilen.As part of the IETF activities on "Mobile Ad-hoc Networking" (MANET), the necessary components for the realization of "Multihop" wireless networks are being worked on. The protocols proposed there implement the routing at the IP level and are thus fundamentally independent of the network architecture. These approaches are known as "IP Micro Mobility" and can be broadly divided into "proxy tunneling", "per-host forwarding" and "mobile ad-hoc networking".

Bekannt sind außerdem diverse Kanalzugriffsprotokolle. Die dabei am häufigsten verwendeten stellen ALOHA (bzw. slotted-ALOHA) und CSMA (carrier sense multiple access) dar, die in vielen drahtlosen und drahtgebundenen Systemen zum Einsatz kommen.Also known are various channel access protocols. The most commonly used are ALOHA (or slotted ALOHA) and CSMA (carrier sense multiple access), which are used in many wireless and wired systems.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Mehrfachzugriffsprotokolle bekannt. Einen Überblick über verschiedene Mehrfachzugriffsprotokolle gibt „Computernetzwerke” von Andrew S. Tannenbaum, Prentice Hall, 1998, insbesondere Kapitel 4.2, Seiten 272 ff.Various multiple access protocols are known in the art. For an overview of various multiple access protocols, see "Computer Networks" by Andrew S. Tannenbaum, Prentice Hall, 1998, especially Chapter 4.2, pages 272 et seq.

Bei dem sogenannten ALOHA-System erfolgt die Kanalzuordnung so, dass verschiedene Benutzer unkoordiniert um die Benutzung eines einzelnen Kanals konkurrieren. Dabei unterscheidet man zwischen reinem und unterteiltem ALOHA: bei dem reinen ALOHA Verfahren kann es zu kollidierenden Rahmen bei Mehrfachzugriffen kommen. Durch die Bestätigungsmöglichkeit der Broadcast-Technik kann ein Benutzer jedoch immer feststellen, ob sein gesendeter Rahmen zerstört wurde, indem der Benutzer die entsprechenden Meldungen des Kanals abhört.In the so-called ALOHA system, the channel allocation is done so that different users compete uncoordinated for the use of a single channel. A distinction is made between pure and subdivided ALOHA: in the pure ALOHA method, colliding frames can occur in the case of multiple accesses. However, the ability to confirm the broadcast technique always allows a user to determine if their transmitted frame has been destroyed by listening to the channel's corresponding messages.

Falls der Rahmen zerstört wurde, wartet der Benutzer eine zufällig gewählte Zeitspanne und sendet ihn dann nochmals. Solche Systeme, in denen Benutzer einen gemeinsamen Kanal so benutzen, dass es zu Kollisionen kommen kann, sind allgemein als Konkurrenzsysteme (Contention Systems) bekannt.If the frame has been destroyed, the user waits for a random time period and then sends it again. Such systems, in which users use a common channel so that collisions can occur, are commonly known as contention systems.

Bei dem unterteilten ALOHA-Verfahren wird die Zeit in einzelne Intervalle eingeteilt, wobei jedes Intervall einem Rahmen entspricht. Bei diesem Verfahren darf im Gegensatz zum reinen ALOHA ein Benutzer nicht sofort senden, sobald ein Zeilenrücklauf angegeben wird. Statt dessen muss auf den nächsten Zeitschlitz gewartet werden. Insofern handelt es sich bei dem unterteilten (slotted) ALOHA-Verfahren um eine zeitdiskrete Variante des reinen ALOHA.In the subdivided ALOHA method, the time is divided into individual intervals, each interval corresponding to one frame. In this method, in contrast to the pure ALOHA Do not send user immediately when a Rewind is specified. Instead, you have to wait for the next time slot. In this respect, the slotted ALOHA method is a time-discrete variant of the pure ALOHA.

Ein weiteres bekanntes Zugriffsverfahren ist das Reservation-ALOHA(R-ALOHA)-Verfahren. Bei R-ALOHA wird ein Rahmen eingeführt, der periodisch wiederkehrt. Ist ein Zeitschlitz in einem Rahmen belegt, gilt er für folgende Rahmen solange als belegt, bis er wieder (implizit oder explizit) freigegeben wird. Die Belegung eines Zeitschlitzes wird üblicherweise so lange aufrecht erhalten, bis der Sendepuffer leer ist. Der erste Zugriff auf den Zeitschlitz erfolgt im Wettbewerbsmodus. (Literatur: (1) S. S. Lam, ”Packet Broadcast Networks – A Performance Analysis of R-ALOHA Protocol”, IEEE Trans. on Computers, vol. C-29, no. 7, Jul. 1980, pp. 596–603, (2) S. Tasaka ”Stability and Performance of R-ALOHA Packet Broadcast System”, IEEE Trans. on Computers, vol. C-32, no. 8, Aug. 1983, pp. 717–726.)Another known access method is the Reservation ALOHA (R-ALOHA) method. R-ALOHA introduces a frame that returns periodically. If a time slot is occupied in a frame, it is considered occupied for the following frames until it is released again (implicitly or explicitly). The occupancy of a time slot is usually maintained until the transmit buffer is empty. The first access to the time slot is in competition mode. (References: (1) SS Lam, "Packet Broadcast Networks - A Performance Analysis of R-ALOHA Protocol", IEEE Trans. On Computers, vol. C-29, no. 7, Jul. 1980, pp. 596-603, (2) S. Tasaka "Stability and Performance of R-ALOHA Packet Broadcast System", IEEE Trans. On Computers, vol. C-32, no. 8, Aug. 1983, pp. 717-726.)

