專利名稱：控制對(duì)移動(dòng)臨時(shí)專用網(wǎng)絡(luò)的共享通信媒體的訪問的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體地說，涉及控制對(duì)共享通信媒體的訪問的方法和系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及用于臨時(shí)專用(ad-hoc)通信網(wǎng)絡(luò)的通信媒體訪問控制方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
ad-hoc通信網(wǎng)絡(luò)是與蜂窩網(wǎng)絡(luò)不同，不需要(至少在原理上)任何固定和有線通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施(例如，地面基站)來路由通信業(yè)務(wù)的一種移動(dòng)無線通信網(wǎng)絡(luò)。由于這個(gè)原因，當(dāng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以被定義成具有基礎(chǔ)設(shè)施的移動(dòng)無線通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，ad-hoc網(wǎng)絡(luò)可以被相反地稱為無基礎(chǔ)設(shè)施的移動(dòng)無線通信網(wǎng)絡(luò)。
由于在ad-hoc通信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)由能夠移動(dòng)并作為協(xié)作路由通信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)路由器的移動(dòng)主機(jī)組成，這樣的目的是可以達(dá)到的。尤其是，如果ad-hoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)處于各自的通信范圍內(nèi)，則直接相互通信，或者，如果它們不處于直接通信范圍內(nèi)，則依靠一個(gè)或多個(gè)中間結(jié)點(diǎn)來路由通信業(yè)務(wù)，而間接地以多跳方式相互通信。
因此，在ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)結(jié)點(diǎn)不僅是通信網(wǎng)絡(luò)用戶(或臺(tái))，而且還可以作為通信業(yè)務(wù)路由器并與其它結(jié)點(diǎn)協(xié)作以維持網(wǎng)絡(luò)連接。因此，ad-hoc網(wǎng)絡(luò)由適當(dāng)網(wǎng)絡(luò)用戶(或臺(tái))動(dòng)態(tài)組成。
ad-hoc網(wǎng)絡(luò)尤其可用于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不存在以及建立它不可行，例如受時(shí)間限制或譬如考慮到維護(hù)成本而不方便的應(yīng)用中。依靠ad-hoc網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信也許有用的狀況包括戰(zhàn)場(chǎng)、受自然災(zāi)害打擊的區(qū)域、營(yíng)救任務(wù)、會(huì)議、集會(huì)和最后但非最不重要的車輛間通信。
盡管與有基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)相比ad-hoc網(wǎng)絡(luò)存在這樣那樣的優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在一些在開始廣泛部署這種網(wǎng)絡(luò)之前面臨解決的問題。不必說，這些問題的大多數(shù)是ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的本性，即網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性所固有的。
在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的大多數(shù)問題。
例如，在K.H.Wang等人的“Group Mobility and PartitionPrediction in Wireless Ad-Hoc Networks”，Proceedings of IEEEInternational Conference on Communications(ICC)，2002中，研究了由于網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，即，將ad-hoc網(wǎng)絡(luò)分為完全斷開的部分而引起的服務(wù)中斷問題。那篇論文的作者提出了一種特征化移動(dòng)組的運(yùn)動(dòng)的基于速度的組模型，以便預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)；通過GPS(全球定位系統(tǒng))來獲得結(jié)點(diǎn)的速度。
作為另一個(gè)例子，在L.Briesemeister等人的“OvercomingFragmentation in Mobile Ad Hoc Networks”，Journal ofCommunications and Networks，2(3)182-187，September 2000中，給出了一種像公路交通中的車輛那樣，在ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)之間根據(jù)位置多播緊急消息的方法，根據(jù)該方法，由時(shí)間、位置(利用GPS車輛導(dǎo)航系統(tǒng)確定)、速度和駕駛方向來隱含定義多播組。
在J.P.Singh等人的“Wireless LAN Performance Under VariedStress Conditions in Vehicular Traffic Scenarios”，IEEE VehicularTechnology Conference，F(xiàn)all 2002，vol.2，pp.743-747，Vancouver中，已經(jīng)評(píng)估了在不同車輛移動(dòng)性、同等距離和駕駛環(huán)境條件下用于車輛間通信的基于802.11b的無線LAN(WLAN)的性能，以及已經(jīng)觀察到性能隨越來越不友好的通信情形而變差；尤其在那篇論文中指出，市內(nèi)駕駛條件是最惡劣的環(huán)境，而郊區(qū)環(huán)境是最有利的，以及高速公路環(huán)境介于上述兩者之間。
本申請(qǐng)人已經(jīng)觀察到，在ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中，在利用共享通信媒體以及將通信媒體(通常是無線電通信媒體)分為多個(gè)不同部分(下文被稱為傳輸資源或通信信道)的狀況下引起的不同用戶之間的沖突問題被加重。
存在幾種將共享通信媒體劃分成多個(gè)不同通信信道的不同方式。一種已知的方式被稱為時(shí)分多址(TDMA)，通過將其劃分成不同時(shí)隙而允許幾個(gè)用戶共享同一頻率。除了別的以外，TDMA還用在例如全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)中。劃分共享通信媒體的另一種已知方式被稱為碼分多址(CDMA)，通過讓多個(gè)發(fā)射機(jī)沒有有害干擾地同時(shí)在同一個(gè)頻率信道上將消息發(fā)送給同一個(gè)接收機(jī)來使用擴(kuò)頻技術(shù)。經(jīng)常與前面兩種技術(shù)的任何一種結(jié)合在一起使用的還有一種已知技術(shù)被稱為頻分多址(FDMA)在這種情況下，將不同頻率信道分配給每個(gè)發(fā)射機(jī)，以便不同接收機(jī)可以通過調(diào)諧到所需信道來區(qū)別它們。
根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)闡述的開放系統(tǒng)互連(OSI)“層堆棧”模型，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)對(duì)共享通信媒體的訪問受到媒體訪問控制(MAC)子層的支配，MAC子層是數(shù)據(jù)鏈路層的較低子層，即，邏輯鏈路控制子層和物理層之間的接口。除了控制對(duì)共享通信媒體的訪問之外，MAC子層還與將數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)幀、依次發(fā)送這些幀、處理接收機(jī)發(fā)送回來的確認(rèn)幀、管理地址識(shí)別有關(guān)。
除了別的以外，MAC子層的具體實(shí)現(xiàn)取決于用于將共享通信媒體劃分成信道的技術(shù)因此，存在TDMA、CDMA和FDMA MAC子層。
一般說來，在通信網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩個(gè)都需要發(fā)送的用戶利用同一傳輸資源，即，同一通信信道來訪問共享通信媒體時(shí)，就認(rèn)為發(fā)生了兩個(gè)(或多個(gè))用戶之間的沖突；例如，在TDMA劃分的情況下，如果兩個(gè)用戶利用同一時(shí)隙，則在兩個(gè)用戶之間發(fā)生沖突。在這種狀況下，收聽用戶的物理層檢測(cè)到在那個(gè)通信信道上(例如，在那個(gè)時(shí)隙中)存在傳輸，但MAC層不能正確地接收數(shù)據(jù)塊。
在ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變的事實(shí)，尤其會(huì)感到?jīng)_突問題；各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使情形或多或少地連續(xù)變化，從而以前在各自的通信范圍內(nèi)的結(jié)點(diǎn)從中退出以及新的結(jié)點(diǎn)進(jìn)入其中。
本申請(qǐng)人已經(jīng)觀察到，當(dāng)結(jié)點(diǎn)的相對(duì)速度增加時(shí)，上面討論的問題往往會(huì)加重，以及在高速公路/汽車高速公路的情況下，在用于車輛間通信的ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中會(huì)遇到特別嚴(yán)重的狀況在這些情況下，與兩個(gè)相反的行駛方向?qū)?yīng)，存在兩條(更一般地說，分立的有限條)車流；行駛在同一方向上的車輛的相對(duì)速度平均相對(duì)較低，而行駛在兩個(gè)方向上的車輛的相對(duì)速度平均相當(dāng)高。結(jié)果，行駛在兩個(gè)相反方向之一上的普通車輛通過相對(duì)高的頻率與行駛在相反方向上的車輛交錯(cuò)。這種在相反方向行駛的車輛之間的高頻率交錯(cuò)使發(fā)生通信沖突的可能性變得相當(dāng)高每次交錯(cuò)事實(shí)上都有潛在危險(xiǎn)(從通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的觀點(diǎn)來看)，因?yàn)樽鳛閍d-hoc通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)的兩部車輛可能使用相同的通信信道；如果發(fā)生這種情況，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的至少一個(gè)將經(jīng)歷服務(wù)中斷。
