TW200926683A - Reducing beacon collision probability - Google Patents

Description

200926683 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種降低在通信系統中信標碰撞機率的方 去本發明亦係關於一種相對應之電腦程式產品及通信器 件。 【先前技術】 經設計用於高行動性站台的特用（Ad_h〇c)無線通信網路 φ (例如，車用特用網路（VANET))要求每個站台具有其鄰近 拓撲的可靠且最新資訊在以順中，鄰近f訊對於例如 協作駕駛與危險警告應用是有利的，並且對於封包路由與 頻道存取協調亦是有利的。為了導出鄰近拓撲資訊，通信 範圍内的站台必須彼此週期地交換資訊。交換資訊的一種 方式疋使用一信標訊息，信標訊息廣播發送者的資訊到其 鄰近站台。一站台可經由接收來自鄰近站台的信標而導出 在其附近的當前網路拓撲。交換信標的一種有效方式是使 ❹ 用一明確定義的同步信標週期。 如果在一通信範圍内的至少兩個站台選擇相0的信標時 以用於發送標信號，則信標碰撞發生。信標碰撞的機 帛取決於通信範圍内的站台數目以及可时標時槽總數。 然而，在相同通信範圍内的站台數目係大的並且可用信標 時槽數目係有限的的情況下，信標碰撞機率係相對高的。 再者，解決信標碰撞所需的時間可能是較長的。 具有長的信標碰撞解決時間的問題在具有高站台行動性 的無線通信網路中是更加關鍵的。這是歸因於高行動性而 133932.doc 200926683 引入更加頻繁的拓撲改變與信標碰撞。為了具有一種相對 穩定的網路結構’必須迅速解決信標碰撞。 分散式無線網路可被被組織而不需要一中央協調器。在 這些種類的網路中（像WiMedia/multiband OFDMA聯盟 (MBOA)系統），站台發送其信標以用於協調頻道存取並取 得鄰近資訊。在同步間隔中週期性地發送信標，以及一特 別設計的由多個信標時槽組成的信標週期被用於在每個間 ' 隔中的發送信標。 ❹ 美國專利申請公開案2005/0226203揭示了一種方法，其 中發送一主要信標’該主要信標指定其他節點待發送次要 信標的-順序。然後按該主要信標中所指定的時間發送該 等次要信標。較佳地，該等次要信標包括相同於或至少實 質上相同於該主要信標的無線存取資訊。 因此’需要有—種降低在通信'系統中信標碰撞機率的改 進方法。 0 【發明内容】 根據本發明的-第—態様，提供了 —種降低在通信系統 .中信標碰撞機率的方法，如技術方案丨中所描繪。 目A ’本發明提供了 —種降低信標碰撞並且增強分散式 發信標方案之可靠性的有效率方式。此外，本發明允許節 省當解決信標碰撞時的時間。本發明的該等教案在鄰近祐 撲不斷改變的高行動性環境中是特別有利的。 根據本發明的m提供—種包括指令之電腦程 式蓋品’該等指令當被载入在器件之電腦構件上並予以運 133932.doc 200926683 行時執行按照本發明的第一態様的該方法。 根據本發明的—第三態様，提供了—種如技術方案附 所請求之通信器件，該器件被配置用於執行按照本發明的 第一態様的該方法。 隨附的附屬言青求項中請求本發明的其他態様。 【實施方式】 在下述說明中，將以VANET為背景來更詳細說明本發明