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Kommunikationssystem und ein verbessertes Kommunikationsverfahren für die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation zu schaffen sowie ein entsprechendes Computerprogramm.The invention has for its object to provide an improved communication system and an improved communication method for the vehicle-to-vehicle communication and a corresponding computer program.

Aus der US 6,292,475 B1 ist ein Verfahren zur drahtlosen Kommunikation zwischen Knoten eines Kommunikationssystems bekannt, bei dem bei einem hohen Daten-Aufkommen zwischen einzelnen Knoten zwischen zwei Knoten auf eine Kommunikation gewechselt wird, bei der ein zu dem ersten Kanal orthogonaler Kommunikationskanal gewählt wird, um die Bandbreite der Kommunikation zu vergrößern.From the US 6,292,475 B1 a method for wireless communication between nodes of a communication system is known in which is switched at a high data volume between individual nodes between two nodes to a communication in which an orthogonal to the first channel communication channel is selected to the bandwidth of the communication enlarge.

Aus der DE 199 09 276 A1 ist eine Einrichtung zur Warnung vor Staus und zur Übertragung von Nachrichten zwischen Fahrzeugen bekannt. Insbesondere werden Daten über Verkehrsstörungen oder Staumeldungen zwischen Fahrzeugen übertragen.From the DE 199 09 276 A1 is a device for warning against traffic jams and transmission of messages between vehicles known. In particular, traffic disruption or traffic jam data is transmitted between vehicles.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche jeweils gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object underlying the invention is achieved with the features of the independent claims respectively. Preferred embodiments of the invention are indicated in the dependent claims.

Die Erfindung ermöglicht eine Anpassung des für die Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikation gewählten Übertragungsverfahrens an die Nachrichtendichte. Die Nachrichtendichte wird im Allgemeinen mit der Verkehrsdichte innerhalb der Kommunikationsreichweite korreliert sein.The invention enables adaptation of the communication method chosen for the vehicle-to-vehicle communication to the message density. The message density will generally be correlated with the traffic density within the communication range.

Bei einer geringen Nachrichtendichte wird ein Übertragungsverfahren gewählt, welches nur einen geringen Verwaltungsaufwand erforderlich macht, wie z. B. das ALOHA-Verfahren oder das slotted ALOHA-Verfahren.In a low message density, a transmission method is selected, which requires only a small administrative burden, such. For example, the ALOHA method or the slotted ALOHA method.

Dies ist insbesondere deshalb besonders vorteilhaft, da bekannte Kanalzugriffsverfahren für Funksysteme einen im Wesentlichen direkten Zusammenhang zwischen dem Verwaltungsaufwand, der für einen Zugriff erforderlich ist und der Effizienz der Kanalausnutzung aufweisen.This is especially advantageous because known channel access methods for radio systems have a substantially direct relationship between the overhead required for access and the efficiency of channel utilization.

Das ALOHA-Verfahren, bei dem ein Sendewunsch zu einer Aussendung des Datenpaktes zu einem beliebigen Zeitpunkt führt, hat z. B. eine maximale Kanalausnutzung von ca. 18% (1/2e), andere – wesentlich komplexere Verfahren, bei denen eine Zentraleinheit den Kanal verwaltet und zuweist – erreichen brutto bis zu 100%.The ALOHA method, in which a send request leads to a transmission of the data packet at any time, has z. For example, a maximum channel utilization of approximately 18% (1 / 2e), others - much more complex methods in which a central unit manages and allocates the channel - reach up to 100% gross.