在可以從網(wǎng)址www.ucop.edu/reserach/micro/98_99/98_044.pdf中找到的M.Gerla的“Clustering and Routing in Large Ad HocWireless Nets”，F(xiàn)inal Report 1998-99 for MICRO project 98-044中和在M.Gerla等人的“On Demand Routing in Large Ad Hoc WirelessNetworks with Passive Clusting”，Proceeding of IEEE WirelessCommunication and Network Conference，September 2000中，研究了用于ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的分層群集方案。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上文概述的現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)，本發(fā)明的目的是面對(duì)和解決可能嚴(yán)重限制ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，并因此延緩或阻礙其部署的上面討論過的問題。
非常概括地說，本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，倘若采用根據(jù)車輛的行駛方向，尤其當(dāng)存在并可以確定主要行駛方向時(shí)，根據(jù)這樣的主要車輛行駛方向，有選擇地分配通信信道組的網(wǎng)絡(luò)共享通信媒體訪問方案，就可以極大地緩解ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)之間的頻繁沖突問題。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了如所附獨(dú)立方法權(quán)利要求1所述的控制對(duì)共享通信媒體的訪問的方法。
簡(jiǎn)要地說，該方法包括確定網(wǎng)絡(luò)用戶的至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向的存在，所述主要運(yùn)動(dòng)方向是在其附近群集多個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向的方向；將所述多個(gè)通信信道內(nèi)的一組通信信道與至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向相關(guān)聯(lián)；以及為基本上在所述主要運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)用戶保留所述組的通信信道。
尤其是，該方法包括根據(jù)多個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向，將所述通信信道分成多個(gè)組，并為各個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向保留不同的信道組。
每個(gè)信道組可以包括多個(gè)信道，所述多個(gè)信道的數(shù)量取決于運(yùn)動(dòng)方向群集在各個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向附近的網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)量。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶向其它網(wǎng)絡(luò)用戶傳送與各自的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)的信息。所述信息可以包括有關(guān)網(wǎng)絡(luò)用戶的速度矢量的信息。
可以利用地理位置檢測(cè)器，尤其是基于GPS的檢測(cè)器來獲得所述有關(guān)網(wǎng)絡(luò)用戶的速度矢量的信息。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶計(jì)算至少相鄰網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向的分布，并通過分析這種分布來確定至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向。
分布的分析包括確定分布中的峰，確定運(yùn)動(dòng)方向群集在每個(gè)峰附近的網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)量，以及倘若網(wǎng)絡(luò)用戶的相應(yīng)數(shù)量超過規(guī)定值，則將所述峰確認(rèn)為主要運(yùn)動(dòng)方向。
該方法可以進(jìn)一步包括通過平均運(yùn)動(dòng)方向群集在主要運(yùn)動(dòng)方向附近的網(wǎng)絡(luò)用戶的速度，來計(jì)算每個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向的平均速度矢量；計(jì)算平均速度矢量之間的相對(duì)平均速度；倘若每個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)于其它平均速度矢量的相對(duì)平均速度不低于規(guī)定的下限，則確認(rèn)每個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述為基本上在所述主要運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)用戶保留所述組的通信信道包括基本上隨機(jī)地將該組的信道分配給不同網(wǎng)絡(luò)用戶。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，為運(yùn)動(dòng)方向沒有群集在至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向附近的網(wǎng)絡(luò)用戶保留所述多個(gè)信道的一組信道。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了如所附獨(dú)立設(shè)備權(quán)利要求12所述的MAC層，用于控制通信網(wǎng)絡(luò)用戶對(duì)共享通信媒體的訪問。
概括地說，MAC層允許通過如下步驟來訪問共享通信媒體確定網(wǎng)絡(luò)用戶的至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向的存在，所述主要運(yùn)動(dòng)方向是在其附近群集規(guī)定數(shù)量網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向的方向；將所述多個(gè)通信信道內(nèi)的一組通信信道與至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向相關(guān)聯(lián)；以及在網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向群集在至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向附近的情況下，向所述網(wǎng)絡(luò)用戶分配所述組的一個(gè)通信信道。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，MAC層可以向其它網(wǎng)絡(luò)用戶的MAC層傳送與網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)的信息。
尤其是，MAC層將有關(guān)網(wǎng)絡(luò)用戶的速度矢量的信息包括在網(wǎng)絡(luò)用戶所發(fā)送的至少一個(gè)消息中。所述信息可以得自地理位置檢測(cè)器，尤其是基于GPS的檢測(cè)器。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，MAC層計(jì)算至少相鄰網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向的分布，并通過分析這種分布來確定至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向。
尤其是確定分布中的峰，確定運(yùn)動(dòng)方向群集在每個(gè)峰附近的網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)量，以及倘若網(wǎng)絡(luò)用戶的相應(yīng)數(shù)量超過規(guī)定值，則將所述峰確認(rèn)為主要運(yùn)動(dòng)方向。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過平均運(yùn)動(dòng)方向群集在主要運(yùn)動(dòng)方向附近的網(wǎng)絡(luò)用戶的速度，來計(jì)算每個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向的平均速度矢量；計(jì)算平均速度矢量之間的相對(duì)平均速度；以及倘若每個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)于其它平均速度矢量的相對(duì)平均速度不低于規(guī)定的下限，則確認(rèn)每個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基本上隨機(jī)地將該組的所述一個(gè)通信信道分配給網(wǎng)絡(luò)用戶。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向沒有群集在至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向附近的情況下，將不屬于所述組的通信信道分配給所述網(wǎng)絡(luò)用戶。
本發(fā)明的其它方面涉及權(quán)利要求21所述的用于網(wǎng)絡(luò)用戶的發(fā)射機(jī)、和權(quán)利要求22所述的通信網(wǎng)絡(luò)。


通過參照附圖，對(duì)本發(fā)明只作為非限制性例子給出的實(shí)施例進(jìn)行如下詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將更加清楚，在附圖中圖1相當(dāng)示意性地示出了可以有利地應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的共享通信媒體訪問方法的車輛間ad-hoc通信網(wǎng)絡(luò)情形；圖2用功能塊的方式示意性示出了適合實(shí)現(xiàn)上述共享通信媒體訪問方法的圖1的ad-hoc通信網(wǎng)絡(luò)的通用移動(dòng)臺(tái)(即，結(jié)點(diǎn))；圖3示意性示出了在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)臺(tái)所交換的消息的可能結(jié)構(gòu)；圖4是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的共享通信媒體訪問方法的簡(jiǎn)化流程圖；圖5是如圖1的情形下的一般車輛所觀察到的，車輛速度矢量在車輛行駛方向(角度)上的示范性分布；圖6A是在低通濾波處理之前和之后，在如圖1所示的情形下，作為車輛行駛方向的函數(shù)的車輛速度矢量的示范性概率密度函數(shù)的圖；圖6B是通過與圖6A相比較，示出在準(zhǔn)同向行駛方向情形下，作為車輛行駛方向的函數(shù)的車輛速度矢量的示范性、低通濾波后的概率密度函數(shù)的圖形；圖7形象示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，共享通信媒體劃分成不同通信信道的示范性劃分，以及信道分配給主要車輛行駛方向的示范性分配；和圖8示出了傳統(tǒng)信道分配方法和當(dāng)采用根據(jù)本文所述發(fā)明實(shí)施例的方法時(shí)，ad-hoc網(wǎng)絡(luò)所承載的通信業(yè)務(wù)之間的比較的圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖，在圖1中，相當(dāng)示意性地示出了可以有利地應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的共享通信媒體訪問方法的示范性ad-hoc通信網(wǎng)絡(luò)情形。