之-些非限制示例性實施例。然而，應瞭解本發明不限於 此環境，而是本發明的教案同樣適用於利用信標信號的其 他通信系統。 圖1繪示特用無線通信網路結構的實例 θ _ ——1 具在該實例中 疋按照IEEE 1609標準操作。在兮· _由 器件或站台：一第一器件ιοί 、 τ干俅忭在该圖中，繪示有14個通信 器件102、一第三器 第 件103等。在該實例中，今± I Μ該等15件是車用通訊車載單元 (OBU) ’其等被配置成經由無線電介面相互通信。 為：：：聯繫且更新所有鄰近器件的資訊，；個器件應 週期性地在其通信範圍内廣播一正 @、s n、¥ > 蒂佗標。一正常信標訊 才通常载送多種資訊，諸如網路 ± , 拓琪貢汛、行動性狀態資 汛（例如車輛速度、加速/減速與 訊、器件能力資訊等。 …件服務設定檔資 人統中，所有站台遵循全球同步系統、结構，其包 二二Γ標時槽組成的信標週期’如圖2中所示。圖2 中所不的頻道結構是按照ieee ^ 备 1609輮準操作之VANET中 使用的結構。在圖2中繪示有 项逼間隔，即一控制頻 133932.doc 200926683 道（CCH)間隔與一服務頻道（ ^ 貝運（SCH)間隔。這些間隔是全球 同步的。在CCH間隔中，盔一 ， 母一站台（例如）為了交換關鍵危 險警告訊息之用途而必須保持在控制頻道，而在SCH間隔 中，站台可視需要地切換到用於實行非安全應用之其他服 務頻道但疋在下- CCH間隔之開始時間之前，每一站台 必須再次切換回到控制頻道。如圖2中所示，在信標週期

與SCH間隔之間有―競爭週期，下文解說競爭週期在本發 明中的用途。 此外’每個站台必須按照保留式al〇ha(r al〇ha)規 j尋找$ 標時槽，其意味著每個站台隨機選擇一 信標時槽並保持該時槽直到在其通信範圍内在該時槽上伯 測到-碰撞’ #，在其範圍内或其鄰近站台範圍内的某個 站台選擇了相同的信標時槽。一但债測到一碰撞，該碰撞 中所涉及的站台必須再次隨機選擇可料信標時槽以解決 該碰撞。如圖3中所示，在第n信標週期，第一站台⑻與 第五站台1〇5偶爾地都選擇了時槽4用於其信標發送，以^ j後由第三站台103報告該碰撞。在下個信標週期中，第 -站台HH與第五站台1〇5必須再次隨機選擇一新時槽以解 決該碰撞。 a如圖4中所示，在第n信標週期中，來自第一站台1〇丨與 來自第五站台1〇5的信標在時槽4碰撞。為了解決該碰撞， 對於下個信標週期，第一站台1〇1與第五站台1〇5必須再次 隨機挑選一可用時槽。但是由於可用時槽的有限數目，第 -站台⑼與第五站台1〇5可能將再次選擇相同的信標時槽 I33932.doc .10- 200926683 並且必須再次解決該新的信標碰撞。 將參考圖5的流程圖與圖6被詳細地描述本發明的— J 貫施 例。圖5的流程圖中描繪的方法可適用於圖1中所示的所有 無線器件，但是在該實例中僅第一通信器件1〇1的操作被 更詳細地解釋。

在步驟501中，第一器件101掃描信標週期以用於尋找— 可用信標時槽以用於發送一正常信標。如圖6中所示，在 信標週期η已經有一碰撞，因為第一器件與第五器件兩者 皆已在時槽4十發送。現在有利地是，掃描整個信標週期 以用於尋找一可用信標時槽。特殊情況是，當第一器件 101先啟動或已經涉及到一信標碰撞。一旦該掃描完成， 第一器件101在步驟503中選擇該等可用信標時槽之一者。 在該實例中，第一可用信標時槽被選擇。 。接著在步驟505中，第一器件1〇1聆聽由該網路中的其他 器件發送的-第：類型的可能信標信號。該第二類型的該 等信標信號可被稱為預測信標信號。該等預測信標信號係 在競爭週期予以發送，以向該網路中的其他器件通知意欲 在一某一信標時槽中發送-正常信標信號。如果未接收到 =㈣信標㈣’則在步驟5〇7中，第一器件⑻在下個 週期Π+1中在該選擇的信標時槽中發送該信標信號。 …：而*果在步驟505中偵測到—預測信標信號被接收 在步驟509中決定該預測信標是否指示出一可能的 、在圖6中所不的實例中，接收到來自第五器件奶的 '"預測‘，指不出第五器件1〇5意欲使用時槽4以用於正 133932.doc 200926683 常信標信號發送。再者， ^ 禅 ^ 第一器件ιοί已選擇了相同時