Bei der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation reicht oft ein einfaches Zugriffsverfahren wie ALOHA aus. Durch den geringen Verwaltungsaufwand bei sehr geringer Kanalnutzung kann sogar die Nachricht schneller ausgesendet werden als bei Verwendung eines aufwändigen Zugriffsverfahrens. Erst wenn die Verkehrsdichte und damit auch das Datenaufkommen steigt, wird ein höherwertiges Kanalzugriffsverfahren notwendig, um den benötigten Durchsatz zu erreichen und die Sendeverzögerung der Nachrichten gering zu halten. Die vorliegende Erfindung passt das verwendete Kanalzugriffsverfahren an die Verkehrsdichte an und ermöglicht damit die Verwendung des für die jeweilige Verkehrssituation optimalen Kanalzugriffsverfahren.In vehicle-to-vehicle communication, a simple access procedure such as ALOHA is often sufficient. Due to the low administration overhead with very low channel usage, even the message can be sent out faster than when using a complex access procedure. Only when the traffic density and thus the data volume increases, a higher-quality channel access method is necessary to achieve the required throughput and to keep the transmission delay of the messages low. The present invention adapts the channel access method used to the traffic density and thus makes it possible to use the optimal channel access method for the respective traffic situation.

Bei einer geringen Verkehrsdichte werden von den Fahrzeugen nur geringe Datenmengen ausgesendet. Ein Fahrzeug, dass sich in einer solchen Umgebung befindet, erkennt die geringe Nachrichtendichte und belegt den Kanal für eine zu sendende Nachricht 7.8 nach dem ALOHA-Verfahren.In a low traffic density of the vehicles are transmitted only small amounts of data. A vehicle that is in such an environment detects the low message density and occupies the channel for a message to be sent 7.8 according to the ALOHA method.

Bei einer hohen Verkehrsdichte ist entsprechend auch die Nachrichtendichte auf dem Kommunikationskanal höher. Ein Fahrzeug, dass sich in einer solchen Umgebung wiederfindet, versucht nicht den Kanal nach dem ALOHA-Verfahren zu belegen, sondern sendet statt dessen einen Beacon (Beacon: spezielles Funksignal, dass den Anfang eines Übertragungs-Rahmens kennzeichnet) aus. Mit Hilfe dieses Beacon wird ein Übertragungsrahmen begonnen. Mit dem Erkennen eines Beacon wechseln auch alle anderen Fahrzeuge innerhalb der Funkreichweite aus dem ALOHA-Modus zum höherwertigen Zugriffsverfahren.With a high traffic density, the message density on the communication channel is correspondingly higher. A vehicle that finds itself in such an environment does not attempt to seize the channel according to the ALOHA method but instead transmits a beacon (beacon: special radio signal that marks the beginning of a transmission frame). With the help of this beacon, a transmission frame is started. With the recognition of a beacon, all other vehicles within the radio range also change from the ALOHA mode to the higher-value access method.

Dieses Zugriffsverfahren kann beispielsweise TDMA (Time Division Multiple Access) sein, bei dem die sendewilligen Fahrzeuge einen bestimmten Zeitslot belegen, indem sie ihre Daten aussenden. Die Belegung dieses Slots geschieht dabei typischerweise mit Hilfe einer Contention-Phase während derer die Stationen im konkurrierenden Kanalzugriff eine Kanalbelegung für einen bestimmten Slot oder auch mehrere Slots durchführen. Die Fairness zwischen den verschiednen Stationen wird dabei in der Regel durch sogenannte Back-Off Mechanismen gewährleistet, bei denen eine Station nach erfolgreicher Kanalbelegung zunächst für eine gewisse Zeit warten muss, bevor ein erneuter Kanalzugriff erfolgen darf. Als Zugriffsverfahren kommt in gleicher Wiese auch FDMA (Frequency Division Multiple Access) oder CDMA (Code Division Multiple Access) in Betracht, mit dem Unterschied, dass hier keine Zeitslots, sondern Frequenzkanäle (FDMA) oder Übertragungscodes (CDMA) verteilt werden. Auch eine beliebige Mischung dieser Zugriffsverfahren ist möglich.This access method may be, for example, TDMA (Time Division Multiple Access), in which the vehicles willing to transmit occupy a certain time slot by transmitting their data. The assignment of this slot happens typically with the help of a contention phase during which the stations perform concurrent channel access for channel assignment for a particular slot or even multiple slots. The fairness between the various stations is usually ensured by so-called back-off mechanisms in which a station must first wait for a certain time after successful channel assignment before a renewed channel access may occur. As access method in the same way also FDMA (Frequency Division Multiple Access) or CDMA (Code Division Multiple Access) into consideration, with the difference that here no time slots, but frequency channels (FDMA) or transmission codes (CDMA) are distributed. Any mixture of these access methods is possible.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lässt sich auch ein zentral gesteuertes Zugriffsverfahren realisieren, indem diejenige Station, die den Beacon ausgesendet hat oder auch eine andere Station, die Funktion einer Zentraleinheit übernimmt und die Anforderungen der anderen Stationen auswertet, um die zur Verfügung stehende Übertragungskapazität gemäß diesen Anforderungen zuzuweisen. Dadurch ist die Gewährleistung von bestimmten Übertragungsparametern wie z. B. maximalen Verzögerung zur Einhaltung von Quality of Service (QoS) Anforderungen leichter möglich.In accordance with a further preferred embodiment of the invention, a centrally controlled access method can also be implemented in that the station which has transmitted the beacon or also another station assumes the function of a central unit and evaluates the requirements of the other stations by the available transmission capacity according to these requirements. As a result, the guarantee of certain transmission parameters such. B. maximum delay to comply with Quality of Service (QoS) requirements easier.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird für den Fall geringer Nachrichtendichte, das slotted ALOHA-Verfahren als Zugriffsverfahren gewählt, da hier der maximal erreichbare Durchsatz bei etwa 36% liegt.According to a further preferred embodiment of the invention, in the case of low message density, the slotted ALOHA method is chosen as access method, since the maximum achievable throughput here is about 36%.