更詳細(xì)地說，本文考慮的示范性情形是打算用于車輛間通信的ad-hoc通信網(wǎng)絡(luò)，尤其是在高速公路、汽車高速公路或免費(fèi)高速公路100的情況下，更一般地說，車輛主要沿分立和有限數(shù)量(比方說，大致上不多于10個(gè))的界線分明的主要行駛方向行駛的任何情況；在本文所考慮的簡(jiǎn)單情況中，假設(shè)車輛在與高速公路的示范性向東行駛和向西行駛車道100a和100b對(duì)應(yīng)的、在圖中分別用箭頭A和B標(biāo)識(shí)的兩個(gè)主要行駛方向上行駛。
假設(shè)各自速度矢量為V1、V2、V3、V4和V5的在A方向上行駛在高速公路100上的車輛105a1、105a2、105a3和在B方向上行駛在高速公路100上的車輛105b1和105b2裝有適合在ad-hoc通信網(wǎng)絡(luò)的無基礎(chǔ)設(shè)施(或基本上無基礎(chǔ)設(shè)施)背景下實(shí)現(xiàn)車輛間通信的機(jī)載適用通信設(shè)備(為了使圖清楚起見，在圖1中未示出)。因此，每部車輛(更精確地說，各自的通信設(shè)備)不僅僅作為通信網(wǎng)絡(luò)的用戶來發(fā)送和接收明確指向它的業(yè)務(wù)，而且在建立通信網(wǎng)絡(luò)和維持網(wǎng)絡(luò)連接方面也起到積極作用；具體地說，每部車輛作為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)或臺(tái)，并與其它移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)協(xié)作來路由通信業(yè)務(wù)。由于這個(gè)原因，在下文中，車輛105a1、105a2、105a3、105b1和105b2也指ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)臺(tái)，或簡(jiǎn)明地，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)。
ad-hoc通信網(wǎng)絡(luò)是無線電網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)具有空間相對(duì)有限的通信覆蓋范圍；兩個(gè)普通移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)之間的直接無線電通信只有在兩個(gè)臺(tái)處于各自的通信覆蓋范圍內(nèi)時(shí)才有可能。從實(shí)用的觀點(diǎn)來看，根據(jù)物理傳輸所采用的特定技術(shù)，通信覆蓋范圍可以在很寬的范圍內(nèi)變化；例如，在UTRA-TDD ad-hoc網(wǎng)絡(luò)(代表UMTS地面無線電訪問-時(shí)分雙工的縮寫；UTRA是通用移動(dòng)電信系統(tǒng)-UMTS的地面實(shí)現(xiàn))中，覆蓋范圍可以具有幾百米，例如500m數(shù)量級(jí)的半徑。
在圖1中，三個(gè)大致圓形的區(qū)域110a1、110a2和110b1旨在分別代表移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)105a1、105a2和105b2的通信覆蓋范圍；在圖1中所描繪的瞬像中，網(wǎng)絡(luò)臺(tái)105a1和105b1處于各自的通信覆蓋范圍110a1和110b1內(nèi)，因此，可以直接相互通信；網(wǎng)絡(luò)臺(tái)105a2被描繪成正在進(jìn)入兩個(gè)通信覆蓋范圍110a1和110b1；其余兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)105a3和105b2處于各自的通信覆蓋范圍內(nèi)(為了圖形的清楚起見，未示出)，但在網(wǎng)絡(luò)臺(tái)105a1和105b1的通信覆蓋范圍之外。盡管如此，不在各自通信覆蓋范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)臺(tái)還是可以借助于作為通信業(yè)務(wù)路由器的其它中間臺(tái)，以多跳段方式相互通信；例如，網(wǎng)絡(luò)臺(tái)105b2可以直接與網(wǎng)絡(luò)臺(tái)105a3通信，網(wǎng)絡(luò)臺(tái)105a3又可以直接與網(wǎng)絡(luò)臺(tái)105a2通信，因此，盡管是間接的，但兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)105a1和105b1中的任何一個(gè)都可以與網(wǎng)絡(luò)臺(tái)105b2通信。
圖1還示意性示出了基于衛(wèi)星的地理位置系統(tǒng)，譬如全球定位系統(tǒng)(GPS)，它是包括一群衛(wèi)星115的本身公知(由于這個(gè)原因，本文不作詳細(xì)描述)的系統(tǒng)，衛(wèi)星115的軌道圍繞地球，每個(gè)衛(wèi)星115廣播包括預(yù)定載波頻率的射頻(RF)信號(hào)和承載編碼數(shù)據(jù)的調(diào)頻信號(hào)，所述編碼數(shù)據(jù)通常包括諸如衛(wèi)星的軌道位置、一天中的時(shí)間和其它信息的數(shù)據(jù)。
在本文考慮的本發(fā)明的示范性和非限制性實(shí)施例中，假設(shè)作為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)的車輛105a1、105a2、105a3、105b1和105b2也配有適合確定車輛行駛參數(shù)，尤其是車輛行駛方向，以及最好是用方向和絕對(duì)值兩者來表示的車輛速度矢量V1、V2、V3、V4和V5(在預(yù)定的公用參考系中，或在具有公知關(guān)系的不同參考系中)的裝置。方便的做法是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，這樣的裝置利用GPS，尤其是包括本身公知的機(jī)載GPS導(dǎo)航設(shè)備。但是，需要指出的是，不應(yīng)該理解為這是對(duì)本發(fā)明的限制，因?yàn)椋嘶贕PS的裝置之外，還可以應(yīng)用能夠確定車輛行駛方向，最好是車輛速度矢量的任何裝置。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，圖2示出了在車輛105a1、105a2、105a3、105b1和105b2的普通一員105車載的移動(dòng)ad-hoc網(wǎng)絡(luò)臺(tái)的普通一員200的主要部件(或至少是與本描述目的相關(guān)的部件)的示意性功能方塊圖。
根據(jù)ISO的OSI分層模型結(jié)構(gòu)來構(gòu)造移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)200，它包括多個(gè)層，具體包括物理層205、數(shù)據(jù)鏈路層210和未詳細(xì)示出但顯示為單個(gè)方框并籠統(tǒng)表示成215的OSI模型的更高層。
數(shù)據(jù)鏈路層210具體包括媒體訪問控制(MAC)子層220(在下文中，簡(jiǎn)稱為MAC 220)。MAC 220具有幾種功能，包括將數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)幀、依次發(fā)送這些幀、處理接收機(jī)發(fā)送回來的確認(rèn)幀和管理地址識(shí)別，但MAC 220的主要功能和對(duì)于本說明書來說重要的一種功能是針對(duì)發(fā)送目的而控制移動(dòng)ad-hoc網(wǎng)絡(luò)臺(tái)200對(duì)ad-hoc網(wǎng)絡(luò)共享通信媒體的訪問。因此，MAC 220實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)臺(tái)為了共享ad-hoc網(wǎng)絡(luò)所利用的共享通信媒體而使用的通信媒體訪問協(xié)議。
對(duì)于本說明書來說，術(shù)語“共享通信媒體”應(yīng)該相當(dāng)寬泛地理解，它指的是可以用于實(shí)現(xiàn)不同通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(譬如，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)200，但也有可能是在網(wǎng)絡(luò)不完全是無基礎(chǔ)設(shè)施的情況下提供的在圖中未示出的固定站或基站)之間的相互通信以及在不同通信設(shè)備之間共享的任何媒體；共享通信媒體的一個(gè)例子是用于ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)之間的無線電通信的特定射頻或頻率范圍。
為了使多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)能夠訪問共享通信媒體，將共享通信媒體細(xì)分成一般被稱為通信信道的原則上具有最不同性質(zhì)的不同通信媒體部分或傳輸資源。例如，通信信道可以采取在基本時(shí)間單元內(nèi)的不同時(shí)隙的形式，譬如，在UTRA-ADD中規(guī)定的每幀45個(gè)時(shí)隙CH1到CH45(示意性地顯示在圖7中，稍后將詳細(xì)描述)；或者，可以由通過應(yīng)用不同代碼(以CDMA為典型的技術(shù))或規(guī)定頻率范圍內(nèi)的不同頻率而獲得的擴(kuò)頻信號(hào)來表示信道。
MAC 220可以通過圖中未示出的其媒體獨(dú)立接口(MII，MediaIndependent Interface)與物理層205交互，MII使MAC 220和物理層205負(fù)責(zé)管理共享通信媒體上的通信的低級(jí)(“物理”)細(xì)節(jié)的單元，具體地說，發(fā)送部分和接收部分之間的交互成為可能。物理層205耦合到ad-hoc網(wǎng)絡(luò)天線225，具體地說，RF天線，ad-hoc網(wǎng)絡(luò)天線225可以是定向(扇形天線)或全向的，用于與ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的其它用戶通信。
作為速度和方向計(jì)算的非限制性例子，圖2中的方塊230示意性標(biāo)識(shí)了基于GPS的地理位置和行駛參數(shù)檢測(cè)器裝置，它被安裝在車輛105上，并適合于確定車輛行駛參數(shù)，尤其是車輛105的速度矢量Vi，即，預(yù)定參考坐標(biāo)系中的車輛速度絕對(duì)值和方位。具體地說，基于GPS的地理位置和行駛參數(shù)檢測(cè)器230耦合到GPS天線235，基于GPS的地理位置和行駛參數(shù)檢測(cè)器230通過GPS天線235接收GPS衛(wèi)星115廣播的RF信號(hào)。
基于GPS的地理位置和行駛參數(shù)檢測(cè)器230向MAC 220提供與車輛105的速度矢量Vi有關(guān)的信息(在圖2中被標(biāo)識(shí)為240)。
GPS技術(shù)的全面描述可以在各種各樣現(xiàn)有技術(shù)的參考文獻(xiàn)中找到，這超出了本說明書的目的。
無需涉及本身公知的過多細(xì)節(jié)，基于GPS的地理位置和行駛參數(shù)檢測(cè)器230可以通過從GPS系統(tǒng)的多個(gè)衛(wèi)星115獲得的信息來建立車輛行駛參數(shù)；具體地說，導(dǎo)出車輛速度矢量的一種方式需要利用車輛地理位置信息，即，有關(guān)車輛位置的信息，車輛地理位置信息是從與多個(gè)(例如，三個(gè)或更多個(gè))GPS衛(wèi)星廣播的調(diào)頻信號(hào)一起接收的有關(guān)這種衛(wèi)星的軌道位置的信息中導(dǎo)出的；導(dǎo)出車輛速度矢量的另一種方式利用了由于車輛運(yùn)動(dòng)所引起的多普勒效應(yīng)而從多個(gè)GPS衛(wèi)星(例如，仍然三個(gè)衛(wèi)星)接收的載波頻率漂移?？商娲?，可以采用差分GPS(DGPS)技術(shù)。通過DGPS，地面上存在靜止GPS接收機(jī)，車輛可以例如通過GSM與靜止接收機(jī)連接，獲得校正參數(shù)來校正它們的地理位置計(jì)算，以便使計(jì)算更精確。GPS的差分運(yùn)算的描述可以在P.K.Enge等人的“Differen-tial Operation of the Global PositioningSystem”，IEEE Co-mmunications Magazine，Vol.26，Issue 7，pages48-60，July 1988中找到。然而，需要指出的是，用來計(jì)算車輛行駛參數(shù)，尤其是車輛速度矢量的特定技術(shù)不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制。