曰並且因此在步驟509中相、Bf I „ _ 中偵測到一可能的信標碰揸。在 方面’如果未偵測到可 行步驟507。 月匕的“碰撞’則程序繼續進 既然在步驟509中偵·制$，丨1 偵 可能的信標碰撞，接著第-

'另一信標時槽以用於信標信號發送^在該實 ::，時槽3破選擇。然後在步驟513中，第一器件1〇1決 定是否接收到其他任何預測信標。如果接收到-新預測信 標，則程序繼續進行步驟5〇9，但是在另一方面，如果未 谓則到其他預’m則第—器件⑻在競爭週期中發送 一預測信# ’以向其他另外器件通知其意欲使用時槽3以 用於在下個競爭週期中發送其信標信號。該預測信標載送 意欲使用之信標時槽識別符（例如，時槽號碼）以用於在下 個週期發送其正常信標。在競爭存取週期中（而非在 該信標週期中）發送該預測信標。按照該實施例， 每個器件必須每次在發送其第—個正f信標之前或在改變 其正常信標的該信標時槽之前在競爭週期中發送—預測信 標。在從競爭週期之起點的隨機延遲時間之後，使用載波 感測多重存取/衝突偵測（CSMA/CA)方案發送該預測信 標。 一旦第一器件101已經發送該預測信標，程序繼續進行 步驟507，其係藉由在下個信標週期在該選擇的信標時槽 中發送。從圖6可以看出，沒有信標碰撞，原因係第一器 件101使用標時槽3，而第五器件1 〇 5使用該信標時槽4。 133932.doc 12 200926683 也有可能的是，在上述實例中，第一器件1〇1與第五器 件105不能得知彼此，即，該等器件不是在一通信範圍 内。然而，在這種情況下，可以有另一器件，例如第三器 件103，其接收來自第一器件與第五器件的預測信標。在 上述實例實例中，第三器件103將認識到第一器件與第五 器件兩者都意欲在時槽4中發送。此外，第三器件1〇3可偵 測到意欲使用的時槽（在這種情況下，是時槽4)可能被其範 0 圍内的其他通信器件所佔用》 現在，第三器件1〇3試圖在偵測到該可能的信標碰撞之 後立即發送一第三類型的信標信號，即一所謂的碰撞警告 信標。該碰撞警告信標的發送也應遵循該以河八/(：八方 案。該碰撞警告信標含有下列資訊：潛在碰撞將發生的時 槽號碼，在該實例中是時槽4 ;以及涉及到可能碰撞中的 器件識別符（在這種情況下是第一器件與第三器件卜在由 碰撞警告信標载送的器件識別符列表中，器件1〇5應優先 ® 於第—器件101 ’因為來自器件⑽的預測信標係在來自第 一器件101的預測信標之前被接收到。因此，一新類型的 • 信標（即該碰撞警告信標）被用於向鄰近器件警告已偵測到 可能的碰撞M貞測可能的碰撞係藉由：接收意欲在下個 信標週期使用相同信標時槽的兩個預測信標；或藉由通知 意欲使用已經由另-鄰近信標佔有的一信標時槽的一預測 信標。碰撞警告信標載送下列資訊：預測一碰撞的信標時 槽；及涉及到潛在碰撞的器件識別符序列。該等器件識別 符的序列順序可被排列以致使隱含該等器件可使用該信押 133932.doc 13 200926683 時槽的優先順序。