Nach einer erfindungsggemäßen Ausführungsform der Erfindung wird als höherwertiges Zugriffsverfahren im Fall erhöhter Nachrichtendichte ein zeitrahmenbasiertes Verfahren mit Zeitschlitzen gewählt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, die Belegung der Zeitschlitze über mehrere Zeitrahmen im Voraus durchzuführen, um somit jedem Kommunikationsteilsnehmer in jedem Rahmen (oder in jedem nten Rahmen) eine bestimmte Kapazität zur Verfügung zu stellen. Dadurch wird die Übertragung von konstantratigen Daten ermöglicht, was insbesondere für die Übertragung von Video- und Audiodaten vorteilhaft ist.According to an inventive embodiment of the invention is selected as a high-quality access method in the case of increased message density, a time frame-based method with time slots. In this case, it is particularly advantageous to carry out the assignment of the time slots over a plurality of time frames in advance in order thus to make available to each communication subscriber in each frame (or in every nth frame) a specific capacity. This allows the transmission of constant data, which is particularly advantageous for the transmission of video and audio data.

Besonders vorteilhaft ist ferner die Verwendung des Reservation-ALOHA-Verfahrens als höherwertiges Zugriffsverfahren im Fall einer erhöhten Nachrichtendichte oder eines anderen TDMA-Verfahrens.It is also particularly advantageous to use the reservation ALOHA method as a high-quality access method in the case of an increased message density or another TDMA method.

Vorteilhaft ist ferner die Verwendung von verschiedenen Funksystemen für die verschiedenen Übertragungsverfahren. Die Funksysteme können sich z. B. hinsichtlich der Funkfrequenzen, Modulationsverfahren und/oder Kanalkodierungen unterscheiden. Dadurch ist es möglich verschiedene Anforderungen hinsichtlich Reichweite und Datenrate, die sich bei unterschiedlicher Nachrichten- und damit auch Verkehrsdichte zusätzlich ergeben können zu erfüllen, indem das jeweils einer gegebenen Anforderung am besten entsprechende Funksystem ausgewählt wird.It is also advantageous to use different radio systems for the different transmission methods. The radio systems can z. B. differ in terms of radio frequencies, modulation methods and / or channel codings. This makes it possible to meet various requirements in terms of range and data rate, which can also result in different message and thus traffic density by the best each corresponding to a given request radio system is selected.

Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenFurthermore, preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it

1 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems, 1 a block diagram of a preferred embodiment of a communication system according to the invention,

2 eine Ausführungsform eines zeitrahmenbasierten Kanalzugriffsverfahrens mit einer Signalisierung der Auswahl des Zugriffsverfahrens, 2 an embodiment of a time frame-based channel access method with a signaling of the selection of the access method,

3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation. 3 an embodiment of a method according to the invention for the vehicle-to-vehicle communication.

Die 1 zeigt ein Fahrzeug 1, wobei es sich bei dem Fahrzeug beispielsweise um ein Kraftfahrzeug handelt. Das Fahrzeug 1 beinhaltet ein Kommunikationssystem mit einem Sender/Empfänger 2. Der Sender/Empfänger 2 dient zum Empfang von Nachrichten, die von anderen Fahrzeugen in der Kommunikationsreichweite des Fahrzeugs 1 ausgesendet worden sind.The 1 shows a vehicle 1 wherein the vehicle is, for example, a motor vehicle. The vehicle 1 includes a communication system with a transceiver 2 , The transmitter / receiver 2 is used to receive messages from other vehicles in the communication range of the vehicle 1 have been sent out.