可以看出，作為基于GPS的地理位置和行駛參數(shù)檢測(cè)器230，可以利用已經(jīng)存在于車輛105中用于例如導(dǎo)航目的的設(shè)備中的裝置(GPS導(dǎo)航系統(tǒng)越來越普及地被安裝在新生產(chǎn)的車輛上)；可替代地，基于GPS的地理位置和行駛參數(shù)檢測(cè)器230也可以是構(gòu)成移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)200的裝置的一部分。
需要指出的是，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)200和基于GPS的檢測(cè)器230的至少一些部分可以并通常被實(shí)現(xiàn)為硬件和軟件的混合體，或甚至完全實(shí)現(xiàn)為軟件。具體地說，MAC 220可以包括或依賴于適當(dāng)編程的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，譬如，具有適當(dāng)計(jì)算能力的微處理器。
與車輛105的速度矢量Vi有關(guān)的信息240被移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)200的MAC 220用于控制對(duì)共享通信媒體的訪問。具體地說，參照?qǐng)D3，和根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例，每個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)向其它移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)傳送用預(yù)定參考坐標(biāo)系中的絕對(duì)值和方向(方位)兩者來表示的各自速度矢量Vi。圖3相當(dāng)示意性地示出了普通移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)所發(fā)送的普通消息的結(jié)構(gòu)。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)的MAC 220從更高的OSI層215接收預(yù)編譯消息，并在將消息傳遞給物理層205以便物理發(fā)送消息之前，MAC220將從基于GPS的設(shè)備230接收的有關(guān)車輛速度矢量的信息240放入要發(fā)送的消息中。例如，可以使用要發(fā)送的消息310的信頭部分305中的兩個(gè)字節(jié)300a和300b，一個(gè)字節(jié)300a用于傳送速度矢量絕對(duì)值(模)，以及另一個(gè)字節(jié)300b用于傳送速度矢量方向(方位或角度)。具體地，字節(jié)300a適合于編碼28＝256個(gè)不同速度值，例如從0到255Km/h，分辨率為1Km/h，而字節(jié)300b適合于編碼28＝256個(gè)不同角度值，從0°到360°(用弧度表示，0rad到27πrad)，分辨率為1.4°(0.024rad)。需要指出的是，在速度矢量絕對(duì)值和/或速度矢量方位不需要這樣相對(duì)高的分辨率的情況下，可以使用少于兩個(gè)的字節(jié)(例如，一個(gè)字節(jié)的半字節(jié)-四個(gè)位-可以用于傳送速度矢量絕對(duì)值，和另一個(gè)半字節(jié)可以用于傳送角度)；相反，如果需要更高的分辨率，則需要利用多于兩個(gè)的字節(jié)。
利用相鄰移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)(即，處于考慮的網(wǎng)絡(luò)臺(tái)的通信覆蓋范圍內(nèi)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái))所廣播的信息，每個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)僅僅通過收聽其它臺(tái)，就可以知道每個(gè)相鄰移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)的速度矢量(用絕對(duì)值和方向表示)。為此，普通移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)的MAC 220一旦接收到來自普通相鄰移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)的消息，在將接收的消息傳遞給更高的OSI層215之前，從接收消息310的信頭305中提取兩個(gè)字節(jié)300a，300b，并更新本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)245，在所述本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)245中存儲(chǔ)有從不同相鄰臺(tái)接收的車輛速度角度和絕對(duì)值對(duì)(α1，|V1|)、(α2，|V2|)、(α3，|V3|)...；在這個(gè)同一數(shù)據(jù)庫(kù)245中，可以存儲(chǔ)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)自己的速度角度和絕對(duì)值對(duì)(可替代地，可以將這對(duì)值存儲(chǔ)在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)或存儲(chǔ)位置中)。正如稍后更好地描述的那樣，根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)，MAC 220能夠確定車輛行駛方向的分布，尤其能夠確定主要車輛行駛方向的存在。
現(xiàn)在介紹圖4的示意性簡(jiǎn)化流程圖，圖4描繪了根據(jù)本發(fā)明的示范性和非限制性實(shí)施例，在普通車輛105上的普通移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)200的MAC 220的操作，尤其是MAC實(shí)現(xiàn)的通信信道分配過程。
MAC 220周期性地從基于GPS的地理位置和行駛參數(shù)檢測(cè)器230接收有關(guān)車輛行駛參數(shù)，尤其是車輛速度矢量Vi的信息240；根據(jù)這個(gè)信息，MAC 220確定預(yù)定參考坐標(biāo)系中的當(dāng)前車輛行駛方向和速度絕對(duì)值(方塊401)。MAC 220將這個(gè)信息存儲(chǔ)在例如本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)245中。
MAC 220還不斷地收聽相鄰臺(tái)，接收它們所發(fā)送的消息。MAC220從從相鄰臺(tái)接收的消息中提取有關(guān)各自的速度矢量(例如，包括在消息信頭中的字節(jié)300a和300b中)的信息，并更新本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)245(方塊403)，存儲(chǔ)不同相鄰臺(tái)的速度矢量絕對(duì)值和方位對(duì)。尤其可以看到，可以每隔預(yù)定時(shí)間間隔數(shù)據(jù)庫(kù)245可以被完全更新，所述預(yù)定時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于例如由構(gòu)成不同通信信道的時(shí)隙組成的基本時(shí)間。
在這些操作(和可能地，與本說明書無關(guān)的其它操作)之后，將從相鄰臺(tái)接收的MAC 220消息傳遞給更高的OSI層215。
只要更高的OSI層215不請(qǐng)求MAC 220發(fā)送消息，MAC 220就簡(jiǎn)單地重復(fù)上述動(dòng)作(從判決方塊405的分支N退出)；例如，只要檢查到發(fā)送消息隊(duì)列是空的，就發(fā)生這種情況。
相反，當(dāng)MAC 220檢測(cè)到存在要發(fā)送的消息(從判決方塊405的分支Y退出)時(shí)，例如由于一個(gè)或多個(gè)消息正在消息隊(duì)列中等待，MAC 220不得不控制各個(gè)臺(tái)200對(duì)共享通信媒體的訪問，具體地說，MAC 220不得不從劃分共享通信媒體而成的可用信道中選擇一個(gè)通信信道。為此，進(jìn)入現(xiàn)有將描述的通信信道分配過程。
作為第1步驟，MAC 220根據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)245中的信息，確定對(duì)于相鄰網(wǎng)絡(luò)臺(tái)是否存在主要行駛方向分量(即，主要運(yùn)動(dòng)方向)。為此，MAC 220首先從本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)245中提取存儲(chǔ)的速度矢量角度值α1、α2、α3、...，并確定相鄰網(wǎng)絡(luò)臺(tái)的速度矢量的角度分布；隨后，根據(jù)如此獲得的角度分布，MAC 220確定相鄰臺(tái)的主要行駛方向分量(方塊407)。
圖5的圖形示出了在圖1的情形下普通車輛，例如車輛105a2觀察到的相鄰車輛速度矢量的示范性(和示意性)角度分布；可以看到，相鄰車輛速度矢量的角度分布分別在第一和第二角度αA和αB附近呈現(xiàn)兩個(gè)峰；第一角度αA對(duì)應(yīng)于行駛方向A，例如在預(yù)定參考坐標(biāo)系中為45°，而第二角度αB與第一角度αA相差大約180°(在本文考慮的例子中，αB＝225°)，對(duì)應(yīng)于與行駛方向A相反的行駛方向B。因此，描繪在圖5中的速度矢量角度分布指的是幾乎所有車輛都在本文考慮的例子中對(duì)應(yīng)于高速公路100的方向A和B的兩個(gè)主要行駛方向之一運(yùn)動(dòng)的狀況。應(yīng)該看到，雖然在圖5的圖中，兩個(gè)峰在高度上幾乎相等(意味著在A方向上行駛的車輛數(shù)量基本上等于在B方向上行駛的車輛數(shù)量)，但這只是偶然的，很清楚，這不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制一個(gè)峰可以比另一個(gè)高一些，甚至高很多。另外，值得注意的是，圖1的情形只是示范性的在存在不止兩個(gè)主要行駛方向(例如，與高速公路交叉口對(duì)應(yīng)的四個(gè)主要行駛方向)的不同情形下，相鄰速度矢量分布中的峰數(shù)量將更多。可以看到，可能會(huì)出現(xiàn)主要行駛方向的個(gè)數(shù)少于兩個(gè)以及只能識(shí)別到一個(gè)主要行駛方向的狀況例如，描繪在圖1中，但兩個(gè)方向之一，例如方向B發(fā)生了交通堵塞，從而在那個(gè)方向上行駛的車輛非常緩慢地移動(dòng)的情形就是這種情況。
為了更清楚起見，和僅僅舉例來說，假設(shè)本文考慮的網(wǎng)絡(luò)臺(tái)具有20個(gè)相鄰臺(tái)，它們的速度矢量具有下列角度方向(在預(yù)定的參考坐標(biāo)系中，為了便于數(shù)學(xué)計(jì)算，用從0到2π的弧度來表示角度)

下文將考慮這種示范性分布，以便更好地闡明一般陳述。
從數(shù)學(xué)觀點(diǎn)來看，速度矢量的角度分布可以通過如下函數(shù)來描述f(α)=1DΣi=0D-1δ(α-αi)]]>其中，D是相鄰臺(tái)的個(gè)數(shù)(在本文考慮的例子中，20個(gè))，δ(α)是狄拉克(Dirac)的德耳塔函數(shù)，以及αi是第i個(gè)相鄰臺(tái)的速度矢量方向。函數(shù)f(α)是作為車輛行駛方向的函數(shù)的速度矢量的概率密度。