在接收到碰撞警告仏標之後，第一器件i 〇 1將試圖用一 新挑選的信標時槽（即在該實例中是時槽3)作為其希望的信 標時槽以重新發送其預測信標。因此，雖然有―隱藏站台 的問題，但在下個信標週期解決了潛在碰撞。在圖6中= 明這種情況。因此，按照此警告信標特徵，囷5的流程圖 可被修飾使得在步驟515之後’第一器件聆聽警告信標， 並且假使-警告信標展示—可能的碰撞，以及如果由當前 器件發送的預測信標有一較低優先順序，則選擇另一信標 時槽。再者，在步驟5〇9與步驟513中，當前器件除了 = 該預測信標外同樣可跨聽警告信標。 本發明的該等教案可適用於所有無線特用網路與無線 狀網路’其中站台使用分散式發信標方案在鄰近站台之 交換資訊。本發明當被制於車料㈣㈣是特别有 的’其等“具有基於分散式發信標方案的系統結構。 本發明同樣係關於-種電腦程式產品，其當被 信器件的電腦構件上並予以運行時，能夠實施本發明之; 施例之方法步驟之任一者。 ] 本發明同樣係關於-種積體電路，其被配 本發明之實施例之方法步驟之任一者。 執仃根 雖然已在圖式及前述說明中詳細圖解及說明本發明， 而此等圖解及說明被認為是說明性的或示例性而非限 性，本發明不侷限於說明的實施例。 （ 熟悉此項技術者自對圖式、說明及附隨請求項之研究， 133932.doc 200926683 可瞭解所說明之眘# 發明過程中予例的其他變體並且在實踐所請求之本 其他元件或步在請求項令’用詞“包含，，不排除 數。-單-處:二不定冠詞“一”或“-，，不排除複 項目之功能。起元可實現請求項令陳述的若干 述的不同特徵非二不Γ在相互不同相依請求項中陳 可在、表η 有利使用此等特徵之組合。 適當媒體上儲存/其他硬體之-部分的 散佈，諸如έ 電驷程式，但是亦可用其他形式 求項中=網際網路或其他有線或無線電信系統。請 求項中的任—參考符號不應看作是限制本發明之範園。 【圓式簡單說明】 -圖1緣示高行動性無線通信網路的簡化實例，其中可應 用本發明的教案； -圖2繪不沿著時間軸的VANET無線電頻道結構； -圖3繪示信標碰撞情況及解決方案的實例，其中已解決 問題； ' -圖4繪示信標碰撞情況以及甚至在已試圖解決問題之後 問題如何保持不變的實例； -圖5是一流程圖’描述了按照本發明的一種方法的一實 施例；以及 -圖6繪不信標碰撞情況以及如何經由利用碰撞警告信標 解決問題的實例。 【主要元件符號說明】 101-114 通信器件/站台 133932.doc -15-

Claims (1)