Entsprechend dient der Sender/Empfänger 2 zum Senden von Nachrichten des Fahrzeugs 1 an die anderen Fahrzeuge innerhalb der Kommunikationsreichweite. Die Kommunikationsreichweite kann durch die Reichweite der Funkübertragung definiert sein; alternativ kann die Kommunikationsreichweite auch räumlich definiert sein, z. B. durch eine maximale Fahrzeug-zu-Fahrzeug Entfernung.Accordingly, the transmitter / receiver serves 2 for sending messages of the vehicle 1 to the other vehicles within the communication range. The communication range can be defined by the range of the radio transmission; Alternatively, the communication range can also be defined spatially, z. By a maximum vehicle-to-vehicle distance.

Die von dem Sender/Empfänger 2 zu sendenden bzw. empfangenen Nachrichten werden von der Nachrichtenquelle/Nachrichtensenke 3 ausgegeben bzw. empfangen.That of the transmitter / receiver 2 Messages to be sent or received are from the message source / message sink 3 issued or received.

Das Kommunikationssystem hat ferner ein Programm-Modul 4 zur Bestimmung der aktuellen Nachrichtendichte. Hierzu ermittelt das Programm-Modul 4 die Innerhalb einer vorgegebenen Zeiteinheit von dem Sender/Empfänger 2 empfangenen Nachrichten. Dabei können auch die von dem Sender/Empfänger 2 selbst ausgesendeten Nachrichten mit berücksichtigt werden.The communication system also has a program module 4 to determine the current message density. The program module determines this 4 within a given time unit of the transceiver 2 received messages. It is also possible for the transmitter / receiver 2 self-broadcast messages.

Aus der Anzahl der Nachrichten pro Zeiteinheit ergibt sich dann die Nachrichtendichte. Die Nachrichtendichte wird von dem Programm-Modul 5 des Kommunikationssystems verarbeitet. Das Programm-Modul 5 wählt ein Übertragungsverfahren in Abhängigkeit der von dem Programm-Modul 4 ermittelten Nachrichtendichte. Hierzu beinhaltet der Speicher 6 unterschiedliche Übertragungsprotokolle 7 und 8 oder weitere Übertragungsprotokolle.The message density then results from the number of messages per time unit. The message density is from the program module 5 of the communication system. The program module 5 selects a transmission method depending on the program module 4 determined message density. This includes the memory 6 different transmission protocols 7 and 8th or other transmission protocols.

Das Übertragungsprotokoll 7 wird für ein Übertragungsverfahren A gewählt, welches bei geringer Nachrichtendichte zur Anwendung kommt. Hierbei kann es sich beispielsweise um das slotted ALOHA-Verfahren handeln. Das Übertragungsprotokoll 8 dient zur Umsetzung eines Übertragungsverfahrens B für den Fall einer relativ hohen Nachrichtendichte. Bei dem Übertragungsverfahren B handelt es sich vorzugsweise um das Reservation-ALOHA-Verfahren.The transmission protocol 7 is chosen for a transmission method A, which is used at low message density. This may be, for example, the slotted ALOHA process. The transmission protocol 8th is used to implement a transmission method B in the case of a relatively high message density. The transmission method B is preferably the reservation ALOHA method.

Wenn die Nachrichtendichte, die von dem Programm-Modul 4 ermittelt worden ist, unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt, so wählt das Programm-Modul 5 das Übertragungsverfahren A und aktiviert das Übertragungsprotokoll 7 zur Steuerung des Senders/Empfängers 2.When the message density coming from the program module 4 has been determined below a predetermined threshold, so chooses the program module 5 the transmission method A and activates the transmission protocol 7 to control the transmitter / receiver 2 ,

Wenn die Nachrichtendichte oberhalb des Schwellwertes liegt, so aktiviert das Programm-Modul 5, das Übertragungsprotokoll 8 zur Steuerung des Senders/Empfängers 2. Bei einem Übergang von dem Übertragungsverfahren A zu dem Übertragungsverfahren B aktiviert das Programm-Modul 5 ferner einen „Beacon” 9, der von dem Sender/Empfänger 2 zur Signalisierung der Auswahl des Übertragungsverfahrens B an die anderen Fahrzeuge, die sich in Kommunikationsreichweite befinden, übertragen wird. Der Empfang eines solchen Beacons führt dann bei den anderen Fahrzeugen dazu, dass diese ebenfalls in das Übertragungsverfahren B umschalten.If the message density is above the threshold, the program module activates 5 , the transmission protocol 8th to control the transmitter / receiver 2 , In a transition from the transmission method A to the transmission method B, the program module is activated 5 also a "Beacon" 9 that of the sender / receiver 2 signaling the selection of the transmission method B to the other vehicles in communication range. The receipt of such a beacon then leads to the other vehicles that they also switch to the transmission method B.