圖6A是示出在與類似于描繪在圖1中的情形有關(guān)的公布在上表中的示范性情況下的概率密度函數(shù)f(α)的圖(在圖6A的圖中，每個(gè)脈沖具有等于1/20＝0.05的面積)?？梢钥吹剑俣仁噶糠较蚣性诜謩e接近大約1rad和4rad的兩個(gè)方向附近。
一旦建立了速度矢量方向的分布(即，角度分布)，MAC 220就分析獲得的分布，以便確定是否可以對(duì)于相鄰車輛識(shí)別出主要運(yùn)動(dòng)方向(主要行駛方向)；尤其是，如果背景是高速公路背景，這個(gè)過程步驟允許MAC建立。更詳細(xì)地，這個(gè)步驟的目的是從相鄰臺(tái)的速度矢量的角度分布中導(dǎo)出具有足夠近似度的主要方向分量。為此，可以采用從數(shù)學(xué)的角度來看或多或少有點(diǎn)復(fù)雜，因此就取得的結(jié)果而言或多或少精確的幾種技術(shù)。例如，相對(duì)簡(jiǎn)單的技術(shù)需要向理想的低通濾波過程提交概率密度分布；一旦將這種技術(shù)應(yīng)用于描繪在圖6A中的示范性分布，就可以獲得在圖中用f′(α)表示的結(jié)果分布。
可以看到，應(yīng)用在本例中的理想低通濾波器對(duì)于范圍[-0.6，0.6]內(nèi)的頻率幅度等于1，以及對(duì)于所有其它頻率幅度等于0。需要指出的是，應(yīng)用在本文考慮的例子中的理想低通濾波可以通過不同截止頻率來參數(shù)化。截止頻率越高，主要方向分量附近的峰越緊湊。容易理解，可以對(duì)理想低通濾波器進(jìn)行無限次參數(shù)化。必須設(shè)計(jì)濾波器以便獲得滿意的選擇性，即分離不同的主要方向分量的能力。此外，濾波器不應(yīng)當(dāng)是過分可選擇的，例如，不應(yīng)當(dāng)將在幾乎平行的方向上行駛的車輛分配到不同的主要方向分量。濾波器截止頻率的選擇決定了高選擇性和低選擇性之間的折衷。例如，通過選擇等于0.6的截止頻率，在考慮的例子中，已經(jīng)被選擇成能夠辨別一組大約0.6·27π＝4個(gè)可能的主要方向分量當(dāng)中的車輛方向。這是因?yàn)樵诒纠?，低通濾波器的最大輸出頻率等于0.6，因此，在0和2π之間在函數(shù)f′(α)中最多存在四個(gè)極大值。一般地說，本申請(qǐng)人已經(jīng)確定，一旦已經(jīng)根據(jù)公式2πfc～M固定了主要方向分量的最大數(shù)量M，就可以設(shè)計(jì)低通濾波器的截止頻率。設(shè)計(jì)者根據(jù)必須分類車輛的方向分量的期望數(shù)量，有可能適當(dāng)?shù)刂付V波器截止頻率。因此，在公布在圖6A中的例子中選擇的特定截止頻率僅僅是非限制性的例子?？梢詰?yīng)用低通濾波器的截止頻率的其它值。并且，理想低通濾波器的采用也只是一個(gè)例子。也可以設(shè)想在截止頻率附近具有更平滑過渡的其它濾波器。
然后，通過分析(低通濾波后的)分布f′(α)中的峰，可以導(dǎo)出主要方向分量在所示的例子中，識(shí)別出兩個(gè)峰，因此，兩個(gè)主要行駛方向分別處于0.78rad和3.87rad(位于5.98rad的第三個(gè)較低峰實(shí)際上是低通濾波處理的寄生副產(chǎn)物)。具有其方向與對(duì)應(yīng)于識(shí)別出的峰之一的方向接近的速度矢量的所有車輛都被宣稱在那個(gè)主要行駛方向上行駛。
通過比較，在圖6B中提供的圖示出了在準(zhǔn)同向行駛方向情形下，作為車輛行駛方向的函數(shù)的車輛速度矢量的示范性的低通濾波后的概率密度函數(shù)；可以看出，在這種情況下，不能識(shí)別出界線分明的主要行駛方向。
可以設(shè)想出檢測(cè)主要行駛方向分量的幾個(gè)過程。下文概述了可能的示范性過程(該描述參照?qǐng)D6A)。
在第一階段(階段1)，定位函數(shù)f′(α)的相對(duì)極大值。在圖6A的例子中，三個(gè)檢測(cè)到的極大值被分別標(biāo)為600、601、和602。在f′(α)相對(duì)極大值的定位過程中，還計(jì)算出相對(duì)極大值的坐標(biāo)。在本例中，如圖6A所示，極大值600、601和602的橫坐標(biāo)被分別標(biāo)為x0、x1和x2。在本例中，這個(gè)計(jì)算結(jié)果給出了x0＝0.78rad，x1＝3.87rad以及x2＝5.98rad。
在第二階段(階段2)，對(duì)于橫坐標(biāo)xi(x0、x1和x2)的第i個(gè)檢測(cè)的相對(duì)極大值，考慮各自的角度范圍Δi＝[xi-Δ，xi+Δ]，其中，出現(xiàn)在方程中的符號(hào)Δ是通過將在下文中說明的過程固定的參數(shù)。落在角度范圍Δi內(nèi)的所有速度方向樣本都分配給第i個(gè)主要方向分量。
很寬的一組選擇可用于選擇參數(shù)Δ。如果Δ很小，只有少量方向樣本將包括在主要方向分量中。如果Δ很大，有更多方向樣本包括在主要方向分量中，但這些行駛方向不是相互幾乎平行的，而是分散在相對(duì)寬的角度扇形上?？梢愿鶕?jù)試探過程來進(jìn)行參數(shù)Δ的選擇。在本例中，將Δ選擇成等于0.25rad(近似15°)。因此，在本例中，三個(gè)角度范圍是Δ0＝
，Δ1＝[3.62，4.12]，以及Δ2＝[5.73，6.23]。三個(gè)角度范圍顯示在圖6A中。
在第三階段(階段3)，對(duì)于每個(gè)i值，將角度范圍Δi內(nèi)的車輛分配給主要行駛方向i。
在第四階段(階段4)，行駛方向不包括在上面確定的角度范圍的任何一個(gè)內(nèi)的所有車輛不分配給任何主要行駛方向。
參照本文考慮的例子，這四個(gè)過程階段的結(jié)果是，將總共20部車輛當(dāng)中的10部車輛分配給主要方向分量“0”(0.78rad)，將10部車輛分配給主要方向分量“1”(3.87rad)，以及將0部車輛分配給(寄生)主要方向分量“2”(5.98rad)。
再回到圖4，MAC 220接著檢查是否存在主要行駛方向(判決方塊409)，即，在方塊407中執(zhí)行的上面過程實(shí)際上是否已識(shí)別出主要行駛方向。
以例如下文概述的方式進(jìn)行這個(gè)控制。
首先，計(jì)算未分配給任何主要方向分量的車輛數(shù)量N1。此外，計(jì)算分配給主要方向分量的車輛數(shù)量N2＝D-N1。在本文考慮的例子中，N1＝0和N2＝20。
然后，根據(jù)如下公式η＝N1/D，來計(jì)算未分配給任何主要方向分量的車輛的比例η。
如果比例η在最大比例閾值ηmax以下，則認(rèn)為在上述過程的第4階段計(jì)算的車輛的主要方向分量和相關(guān)分配是有效的。相反，如果比例η大于ηmax，則MAC宣稱不存在主要方向分量。最大閾值ηmax的選擇取決于系統(tǒng)的所選參數(shù)化。在本例中，將最大閾值ηmax固定為0.2(也就是說，最多20％的車輛可以沿著與主要方向分量不同的方向運(yùn)動(dòng))。在本例中，η＝0/20＝0＜ηmax，因此，在第4階段檢測(cè)的兩個(gè)主要方向分量是有效的。
進(jìn)行這種檢查的理由是，如果行駛方向的分布幾乎同向(像在圖6B的例子中那樣)，濾波后的行駛方向的概率分布仍然可能有峰(在圖6B的示范性分布中，雖然分布相當(dāng)平滑，但可以識(shí)別出標(biāo)識(shí)為603、604和605的三個(gè)峰)。在這種情況下，假設(shè)存在主要方向分量將是不正確的。因此，在判決方塊409進(jìn)行的控制可以防止MAC 220在幾乎同向行駛方向分布的情況下，不正確地判決存在主要方向分量。
如果未檢測(cè)到主要行駛方向分量(從判決方塊409的分支N退出)，則MAC 220判斷沒有理由啟動(dòng)根據(jù)本文考慮的本發(fā)明實(shí)施例的特有的有選擇的通信信道分配過程，從而采用任何傳統(tǒng)的信道分配規(guī)則(方塊411)，以基本隨機(jī)的分布式方法來提供信道分配。
傳統(tǒng)上如何以分布方式將信道分配給網(wǎng)絡(luò)臺(tái)的例子描述在例如M.Lott等人的“Medium Access and Radio Resource Management forAh-hoc Networks based on UTRA-TDD”，Proc.of Second ACMInternational Symposium on Mobile Ad Hoc Networks andComputing，2001中；尤其，那篇論文提供了在定制UTRA-TDD物理層的情況下的信道分配過程的建議。在F.Borgonovo等人的“ADHOCMACa New，F(xiàn)lexible and Reliable MAC Archi-tecture for Ad-hocNetworks”，Proc.of IEEE WCNC，New Orleans，Louisiana，USA.March 16-22，2003中升級(jí)了在所引用論文中提出的信道分配過程。
在G.Gaizzone、P.Giacomazzi、L.Musumeci、G.Verticale的“Impact of User Speed on the Performance of a MAC Protocol forVehicular Ad-Hoc Networks”，Proceedings of 3re Int.Conf.Electronics.Hardware，Wireless & Optical Communications，13-15，F(xiàn)eb.2004，WSEAS Salzburg(Austria)中，提出了對(duì)所引用信道分配過程的進(jìn)一步修改。
無需涉及與本發(fā)明實(shí)施例的描述無關(guān)的細(xì)節(jié)，當(dāng)未識(shí)別出主要行駛方向分量時(shí)啟動(dòng)的可能的信道分配過程可以如下文所述。
由于網(wǎng)絡(luò)臺(tái)可以通過收聽時(shí)隙來進(jìn)行識(shí)別，為了避免不同網(wǎng)絡(luò)臺(tái)之間的沖突，每個(gè)MAC都將將有關(guān)信道狀態(tài)的信息包括在發(fā)送消息的信頭中；尤其是，這種信息采取包括在發(fā)送消息的信頭中的位圖的形式。包括用于每個(gè)時(shí)隙的1位的一個(gè)位圖描述了發(fā)送位圖的臺(tái)所認(rèn)識(shí)到的時(shí)隙的空閑/忙狀態(tài)。這個(gè)位圖可以被稱為“物理位圖”。所考慮的網(wǎng)絡(luò)臺(tái)(基準(zhǔn)臺(tái))的每個(gè)鄰居通過讀取基準(zhǔn)臺(tái)所發(fā)送的“物理位圖”，可以獲知哪些時(shí)隙被基準(zhǔn)臺(tái)認(rèn)為空閑或忙。基準(zhǔn)臺(tái)也可以將時(shí)隙分類成沖突的或不沖突的。因此，MAC可以將附加的“沖突位圖”加入發(fā)送的消息中。如果基準(zhǔn)臺(tái)將一個(gè)時(shí)隙分類成“沖突的”，它就將沖突位圖中的相應(yīng)位設(shè)置為適當(dāng)值。這樣，基準(zhǔn)臺(tái)的所有相鄰臺(tái)可以獲知那些時(shí)隙被基準(zhǔn)臺(tái)認(rèn)為是沖突的和不沖突的。
想訪問發(fā)送數(shù)據(jù)的通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)臺(tái)必須首先與MAC幀和多幀同步。一旦同步，網(wǎng)絡(luò)臺(tái)必須觀察完整的多幀，檢查所有鄰居的物理和沖突位圖，和檢測(cè)忙、空閑和沖突的時(shí)隙。在下一個(gè)多幀中，網(wǎng)絡(luò)臺(tái)可以嘗試信道捕獲過程。如果過程成功，則訪問的網(wǎng)絡(luò)臺(tái)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，否則，網(wǎng)絡(luò)臺(tái)再次嘗試捕獲。如果超過時(shí)間閾值或如果超過最大嘗試次數(shù)，則捕獲可能失敗。