1. 200926683 十、申請專利範園： 種降低在一通信網路中信標碰 網路支接抑制i 值獨=手之方法，該通信 之信標週期，每個η〜制。括被刀“標時槽 勺h 期跟隨著—競爭週期，亨方法 包括由在該通信網路中择该方法 下步驟： 作之—通信器件⑽υ執行之以 可用信標時槽以用於發送-第-類型之 ❹ 用於與在該通信網路中操作之其他通信器 件父換資訊；以及 -發送（515)-第二類型之—信標，該第二類型之奸 標包括該通信器件之—識別符及用於發送該第一類 型之該信標的該選擇之信標時槽，該第二類型之該 信標係在該競爭週期予以發送。 2·根據。月求項1之方法，其進一步包括在該競爭週期中接 收到(505)來自另一通信器件的該第二類型之一信標以指 〇 不出（509)該另一通信器件意欲使用相同信標時槽以用於 發送該第-類型之該信標之後，改變（511)該選擇之信標 . 時槽為另一可用信標時槽。 .3·根據先前請求項中任—項之方法，其進—步包括在下個 信標週期之該信標時槽中發送（5〇7)該第一類型之該俨 標。 4_根據先前請求項中任一項之方法，其中該第二類型之該 信標係按照碰撞感測多重存取/碰撞避免方案予以發送。 5.根據先前請求項中任一項之方法，其中該第二類型之該 133932.doc 200926683 6. 7. ❹ 8. ❹9. 10. 信標在一預定、际 谓疋延遲週期之後被發送。 根據先前請求項中# ^甲任—項之方法，其進一步包括接收一 第三類型之一 ^得’該第三類型之該信標包括意欲使用 相同信標時槽 用於發送該第一類型之該信標的該等通 信器件之識別符。 根據請求項6之古、土 ^ <万法，其中該第三類型之該信標進一步 包括向通信_ 窃件心不出該另一通信器件先接收到該第二 類型之該信標之— 、·^ —知不，並且該通信器件（1〇1)使用該資 訊用於決定是丕φ西 否需要選擇一新信標時槽以用於發送該第 一類型之該信標。 根據先前請求項令任一項之方法，其進一步包括該通信 ^牛在偵測到該第—類型之該等信標之—可能碰撞時發 送第一類型之—信標，該第三類型之該信標包括意欲 使用相同信標時槽以用於發送該第一類型之該信標的該 等通信器件之識別符。 一種包括指令之電腦程式產品，該等指令當被載入在通 信器件（1(H)之電腦構件上並予以運行時執行如請求項i 到8中任一項之方法之該等步驟。 一種在一通信網路中之通信器件（1〇1)，該通信網路支援 工制頻C肖等控制頻道包括被分成信標時槽之信標週 期’每個信標週期跟隨著—競爭週期，該通信器件（1 包括： -一選擇單元，其經調適用於選擇—可用信標時槽以 心發送-第-類型之—信標’用於與在該通信網 133932.doc 200926683 路中操作之其他通信器件交換資訊；以及 發送單元，其經調適用於發送一第二類型之一信 標，該第二類型之該信標包括該通信器件之一識別 符及用於發送該第一類型之該信標的該選擇之信標 時槽，該第二類型之該信標係在該競爭週期予以發 送。 11. 根據請求項10之通信器件（101)，其進一步包括一接收單 φ 元，該接收單元經調適用於在該競爭週期中接收到（505) 來自另一通信器件的該第二類型之一信標以指示出（5〇9) 該另通仏器件意欲使用相同信標時槽以用於發送該第 一類型之该信標，以及該選擇單元進一步經調適用於在 接收到該第二類型之該信標之後改變（5丨丨）該選擇之信標 時槽為另一可用信標時槽。 12. 根據請求項η之通信器件（1〇1)，其中該接收單元進一步 紅調適用於接收一第三轉型之一信標，該第三類型之該 Φ 彳5私包括意欲使用相同信標時槽以用於發送該第一類型 之该k標的該等通信器件之識別符。 . Π.根據請求項丨2之通信器件（101)，其中該第三類型之該信 . 標進一步包括向通信器件指示出該另一通信器件先接收 到該第二類型之該信標之一指示，並且該通信器件 使用該資訊用於決定是否需要選擇一新信標時槽以用於 發送該第一類型之該信標。。 14·根據請求項10_13中任一項之通信器件（1〇1)，其中該通 k器件（101)之該發送單元進一步經調適用於在偵測到該 133932.doc 200926683 第一類型之該等信標之一可能碰撞時發送一第三類型之 一信標’該第三類型之該信標包括意欲使用相同信標時 槽以用於發送該第一類型之該信標的該等通信器件之識 別符。 15.根據請求項1〇_14中任一項之通信器件（ι〇ι)，其進一步 包括-發送器’其經調適用於在下個信標週期之該 時槽中發送該第一類型之該信標。 〇牙'

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