Ferner ist es möglich, mehrere Schwellwerte zu wählen, wobei jedem Wertebereich ein Übertragungsprotokoll in dem Speicher 6 zugeordnet ist. Dadurch ist eine feinere Abstaffelung der auszuwählenden Übertragungsverfahren je nach Nachrichtendichte möglich.Furthermore, it is possible to select a plurality of threshold values, wherein each value range is a transmission protocol in the memory 6 assigned. As a result, a finer graduation of the transmission method to be selected is possible depending on the message density.

Ferner ist es vorteilhaft, dass bei einem Wechsel zu einem höherwertigen Übertragungsverfahren B bei erhöhter Nachrichtendichte eines der Kommunikationssysteme der Fahrzeuge innerhalb der Kommunikationsreichweite die Funktion einer Zentraleinheit übernimmt. Wenn beispielsweise das Kommunikationssystem des Fahrzeugs 1 eine erhöhte Nachrichtendichte oberhalb des Schwellwerts festgestellt hat und daraufhin zu dem Übertragungsverfahren B wechseln möchte, so nimmt das Kommunikationssystem des Fahrzeugs 1 die Funktion einer Zentraleinheit ein:
Das Kommunikationssystem fragt dann die von den anderen Kommunikationssystemen der Fahrzeuge innerhalb der Kommunikationsreichweite benötigten Übertragungskapazitäten ab. Diese Information dient zur Zuordnung von Zeitschlitzen zu den einzelnen Kommunikationssystemen, je nach deren gewünschter Übertragungskapazität. Vorteilhafterweise erfolgt diese Zuordnung so, dass sie für mehrere aufeinanderfolgende Zeitrahmen fest ist, um konstantratige Datenübertragung zu ermöglichen.Furthermore, it is advantageous that when switching to a higher-value transmission method B with increased message density one of the communication systems of the vehicles within the communication range assumes the function of a central unit. If, for example, the communication system of the vehicle 1 has detected an increased message density above the threshold and then wants to switch to the transmission method B, so takes the communication system of the vehicle 1 the function of a central unit:
The communication system then queries the transmission capacities required by the other communication systems of the vehicles within the communication range. This information is used to assign time slots to the individual communication systems, depending on their desired transmission capacity. Advantageously, this assignment is made so that it is fixed for several consecutive time frames to allow konstantratige data transmission.

Die 2 zeigt eine entsprechende Zeitrahmenstruktur des Übertragungsverfahrens B. Ein Zeitrahmen N beginnt mit einem Beacon 9 zur Signalisierung der Auswahl des Übertragungsverfahrens B. Innerhalb eines Zeitrahmens N schließen sich daran mehrere Datenphasen 11 an, denen jeweils eine sogenannte Contention Phase 10 vorhergeht.The 2 shows a corresponding time frame structure of the transmission method B. A time frame N begins with a beacon 9 for signaling the selection of the transmission method B. Within a time frame N, several data phases close to it 11 each with a so-called contention phase 10 precedes.

Alternativ kann der Zeitrahmen N fest in diskrete Zeitschlitze unterteilt sein, wobei jeweils einer oder mehrere solcher Zeitschlitze je nach der erforderlichen Übertragungskapazität Kommunikationssystemen von Fahrzeugen innerhalb der Kommunikationsreichweite zugeordnet sind.Alternatively, the time frame N may be fixedly divided into discrete time slots, one or more such time slots each being associated with communication systems of vehicles within the communication range, depending on the required transmission capacity.

Wenn sich beispielsweise das Fahrzeug 1 (vgl. 1) zunächst innerhalb eines Bereiches mit geringer Verkehrsdichte und damit auch geringer Nachrichtendichte befindet, so wählt das Kommunikationssystem des Fahrzeugs 1 das Übertragungsverfahren A. Wenn das Fahrzeug 1 dann in einen Bereich höherer Nachrichtendichte, die oberhalb des Schwellwertes liegt, hereinfährt, gibt es zwei Möglichkeiten:

• – Die Fahrzeuge innerhalb dieses Bereiches kommunizieren bereits mittels des Übertragungsverfahrens B, d. h. es werden laufend Beacons 9 innerhalb der Zeitrahmen N ausgesendet. Das Fahrzeug 1 empfängt dann einen solchen Beacon 9 und schaltet automatisch auf das Übertragungsverfahren B um.
• – Die Fahrzeuge in diesem Kommunikationsbereich kommunizieren noch mittels des Übertragungsverfahrens A. Das Fahrzeug 1 übernimmt dann die Umschaltfunktion, d. h. es sendet den Beacon 9 aus, um den anderen Fahrzeugen das Umschalten auf das Übertragungsverfahren B zu signalisieren. Ferner kann das Fahrzeug 1 dann auch die Rolle der Zentraleinheit für die Fahrzeuge innerhalb dieses Kommunikationsbereiches wahrnehmen.