在信道捕獲過程中，如果訪問臺(tái)認(rèn)識(shí)到?jīng)]有時(shí)隙可用(即，所有信道都忙或沖突)，它不嘗試訪問網(wǎng)絡(luò)并繼續(xù)監(jiān)視后續(xù)多幀中的時(shí)隙的狀態(tài)。另外，在多幀中的至少一個(gè)時(shí)隙處于沖突狀態(tài)的情況下，網(wǎng)絡(luò)臺(tái)也不訪問網(wǎng)絡(luò)。一旦網(wǎng)絡(luò)臺(tái)觀察到具有不沖突時(shí)隙和具有至少一個(gè)可用時(shí)隙的多幀，網(wǎng)絡(luò)臺(tái)隨機(jī)地選擇可用時(shí)隙之一，并開始捕獲過程。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)選擇獲取(可用)時(shí)隙i，則網(wǎng)絡(luò)臺(tái)在下一個(gè)多幀中的時(shí)隙i上發(fā)送保留分組，并開始檢查它的鄰居所發(fā)送的位圖。如果所有鄰居都報(bào)告發(fā)送成功，也就是說，時(shí)隙i被所有鄰居信號(hào)通知成忙的和不沖突的，那么，保留是成功的。如果保留是成功的，則網(wǎng)絡(luò)臺(tái)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。如果保留未成功，則網(wǎng)絡(luò)臺(tái)重復(fù)訪問過程，直到獲得信道或放棄獲取。
回到圖4，相反，如果已經(jīng)有效地檢測(cè)到主要行駛方向分量(從判決方塊409的分支Y退出)，則MAC 220進(jìn)行另一種檢查，這次基于相鄰臺(tái)的速度的絕對(duì)值。事實(shí)上，倘若在主要行駛方向上行駛的車輛的相對(duì)速度足夠高，則采用根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的特有的基于方向的有選擇信道分配方法是有用的；在雖然存在分立的有限數(shù)量的主要行駛方向，但相對(duì)車輛速度非常低的狀況下，譬如，在交通堵塞(車輛幾乎停留在隊(duì)列中)的條件下，最好采用傳統(tǒng)信道分配方法。
具體地說(如方塊413示意的那樣)，MAC 220計(jì)算在主要行駛方向上行駛的車輛的平均相對(duì)速度。為此，將之前識(shí)別的不同主要行駛方向分量的數(shù)量表示成M(在上面考慮的例子中，M＝2)，例如，通過計(jì)數(shù)概率密度函數(shù)f′(α)中的相應(yīng)第i個(gè)峰所對(duì)的樣本的數(shù)量(即，車輛數(shù)量)，來計(jì)算速度矢量具有對(duì)應(yīng)于第i個(gè)主要行駛方向分量的方向的車輛的數(shù)量mi；例如，參照?qǐng)D6A，在0.78rad附近的峰600所對(duì)的樣本的數(shù)量等于10，在3.87rad附近的峰601所對(duì)的樣本的數(shù)量也是10；可以看到，由適合濾波概率密度分布的低通濾波器的脈沖響應(yīng)中的隊(duì)列引起的、出現(xiàn)在圖6A中的5.98附近的小的寄生峰602不對(duì)應(yīng)任何樣本(這個(gè)峰所對(duì)樣本的數(shù)量是0)。因此，在本文考慮的例子中，m1＝m2＝10，m3＝0。
例如，由MAC 220對(duì)在主要行駛方向的每個(gè)方向上(或基本上在那個(gè)行駛方向，即落入上面確定的角度范圍內(nèi))行駛的每部車輛的宣稱速度絕對(duì)值(從數(shù)據(jù)庫(kù)245取出的值|V1|、|V2|、|V3|、...)求平均，來計(jì)算在那個(gè)行駛方向上行駛的車輛的平均速度。
一般說來，將分配給第i個(gè)主要行駛方向分量的第j個(gè)車輛的速度矢量表示成 并將它的絕對(duì)值或模表示成
此外，從低通濾波后的速度分布f′(α)的分析，已經(jīng)識(shí)別出主要行駛方向。正式地，將第i個(gè)主要分量的方向稱為 相應(yīng)絕對(duì)值是|a→i|=1.]]>可以按如下來計(jì)算第i個(gè)行駛方向分量的平均速度vave，ivave,i=1miΣj=1miv→i,j·a→i]]>其中， 表示 和 的標(biāo)積。
因此獲得M個(gè)平均速度矢量，每一個(gè)用于每個(gè)主要行駛方向分量，每個(gè)具有與相應(yīng)主要行駛方向相同的方向和等于在那個(gè)主要行駛方向上行駛的車輛的速度矢量的絕對(duì)值的平均值的絕對(duì)值。例如，被稱為 的與第i個(gè)方向有關(guān)的平均速度矢量具有等于vave，i的模和與單位矢量 的方向相同的方向。
一旦獲得M個(gè)平均速度矢量，就可以通過這些矢量的適當(dāng)數(shù)量的差值來計(jì)算相對(duì)平均速度。
在計(jì)算出相對(duì)平均速度之后，為了有理由采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的特有的信道分配方法，MAC 220檢查這些平均速度值是否過低。
具體地說，對(duì)于每個(gè)主要方向分量i(0≤i≤M)，通過主要方向i的平均速度矢量和其它主要方向的平均速度矢量之間的差的模，即，vave,i,j=|v→ave,i-v→ave,j|,]]>來計(jì)算相對(duì)于所有其它主要方向分量的相對(duì)平均速度vave，i，j(0≤j＜M，j≠i)。
如果如此獲得的值vave，i，j的至少一個(gè)大于規(guī)定的速度閾值vmin，則主要方向分量i是有效的。否則，如果沒有一個(gè)相對(duì)速度vave，i，j大于vmin，則主要方向分量i是無效的，并從一組主要方向分量中取消它。將事先分配給主要方向分量i的所有車輛插入未分配給任何主要行駛方向分量的車輛的庫(kù)中。
對(duì)于事先檢測(cè)的所有主要方向分量重復(fù)這個(gè)過程。
接著，MAC 220再次檢查，在這個(gè)操作之后，是否仍然存在主要方向分量(判決方塊415)。與在方塊409中進(jìn)行的檢查類似，計(jì)算未分配給任何主要方向分量的車輛的數(shù)量N1(作為剛剛描述過的過程的結(jié)果，這樣的數(shù)量可能已經(jīng)改變)；重新計(jì)算未分配給任何主要方向分量的車輛的比例η(η＝N1/D)。如果比例η在最大閾值(例如，最大閾值ηmax)以下，則認(rèn)為由于相對(duì)平均速度不夠而作為方塊409實(shí)現(xiàn)的過程的結(jié)果可能改變的、在方塊407所實(shí)現(xiàn)的過程的第4階段中計(jì)算的車輛的主要方向分量和相關(guān)分配是有效的。相反，如果比例η大于上述最大閾值(例如，大于ηmax)，則MAC 220宣稱不存在主要方向分量。
進(jìn)行方塊415中的檢查的理由是，如果的確存在主要方向分量，但相對(duì)平均速度太小，則應(yīng)用根據(jù)這里所述的本發(fā)明實(shí)施例的有選擇的信道分配方法不是特別有利，并且應(yīng)當(dāng)應(yīng)用傳統(tǒng)信道分配過程。
如果MAC 220查明不再存在主要方向分量(從判決方塊415的分支N退出)，那么，采用傳統(tǒng)信道分配方法(方塊411)。
相反，如果MAC 220查明仍然存在主要方向分量(從判決方塊415的分支Y退出)，那么，采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的有選擇的信道分配方法。
在這后一種情況下，MAC 220實(shí)現(xiàn)考慮車輛的主要行駛方向的存在，和最好(但不一定需要)還考慮在這些方向的每一個(gè)上行駛的車輛的數(shù)量的有選擇的通信信道分配。具體地說，MAC 220將一定數(shù)量的可用信道(可用傳輸資源)劃分成數(shù)量等于在前面步驟中識(shí)別的主要行駛方向數(shù)量的信道組；最好，每個(gè)信道組包括取決于、尤其直接正比于相應(yīng)主要行駛方向的群體，即，在不同主要行駛方向上運(yùn)動(dòng)的相鄰移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)的數(shù)量的多個(gè)信道(方塊419)。
更詳細(xì)地說，參照例如圖7，圖7示意性地示出了共享通信媒體的一組通信信道。詳細(xì)地說，將三個(gè)TURA-TDD幀組成一個(gè)所謂的MAC多幀，因此，可獲得45個(gè)通信信道CH1到CH45，采取每個(gè)基本時(shí)間單位(一個(gè)多幀占據(jù)的時(shí)間)的不同時(shí)隙的形式。傳統(tǒng)上，三個(gè)最高信道CH43、CH44和CH45是保留用于在網(wǎng)絡(luò)臺(tái)之間交換諸如同步數(shù)據(jù)等的服務(wù)信息的服務(wù)信道；其余42個(gè)信道CH1到CH42可用于不同網(wǎng)絡(luò)臺(tái)之間的通信業(yè)務(wù)交換；下文將這些信道稱為可用信道。
可以看到，與M.Lott等人在已引用論文“Medium Access andRadio Resource Management for Ad-hoc Networks based onUTRA-TDD”中描述的建議類似，這種信道結(jié)構(gòu)典型地用于例如應(yīng)用于車輛ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的UTRA-TDD系統(tǒng)，其中，UTRA-TDD幀組成MAC層多幀。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，規(guī)定的數(shù)量受限的可用信道CH1到CH42被留下可自由任意分配給網(wǎng)絡(luò)臺(tái)，譬如圖7中的兩個(gè)信道CH41和CH42，而其余可用信道CH1到CH40被有選擇地分配給不同的車輛主要行駛方向分量。
在這個(gè)示范性和非限制性情況中，正如在上文中討論的那樣，需要發(fā)送消息的MAC 220在已經(jīng)確定主要行駛方向之后，根據(jù)已經(jīng)確定的主要行駛方向的數(shù)量，首先將40個(gè)信道CH1到CH40的組(42個(gè)可用信道，減去留下來可自由任意指定的兩個(gè)信道CH41和CH42)劃分成兩組或更多組信道；正如如下公式定義的那樣，這些小組的每一個(gè)包括數(shù)量直接與在事先識(shí)別的(兩個(gè))主要行駛方向分量之一上行駛的車輛的數(shù)量成正比的多個(gè)信道Ci=mi(C-C*)Σj=0Mmj,]]>0≤i≤M，其中，Ci(0≤i≤M)表示屬于第i個(gè)信道小組(與第i個(gè)主要行駛方向分量有關(guān))的信道的數(shù)量，C0表示未分配給任何主要方向分量的信道的數(shù)量，mi(0≤i≤M)表示(與上文一樣)第i個(gè)主要行駛方向分量的群體，即，在第i個(gè)主要行駛方向上行駛的車輛的數(shù)量，m0表示未分配給任何主要方向分量的車輛的數(shù)量，C是可用信道的數(shù)量，C*是留下來可自由分配的信道的數(shù)量(在圖7的例子中，分別是42個(gè)和2個(gè))，以及M是(如前所述)主要行駛方向分量的數(shù)量。在本文考慮的例子中，M＝2，C-C*＝40，m0＝0，m1＝m2＝10，從而C1＝C2＝20。
可以看到，可以采用不同類型的信道數(shù)量劃分；例如，通過簡(jiǎn)單地將可用信道的數(shù)量(C-C*)除以不同主要行駛方向的數(shù)量M，即，無需采用與主要行駛方向的群體成比例的準(zhǔn)則，所以沒有什么東西能阻止劃分可用信道。
一旦已經(jīng)建立了保留給每個(gè)主要行駛方向分量和未分配給任何主要方向分量的車輛的信道數(shù)，則MAC 220必須確定為不同主要行駛方向保留哪些可用信道(方塊421)。
為此，根據(jù)本發(fā)明的非限制性實(shí)施例，采用固定的預(yù)定分配方案，根據(jù)該方案，提供主要行駛方向分量(相對(duì)于預(yù)定參考坐標(biāo)系，用絕對(duì)項(xiàng)來考慮)和信道組的映射。這意味著，如果MAC 200識(shí)別的M個(gè)主要行駛方向分量對(duì)應(yīng)于角度0 rad＜αA rad＜αB rad＜αC rad＜...＜αM rad＜2π rad，則前C1個(gè)信道被考慮保留給主要行駛方向αA，隨后的C2個(gè)信道被考慮保留給主要行駛方向αB，以此類推，直到CM個(gè)可用信道被考慮保留給主要行駛方向αM；最后C0個(gè)信道不分配給任何主要方向分量。參照本文考慮的例子，前面20個(gè)信道CH1到CH20因此保留給主要行駛方向αA，接下來的20個(gè)信道CH21到CH40被考慮保留給另一主要行駛方向αB；其余兩個(gè)信道CH41和CH42分配給由于它們的速度矢量而未分配給任何一個(gè)主要方向分量的那些網(wǎng)絡(luò)臺(tái)。另外，這些剩余信道可以留下來自由地用于例如屬于相反的主要行駛方向的車輛之間的任意通信。在圖7中示意了這種信道分配方案。
