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交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 摘要 智能交通系统( i t s ) 是交通运输领域研究的前沿课题。为实 现i t s 对车辆的实时、动态管理，国际上专门开发了适用于i t s 领 域的短距离无线通信协议，即专用短程通信( d e d i c a t e d s h o r t r a n g ec o m m u n i c a t i o nd s r c ) 协议。d s r c 为车与路 间提供单向或双向交互式通信，使车辆能够使用交通信息网络中 的各种资源，同时为交通控制中心提供行驶车辆的有关数据，从 而将车和路有机地连接起来。目前国际上还没有统一标准，欧洲、 日本和美国都制订了各自的d s r c 标准( 草案) 。 论文比较了各国d s r c 协议标准，论述了我国d s r c 协议标 准草案的主要内容，包括协议结构、各层主要功能特性、上下层 联系接口、主要通信流程等，并利用开发工具对d s r c 协议进行 了描述、仿真和验证。通过仿真验证，发现了标准草案中一些模 糊或者有歧义的地方，并提出了修改意见，使d s r c 更加完善。 关键词：交通专用短程通信协议、协议仿真验证、形式化描 述、s d l 、d s r c 、m s c 硕士毕业论文交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 r e a s e a r c ho nt h es i m u l a t i o na n d v e r i f i c a t i o no fd e c i d a t e ds h o r t r a n g e c o m m u n i c a t i o n ( o s r c ) a b s t r a c t i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ( i t s ) i sa na d v a n c e ds u b je c t i no r d e rt o f u l l y r e a l i z et h ef u n c t i o na n d r e a l t i m e ，d y n a m i c m a n a g e m e n to fi t s ，d e d i c a t e ds h o r tr a n g ec o m m u n i c a t i o n ( d s r c f o rs h o r tr a n g e ) p r o t o c o l ，w h i c hh a sb e e na p p l i c a b l et ot h ed o m a i no f i t s h a db e e nw o r d w i d e l yd e v e l o p e d d s r cp r o t o c o li st h ec o r ea n d b a s eo fd s r ct e c h n o l o g y i ts p e c i f i e st h er u l e su s e df o ro n b o a r d u n i ta s s o c i a t i n ga n dc o m m u n i c a t i n gw i t hr o a d s i d eu n i t c u r r e n t l y t h e r ei sn ou n i f i e dd s r cs t a n d a r d ，b u te u r o p e ，a m e r i c a ，a n dj a p a n h a v ed e v e l o p e dt h e i ro w ns t a n d a r d s ( d r a f t ) t h i st h e s i sc o m p a r e st h ed s r cs t a n d a r do fo t h e rc o u n t r i e s a n d d i s c u s s e st h em a i nc o n t e n t so fd s r ci no u rn a t i o n i n c l u d i n gi t s a r c h i t e c t u r e ，f u n c t i o n so fe a c hl a y e r , s e r v i c ea c c e s si n t e r f a c e ，a n d m a i nc o m m u n i c a t i o np r o c e s s e s w i t ht h eh e l po fs d le d i t o ri n t e l e l o g i ct a u ，t h ep r o t o c o li sd e s c r i b e df o r m a l l yi ns d la n dm s c t h e no nt h eb a s eo ft h es d ls p e c i f i c a t i o n t h es y s t e mo fd s r ci s s i m u l a t e da n dv e r i f l e d s o m es h o r t c o m i