For example, if the vehicle 1 (see. 1 ) is initially located within an area with low traffic density and thus also low message density, so chooses the communication system of the vehicle 1 the transmission method A. When the vehicle 1 then enters an area of higher message density that is above the threshold, there are two possibilities:

• The vehicles within this range are already communicating by means of the transmission method B, ie beacons are constantly being transmitted 9 within the time frame N sent out. The vehicle 1 then receives such a beacon 9 and automatically switches to the transmission method B.
• - The vehicles in this communication area still communicate by means of the transmission method A. The vehicle 1 then takes over the switching function, ie it sends the beacon 9 to signal the other vehicles to switch to the transmission method B. Furthermore, the vehicle 1 then also perceive the role of the central unit for the vehicles within this communication area.

Die 3 zeigt ein entsprechendes Flussdiagramm. In dem Schritt 30 erfolgt die Bestimmung der Nachrichtendichte in dem Kommunikationssystem. Basierend auf der Nachrichtendichte erfolgt in dem Schritt 31 die Wahl des Übertragungsverfahrens: Wenn die Nachrichtendichte unterhalb eines Schwellwertes liegt, wird ein einfaches Übertragungsverfahren mit geringem Verwaltungsaufwand gewählt; wenn die Nachrichtendichte hingegen oberhalb des Schwellwerts liegt, wird ein Übertragungsverfahren mit höherem Verwaltungsaufwand und höherer Bandbreiteneffizienz ausgewählt.The 3 shows a corresponding flow chart. In the step 30 the determination of message density occurs in the communication system. Based on the message density occurs in the step 31 the choice of the transmission method: If the message density is below a threshold, a simple transmission method with a low administrative overhead is selected; on the other hand, if the message density is above the threshold, then a higher overhead and higher bandwidth efficiency transmission method is selected.

Die Auswahl des Übertragungsverfahrens erfolgt dann in dem Schritt 32 durch Signalisierung an die anderen Fahrzeuge in demselben Kommunikationsbereich. Sämtliche Fahrzeuge in dem Kommunikationsbereich schalten dann in dem Schritt 33 auf das gewählte Übertragungsverfahren um.The selection of the transmission method then takes place in the step 32 by signaling to the other vehicles in the same communication area. All vehicles in the communication area then turn on in the step 33 to the selected transmission method.

Danach erfolgt wiederum in dem Schritt 30 die Bestimmung der Nachrichtendichte. Solange sich diese oberhalb des Schwellwertes befindet, erfolgt keine Änderung der Wahl des Übertragungsverfahrens. Sobald jedoch eines der Kommunikationssysteme der Fahrzeuge in dem Kommunikationsbereich feststellt, dass die Nachrichtendichte unterhalb des Schwellwertes liegt, wird auf das einfachere Übertragungsverfahren zurückgeschaltet.After that again takes place in the step 30 the determination of the message density. As long as this is above the threshold value, there is no change in the choice of the transmission method. However, as soon as one of the communication systems of the vehicles in the communication area determines that the message density is below the threshold value, the system switches back to the simpler transmission method.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Fahrzeugvehicle

22

Sender/EmpfängerTransmitter-receiver

33

Nachrichtenquelle/NachrichtensenkeNews Source / News sink

44

Programm-ModulProgram module

55

Programm-ModulProgram module

66

SpeicherStorage

77

Übertragungsprotokolltransfer protocol

88th

Übertragungsprotokolltransfer protocol

99

BeaconBeacon

1010

Contention PhaseContention phase

1111

Datenphasedata phase

3030

Schrittstep

3131

Schrittstep

3232

Schrittstep

3333

Schrittstep

Claims (8)