值得注意的是，如果一個(gè)方向上的車輛由于交通堵塞而非常緩慢地移動(dòng)，以及另一個(gè)方向上的車輛以相對(duì)較高的速度移動(dòng)，那么，只識(shí)別出一個(gè)主要方向分量，然而根據(jù)所述過程，所有傳輸信道被劃分成用于靜止車輛的一個(gè)小組、用于運(yùn)動(dòng)車輛的一個(gè)小組和用于任意通信的一個(gè)小組。
可以看到，可以設(shè)想出幾種不同信道分配方案，剛剛描述過的那一種只是示范性的(雖然那種方案具有相當(dāng)直截了當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn))。例如，可替代信道分配方案可以提供主要行駛方向分量和信道之間的靈活對(duì)應(yīng)(不是基于絕對(duì)角度值與信道組之間的映射)。
一旦MAC 220已經(jīng)建立了主要行駛方向和可用信道之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，MAC 220不得不選擇可用信道之一來發(fā)送要發(fā)送的消息。為此，MAC 220首先確定各個(gè)車輛正在行駛的主要行駛方向，例如圖1中的方向A(這是根據(jù)從例如GPS檢測(cè)器230接收的信息240，通過比較速度矢量角度和主要行駛方向來完成的)；然后，一旦MAC 220確定了將用于發(fā)送消息的通信信道組，它必須確定實(shí)際用于發(fā)送消息的特定通信信道；也就是說，MAC 220必須選擇已經(jīng)考慮保留給那個(gè)主要行駛方向的信道中的一個(gè)信道用于傳輸(方塊423)；在圖7的例子中，這些信道是從CH1到CH20的信道?？梢院?jiǎn)單地通過執(zhí)行應(yīng)用于保留給當(dāng)前主要行駛方向分量的信道小組(在本例中，從CH1到CH20的信道)的如上所述的傳統(tǒng)發(fā)送過程，來實(shí)現(xiàn)這個(gè)操作。因此，MAC 220將傳統(tǒng)分配方法應(yīng)用于從CH1到CH20的所選信道小組，而不是將傳統(tǒng)分配方法應(yīng)用于從CH1到CH40的整個(gè)信道組，如果沒有檢測(cè)到或確認(rèn)主要行駛方向，情況將會(huì)是這樣。
可以看到，在這個(gè)步驟中，可能引起兩個(gè)問題。
第一個(gè)問題是，與所考慮的網(wǎng)絡(luò)臺(tái)(基準(zhǔn)臺(tái))相鄰的網(wǎng)絡(luò)臺(tái)可能以不同的方式來劃分傳輸資源。在前面的例子中，基準(zhǔn)臺(tái)可能將從CH1到CH20的信道分配給處于0.78rad的主要行駛方向分量，并將從CH21到CH40的信道分配給處于3.87rad的主要行駛方向分量。如果不執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)臺(tái)之間的協(xié)調(diào)，則基準(zhǔn)臺(tái)的鄰居可能將從CH1到CH20的信道分配給處于3.87rad的主要行駛方向分量，并將從CH21到CH40的信道分配給處于0.78rad的主要行駛方向分量。由于沿著相反方向行駛的網(wǎng)絡(luò)臺(tái)之間會(huì)發(fā)生沖突，所以這將破壞系統(tǒng)性能。對(duì)這第一個(gè)問題的解決方案可以有幾種。
對(duì)這個(gè)問題的一種可能解決方案如下。網(wǎng)絡(luò)臺(tái)簡(jiǎn)單地按方向(用弧度測(cè)量)遞增順序來排序主要行駛方向分量。然后，可以將低序號(hào)的信道分配給低弧度的方向。根據(jù)這種解決方案，相鄰的所有車輛都會(huì)將從CH1到CH20的信道分配給處于0.78rad的主要行駛方向分量，而將從CH21到CH40的信道分配給處于3.87rad的主要行駛方向分量。這種解決方案不需要網(wǎng)絡(luò)臺(tái)之間的任何附加通信。
可能引起的第二個(gè)問題是，每個(gè)相鄰臺(tái)可能在每個(gè)主要行駛方向分量中檢測(cè)到數(shù)量稍有不同的車輛。因此，與基準(zhǔn)臺(tái)相鄰的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)所確定的信道組可能稍不同。例如，基準(zhǔn)臺(tái)可能將從CH1到CH20的信道分配給第一主要行駛方向分量，而將從CH21到CH40的信道分配給第二主要行駛方向分量。基準(zhǔn)臺(tái)的鄰居可能將從CH1到CH21的信道分配給第一主要行駛方向分量，而將從CH22到CH40的信道分配給第二主要行駛方向分量。由于根據(jù)傳統(tǒng)信道分配過程來分配同一組內(nèi)的信道，這不是嚴(yán)重的問題。傳統(tǒng)信道分配過程假設(shè)，訪問臺(tái)不能獲得已被占用的信道。因此，即使相鄰臺(tái)使用信道CH21在沿第一主要行駛方向分量運(yùn)動(dòng)的車輛組內(nèi)進(jìn)行通信，而沿第二主要行駛方向分量運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)臺(tái)想要獲得信道，基準(zhǔn)臺(tái)將不能獲得信道CH21，因?yàn)楦鶕?jù)傳統(tǒng)信道分配過程，信道CH21將被感測(cè)為忙。因此，即使在相鄰臺(tái)之間出現(xiàn)信道組的不重合，也不可能發(fā)生沖突。
一旦MAC 220已經(jīng)選擇了要用于發(fā)送消息的信道，MAC 220將與車輛行駛參數(shù)(速度矢量角度和絕對(duì)值)有關(guān)的信息加入從更高OSI層215接收的消息中，然后，MAC讓物理層205發(fā)送消息。
加入消息中的有關(guān)車輛行駛參數(shù)的信息使得接收到該消息的相鄰網(wǎng)絡(luò)臺(tái)的MAC 220可以知道發(fā)送車輛的行駛方向和速度。
在已經(jīng)發(fā)送了消息之后，MAC的操作流程跳回到方塊401(連接符J)。
本申請(qǐng)人進(jìn)行了模擬以核實(shí)根據(jù)所述本發(fā)明實(shí)施例的信道分配方法是否實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的性能提高。具體地說，在使用碼片率為3.84Mchip/s、從2010MHz到2020MHz頻帶下工作的UTRA-TDD物理層的假設(shè)下進(jìn)行了模擬。引用的物理層提供10ms長(zhǎng)的幀，每個(gè)幀包括667μs的15個(gè)時(shí)隙。沒有采用碼分形式，從而擴(kuò)展因子等于1。對(duì)于錯(cuò)誤檢測(cè)，采用了比率為1/2的代碼。
傳播環(huán)境被假設(shè)成理想的，這意味著，所有網(wǎng)絡(luò)用戶擁有相等的傳輸覆蓋范圍R，假設(shè)等于500m。此外，還假設(shè)通信是無錯(cuò)的。
模擬的MAC 220以多幀形式來組織幀，每個(gè)多幀由三個(gè)幀組成，從而，每個(gè)多幀持續(xù)30ms并包括45個(gè)時(shí)隙；與如圖7所示的例子類似，每個(gè)多幀的三個(gè)時(shí)隙是保留用于交換控制信號(hào)服務(wù)時(shí)隙，而不用于凈荷(這三個(gè)時(shí)隙每一個(gè)都位于多幀的相應(yīng)UTRA-TDD幀的開頭；在圖7中，僅僅為了簡(jiǎn)單起見，假設(shè)三個(gè)服務(wù)時(shí)隙處于多幀的末端)。
移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)臺(tái)配有根據(jù)本發(fā)明、能夠分布式地將通信信道動(dòng)態(tài)地分配給不同臺(tái)的MAC。
進(jìn)行的模擬假設(shè)像描繪在圖1中那樣的狀況，也就是說，車輛有兩個(gè)主要行駛方向的高速公路情形。具體地說，考慮了高速公路路段，和假設(shè)了車輛以75Km/h的平均速度沿著兩個(gè)方向之一行進(jìn)在整個(gè)高速公路路段上。因此，兩個(gè)車輛流的相對(duì)平均速度是150Km/h。
模擬的結(jié)果公布在圖8中，提供的業(yè)務(wù)(橫坐標(biāo))用厄蘭(Erlang)每平方公里(Erl/km2)來量度，并被定義為在能夠滿足所有服務(wù)請(qǐng)求的理想系統(tǒng)中，單位面積的平均現(xiàn)時(shí)用戶數(shù)。承載的業(yè)務(wù)(縱坐標(biāo))也用Erl/km2來量度，被定義為在考慮因資源短缺而服務(wù)請(qǐng)求被拒絕的實(shí)際系統(tǒng)中，單位面積的平均現(xiàn)時(shí)用戶數(shù)。
具體地說，圖8中的曲線T1示出了在傳統(tǒng)信道分配方法中承載的業(yè)務(wù)隨提供的業(yè)務(wù)的變化情況，而曲線T2示出了當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的信道分配方法時(shí)，承載的業(yè)務(wù)隨提供的業(yè)務(wù)的變化情況。
從圖中可以看出，當(dāng)業(yè)務(wù)水平相對(duì)較低時(shí)，傳統(tǒng)信道分配方法和本發(fā)明的方法之間沒有實(shí)質(zhì)性差別；實(shí)際上，如果車輛密度低，資源很充裕。相反，當(dāng)提供的業(yè)務(wù)超過某個(gè)閾值(隨特定背景而改變)時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的信道分配方法使得網(wǎng)絡(luò)性能提高。具體地說，可以看到，承載的業(yè)務(wù)隨著提供的業(yè)務(wù)的增加而基本上保持與后者成正比，而傳統(tǒng)方法對(duì)于高于7Erl/km2的提供業(yè)務(wù)值，達(dá)到飽和。注意到如下情況是重要的，如果提供的業(yè)務(wù)相對(duì)較高，例如圖8中的13Erl/km2，則通過應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法，承載的業(yè)務(wù)從8.5Erl/km2到11.8Erl/km2，大約提高了3.3Erl/km2。承載的業(yè)務(wù)相對(duì)提高大約等于38.8％，由于系統(tǒng)資源利用率幾乎提高了40％，所以可以認(rèn)為系統(tǒng)性能顯著提高。
盡管通過一些實(shí)施例已經(jīng)公開和描述了本發(fā)明，但對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，顯而易見，對(duì)所述實(shí)施例所作的各種各樣修改，以及本發(fā)明的其它實(shí)施例都不偏離如所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍。
尤其，需要指出的是，根據(jù)本發(fā)明的方法可以一般性地應(yīng)用于存在共享通信媒體，以及與通信媒體的性質(zhì)和信道無關(guān)地將通信媒體劃分成多個(gè)信道的任何情況；因此，本發(fā)明一般應(yīng)用于任何類型的MAC，TDMA型的MAC、CDMA型的MAC、FDMA型的MAC或這些類型的任何組合。
可以利用車輛位置、速度和行駛方向的其它計(jì)算方法來替代基于GPS的方法，尤其是基于也不依賴于衛(wèi)星的任何其它系統(tǒng)的方法，并且，可以設(shè)想出其它類型的通信信道劃分和信道分配。
權(quán)利要求