n g so ft h ev e r i f i e dd s i 配 p r o t o c o la r ef o u n da n dm o d i f i e dt oi m p r o v et h ep r o t o c o li n t e g r i t ya n d r e l i a b i l i t y k e yw o r d s ：d e d i c a t e d s h o r t r a n g e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l 、s i m u l a t o ra n dv a l i d a t i o n 、f o r m a ls p e c i f i c a t i o n ，s d l 、 d s r c 、m s c 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容 以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：爿芝j 仁 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定， 即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论 文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用 影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后 遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释： 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名 导师签名 二 硕二i 二毕业论文交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 1 1 论文背景和意义 第一章绪论 随着社会的进步、经济的迅速发展，城市交通拥挤、交通事故频发、交 通环境恶化等问题己经开始在世界各地出现和发生，单纯靠修建道路己无法 有效解决目前面临的问题。科学的飞速发展使得研究人员致力于采用各种先 进技术改善交通基础设施和车辆性能，提高交通运输控制和管理水平，从而 增强交通运输有效性、便捷性和安全性，于是有关智能交通系统( i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o ns y s t e mi t s ) 的研究与开发在世界各国竞相展开。 欧盟从1 9 8 4 年到1 9 9 8 年仅用于i t s 共同研究开发项目的预算就达2 8 0 亿欧 洲货币单位；日本政府1 9 9 6 年和1 9 9 7 年用于i t s 研究开发的预算为1 6 1 亿日元， 而且在1 9 9 8 年内阁会议通过的推进i t s 的“道路建设五年计划”中，投资额将 达7 8 亿日元；美国联邦政府从1 9 9 0 年到1 9 9 7 年用于i t s 研究开发的年度预算总 计为1 2 9 3 5 亿美元。在中国，国家“九五”期间已经投入大量资金进行i t s 及相关领域的研究。而且，国家“十五”计划期间已经明确提出将大力发展 i t s ，并已经初步确定九个国家级的智能交通建设示范城市，这将会带动一大 批城市加大对交通建设的投入。 为实现i t s 对车辆的实时、动态管理，国际上专门开发了适用于i t s 领域 的短距离无线通信协议，即专用短程通信( d e d i c a t e ds h o r tr a n g e c o m m u n i c a t i o nd s r c ) 协议。d s r c 是i t s 的基础之一，是一种小范围无线 通信系统，它作为车与路的通信平台，为车与路间提供单向或双向交互式通 信，使车辆能够使用交通信息网络中的各种资源，同时为交通控制中心提供 行驶车辆的有关数据，从而将车和路有机地连接起来。d s r c 可应用于电子 收费系统( e t c ) 、自动公路系统( a h s ) 和先进的交通管理系统( a t m s ) 等广泛领域。 1 2 技术背景 智能交通系统是交通运输的发展方向，将在本世纪形成一个新兴的产业， 产业的出现必定带来标准化问题。智能交通系统大范围应用的基础是标准化。 反之，标准化工作的开展又将大大促进智能运输系统的实施。目前，国际上 有关智能交通系统标准体系的研究已进入一个深入的阶段，而国内智能交通 硕士毕业论文 交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 系统领域的标准化工作将直接影响我国智能交通系统领域的协调发展。为建 立科学、合理、完善的智能交通系统标准体系，以指导和规范我国智能交通 系统技术和相关事业健康、有序地发展，科技部于1 9 9 9 年下达了“智能交通 系统标准体系及关键标准制定”项目。 专用短程通信协议d s r c 是国家i t s 标准体系框架中很重要的一项内 容，是其它i t s 服务子系统的基础，必须在i t s 建设初期制订，并使其标准 化，以确保相关产品的规范性，及i t s 系统的通用性和互操作性。 我国对d s r c 协议的制定，必须适应当前i t s 的发展水平和需要，从中 国实际国情出发，努力跟上国际步伐，尽可能与国际接轨，吸收先进成熟的 协议标准为我所用。