Kommunikationssystem für ein Fahrzeug (1) mit – Mitteln (4) zur Bestimmung einer Nachrichtendichte, – Mitteln (5) zur Auswahl zumindest eines ersten oder eines zweiten Übertragungsverfahrens in Abhängigkeit von der Nachrichtendichte, – Mitteln (9) zur Signalisierung der Auswahl des Übertragungsverfahrens an andere Fahrzeuge, die sich in Kommunikationsreichweite befinden, wobei es sich zumindest bei dem zweiten Übertragungsverfahren um ein zeitrahmenbasiertes Verfahren handelt, und jeder der Zeitrahmen (N, N + 1) in Zeitschlitze unterteilt ist, wobei ein vorbestimmter Zeitschlitz (9) in jedem Zeitrahmen zur Signalisierung des ausgewählten Übertragungsverfahrens dient.Communication system for a vehicle ( 1 ) with - means ( 4 ) for the determination of a message density, - means ( 5 ) for selecting at least a first or a second transmission method as a function of the message density, - means ( 9 ) for signaling the selection of the transmission method to other vehicles in communication range, wherein at least the second transmission method is a time frame based method, and each of the time frames (N, N + 1) is divided into time slots, wherein a predetermined one Time slot ( 9 ) is used in each time frame to signal the selected transmission method. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Bestimmung einer Nachrichtendichte zur Bestimmung einer Anzahl der pro Zeiteinheit von den anderen Fahrzeugen empfangenen Nachrichten ausgebildet sind.A communication system according to claim 1, wherein said means for determining a message density is for determining a number of the messages received per unit of time from the other vehicles. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei dem ersten Übertragungsverfahren um ein ALOHA-Verfahren oder um ein slotted ALOHA-Verfahren handelt und wobei es sich bei dem zweiten Übertragungsverfahren um ein Reservation ALOHA-Verfahren, ein Time Division Multiple Access (TDMA) Verfahren, ein Frequency Division Multiple Access (FDMA) Verfahren oder um ein Code Division Multiple Access (CDMA) Verfahren handelt.Communication system according to claim 1 or 2, wherein the first transmission method is an ALOHA method or a slotted ALOHA method and wherein the second transmission method is a reservation ALOHA method, a Time Division Multiple Access (TDMA) Method, a Frequency Division Multiple Access (FDMA) method, or a Code Division Multiple Access (CDMA) method. Kommunikationssystem nach einen der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 mit – Mitteln zum Empfang und zur Auswertung von Kommunikationsanforderungen der anderen Fahrzeuge, – Mitteln zur Zuweisung von Übertragungskapazitäten an die anderen Fahrzeuge, je nach den Kommunikationsanforderungen.Communication system according to one of the preceding claims 1 to 3 with Means for receiving and evaluating communication requirements of the other vehicles, - Means of allocating transmission capacity to the other vehicles, depending on the communication requirements. Kommunikationssystem nach Anspruch 4, wobei die Mittel zur Zuweisung von Übertragungskapazitäten so ausgebildet sind, dass die Zuweisung von Übertragungskapazitäten für mehrere Zeitrahmen im Voraus erfolgt.The communication system according to claim 4, wherein the means for allocating transmission capacities is arranged so that the allocation of transmission capacities for a plurality of time frames is performed in advance. Kommunikationsverfahren für die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation mit folgenden Schritten: – Bestimmung einer Nachrichtendichte, – Auswahl von zumindest einem ersten oder einem zweiten Übertragungsverfahren in Abhängigkeit von der Nachrichtendichte, – Signalisierung der Auswahl des Übertragungsverfahrens an andere Fahrzeuge, die sich in Kommunikationsreichweite befinden, wobei es sich zumindest bei dem zweiten Übertragungsverfahren um ein zeitrahmenbasiertes Verfahren handelt, wobei jeder Zeitrahmen in Zeitschlitze unterteilt ist, und wobei die Signalisierung der Auswahl durch Übertragung einer Auswahl-Kennung (9) in einem vorbestimmten Zeitschlitz eines Zeitrahmens erfolgt.A communication method for vehicle-to-vehicle communication, comprising the steps of: - determining a message density, - selecting at least a first or a second transmission method as a function of the message density, - signaling the selection of the transmission method to other vehicles that are in communication range in which at least the second transmission method is a time-frame-based method, each time frame being divided into time slots, and wherein the signaling of the selection by transmission of a selection identifier ( 9 ) takes place in a predetermined time slot of a time frame. Kommunikationsverfahren nach Anspruch 6 mit folgenden weiteren Schritten: – Abfrage von Kommunikationsanforderungen der anderen Fahrzeuge, – Zuweisung von Übertragungskapazitäten in Abhängigkeit von der jeweiligen Kommunikationsanforderung an die anderen Fahrzeuge.Communication method according to claim 6, comprising the following further steps: Interrogation of communication requirements of the other vehicles, - Allocation of transmission capacities depending on the respective communication request to the other vehicles. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Zuweisung von Übertragungskapazitäten für mehrere Zeitrahmen im Voraus erfolgt, und zwar vorzugsweise durch Zuordnung von Kommunikationssystemen der Fahrzeuge zu bestimmten Zeitschlitzen in den Zeitrahmen.The method of claim 7, wherein the allocation of transmission capacities for a plurality of time frames is performed in advance, preferably by assigning communication systems of Vehicles at specific timeslots in the time frame.

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