1.一種控制基本無基礎(chǔ)設(shè)施的通信網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)用戶(105a1，105a2，105a3，105b1，105b2)對(duì)共享通信媒體的訪問的方法，其中，所述共享通信媒體被劃分成多個(gè)獨(dú)立通信信道(CH1-CH42)，所述信道可以分別用于網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信，該方法包括確定網(wǎng)絡(luò)用戶的至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向(A，B)的存在，所述主要運(yùn)動(dòng)方向是在其附近群集多個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向的方向；將所述多個(gè)通信信道內(nèi)的通信信道組(CH1-CH20，CH21-CH40)與至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向相關(guān)聯(lián)；以及為基本上在所述主要運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)用戶保留所述組的通信信道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括根據(jù)多個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向，將通信信道分成多個(gè)組，以及為各個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向保留不同的信道組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，每個(gè)信道組包括多個(gè)信道，所述多個(gè)信道的數(shù)量取決于運(yùn)動(dòng)方向群集在各主要運(yùn)動(dòng)方向附近的網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)量。
4.根據(jù)前面權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的方法，包括讓每個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶向其它網(wǎng)絡(luò)用戶傳送與各自的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)的信息(300a，300b)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述與各自的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)的信息包括有關(guān)網(wǎng)絡(luò)用戶的速度矢量(V1-V5)的信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述有關(guān)網(wǎng)絡(luò)用戶的速度矢量的信息是利用地理位置檢測(cè)器(230，235)，尤其是基于GPS的檢測(cè)器獲得的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括讓每個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶計(jì)算至少相鄰網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向的分布(f′(x))，并通過分析這種分布來確定至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述分析分布包括確定分布中的峰，確定運(yùn)動(dòng)方向群集在每個(gè)峰附近的網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)量，以及倘若網(wǎng)絡(luò)用戶的各數(shù)量超過規(guī)定值，則將峰確認(rèn)為主要運(yùn)動(dòng)方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括通過對(duì)運(yùn)動(dòng)方向群集在主要運(yùn)動(dòng)方向附近的網(wǎng)絡(luò)用戶的速度求平均，來計(jì)算每個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向的平均速度矢量；計(jì)算平均速度矢量之間的相對(duì)平均速度；倘若每個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)于它平均速度矢量的相對(duì)平均速度不低于規(guī)定的下限，則確認(rèn)每個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述為基本上在所述主要運(yùn)動(dòng)方向上運(yùn)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)用戶保留所述組的通信信道包括基本上隨機(jī)地將所述組的信道分配給不同的網(wǎng)絡(luò)用戶。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，進(jìn)一步包括為運(yùn)動(dòng)方向不群集在至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向附近的網(wǎng)絡(luò)用戶保留所述多個(gè)信道的一組信道。
12.一種控制基本無基礎(chǔ)設(shè)施的通信網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)用戶對(duì)共享通信媒體的訪問的媒體訪問控制(MAC)層(220)，其中，所述共享通信媒體被劃分成可以分別用于網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信的多個(gè)獨(dú)立通信信道(CH1-CH42)，該MAC層允許通過如下步驟授權(quán)訪問所述共享通信媒體確定網(wǎng)絡(luò)用戶的至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向(A，B)的存在，所述主要運(yùn)動(dòng)方向是在其附近群集規(guī)定數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向的方向；將所述多個(gè)通信信道內(nèi)的一組通信信道(CH1-CH20，CH21-CH40)與至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向相關(guān)聯(lián)；以及在網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向群集在至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向附近的情況下，將所述組的一個(gè)通信信道分配給所述網(wǎng)絡(luò)用戶。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的MAC層，其中，所述MAC層向其它網(wǎng)絡(luò)用戶的MAC層傳送與網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)的信息(300a，300b)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的MAC層，其中，所述MAC層將有關(guān)網(wǎng)絡(luò)用戶的速度矢量(V1-V5)的信息包括在網(wǎng)絡(luò)用戶所發(fā)送的至少一個(gè)消息中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MAC層，其中，所述有關(guān)網(wǎng)絡(luò)用戶的速度矢量的信息得自地理位置檢測(cè)器(230，235)，尤其是基于GPS的檢測(cè)器。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MAC層，其中，所述MAC層計(jì)算至少相鄰網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向的分布(f′(x))，并通過分析這種分布來確定至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的MAC層，其中，確定所述分布中的峰，確定運(yùn)動(dòng)方向群集在每個(gè)峰附近的網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)量，以及倘若網(wǎng)絡(luò)用戶的各數(shù)量超過規(guī)定值，則將峰確認(rèn)為主要運(yùn)動(dòng)方向。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的MAC層，其中通過對(duì)運(yùn)動(dòng)方向群集在所述主要運(yùn)動(dòng)方向附近的網(wǎng)絡(luò)用戶的速度求平均，來計(jì)算每個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向的平均速度矢量；計(jì)算平均速度矢量之間的相對(duì)平均速度；和倘若每個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)于其它平均速度矢量的相對(duì)平均速度不低于規(guī)定的下限，則確認(rèn)每個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的MAC層，其中，基本上隨機(jī)地將所述組的所述一個(gè)通信信道分配給所述網(wǎng)絡(luò)用戶。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的MAC層，其中，在網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向不群集在至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向附近的情況下，將不屬于所述組的通信信道分配給所述網(wǎng)絡(luò)用戶。
21.一種用于包括根據(jù)權(quán)利要求12到20的任何一項(xiàng)的MAC層的基本無基礎(chǔ)設(shè)施的通信網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)用戶的發(fā)射機(jī)。
22.一種移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)用戶用作通信業(yè)務(wù)路由器的基本無基礎(chǔ)設(shè)施的通信網(wǎng)絡(luò)，其中，所述網(wǎng)絡(luò)用戶具有根據(jù)權(quán)利要求21所述的發(fā)射機(jī)。
全文摘要
一種控制基本無基礎(chǔ)設(shè)施的通信網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)用戶(105a1，105a2，105a3，105b1，105b2)對(duì)共享通信媒體的訪問的方法，其中，共享通信媒體被劃分成可以分別用于網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信的多個(gè)獨(dú)立通信信道(CH1－CH42)。該方法包括確定網(wǎng)絡(luò)用戶的至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向(A，B)的存在，所述主要運(yùn)動(dòng)方向是在其附近群集規(guī)定數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)用戶的運(yùn)動(dòng)方向的方向；將所述多個(gè)通信信道內(nèi)的一組通信信道(CH1－CH20，CH21－CH40)與至少一個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方向相關(guān)聯(lián)；以及為基本上在所述主要運(yùn)動(dòng)方向上運(yùn)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)用戶保留所述組的通信信道。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1951065SQ200480042931
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月2日
發(fā)明者保羅·佳卡瑪茲, 朱塞佩·卡佐恩 申請(qǐng)人:希爾維奧·特隆切蒂·普羅韋拉基金會(huì)