目前，d s r c 协议基本有三大体系：欧洲被动式d s r c 的c e n f r c 2 7 8 、日本主动式d s r c 的i s o f r c 2 0 4 和美国的a s t m m e 。但是 国际标准化组织( i s o ) i 尚未制定出完整的d s r c 国际标准，i s o 究竟会以哪一 标准为基础，还得假以时日。这三种体系的d s r c 协议分别描述了专用短程 通信系统的功能、总体结构及各个功能层的划分、接口、参数、通信链路的 建立和通信方式，提出了对等层之间的通信协议要求。 1 2 1 各国标准进程 ( 一) 欧洲标准 欧洲标准组织c e n 于1 9 9 1 年成立c e n t c 2 7 8 委员会，开始对铁路运输 信息通讯( r i t r ) 标准化工作，其中由第9 工作小组( w g 9 ) 致力于d s r c 的标准化。欧洲标准组织c e n 所制定的d s r c 协议层标准为： 。l 1 物理层：e n v l 2 2 5 3 ( 微波5 8 g h z ) 和p r e e n v 2 7 8 9 # 6 3 ( 红外线) l 2 数据链路层：e n v l 2 7 9 5 l 7 应用层：e n v l 2 3 8 4 后来，c e n 又制定了补充文件e n v l 3 3 7 2 明确规定各种协议层参数，并 对每种参数集合用唯一的设定文件编号代表。 ( 二) 北美标准 美国d s r c 标准制定是由i t sa m e r i c a 与通信协议委员会负责，1 9 9 7 年5 月，i t sa m e r i c a 向联邦通信委员会( f c c ) 提出将5 8 5 0 5 9 2 5 g h z 频带分 配给智能运输服务领域并保留9 1 5 m h z 用于电子收费( e t c ) 系统的申请， 1 9 9 8 年6 月联邦通信委员会通过了该申请。因此，目前北美标准有两种频段 用于d s r c 系统，其中9 1 5 m h z 主要针对e t c 应用，也可开发用于i t s 其它 领域，而5 9 g h z 主要针对i t s 之外的应用，也可开发用于e t c 系统。 ( 三) 日本标准 2 硕士毕业论文交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 日本建设省和道路公司团于1 9 9 5 年6 月组织了国内1 0 多家单位在全国 各地进行了电子收费系统的现场测试，试验于1 9 9 6 年3 月结束，1 9 9 6 年8 月发表了总结报告，就有关技术参数和试验结果进行了详细描述。1 9 9 7 年4 月，5 8 g h z 被确定为日本专用短途通信频率；1 9 9 9 年推出基于早期标准 a r i bs t d - - t 5 5 的e t c 应用，2 0 0 1 年形成现有标准a r t bs t d - - t 7 5 ，应 用开发主要体现在停车管理、出行者信息支持、自动系统公路等方面。 ( 四) 其他国家标准 韩国和巴西也推出了标准建议搞，目前应用主要集中在e t c 方面。 我国目前还处于标准制作的前期阶段，不过在e t c 系统标准研究和应用 实施方面已经有一定的基础。 1 2 2 我国d s r c 标准化进展 1 9 9 6 年，交通部成立了中国交通工程设施( 公路) 标委会。1 9 9 8 年，国家 计委立项委托交通部公路科学研究所开展“交通工程标准化体系研究”，内 容是完成公路交通工程设施综合标准化研究报告和标准化体系表，并在相应 的试验基础上编制国家首批急需的2 0 2 5 项标准，其中d s r c 的主要应用为 e t c 收费系统。 鉴于目前国际d s r c 标准发展趋势和应用现状，1 9 9 8 年5 月，交通部i t s 中心向交通部无线电管理委员会提出将5 8 g h z 频段分配给智能运输系统技 术领域的短程通信，当时提出的具体参数表如图1 1 所示。 项目参数 频率用户智能运输系统技术领域的短程通信 频段5 7 9 5 g h z 5 8 1 5g h z 调制方式a s kb f s k 输出功率3 0 0 m w 通信距离 1 0m 图1 15 8 g h z 频段的具体参数 通过对美国、日本、欧洲等d s r c 协议体系地认真比较鉴别，基本确定 我国在c e n t c 2 7 8 协议框架内，以e n v l 2 2 5 35 8 g h zd s r c 物理层、 e n v l 2 7 9 5d s r c 数据链路层、e n v l 2 8 3 4d s r c 应用层标准为基础，以等同 采用或等效采用为原则制定中国的专用短程通信协议国家标准。 3 硕士毕业论文交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 采用c e n 厂r c 2 7 8 协议标准的优点主要有： ( 1 ) c e n t c 2 7 8 协议允许被动式或半主动式微波通信方式，可实现单车 道通信模式或多车道通信模式，系统灵活性适应性强。 ( 2 ) c e n 厂r c 2 7 8 协议以i s o 开放系统互连模型为蓝本建立的三层体系 结构，技术成熟、实现容易、开放性有保证。 ( 3 ) c e n t c 2 7 8 协议采用中等通信速率，利用计算机网t d m a 时分多 址接入方式，非常适合车辆数据采集这样的小容量通信模型，且可节约成本， 适合我国国情。 ( 4 ) c e n 厂r c 2 7 8 已作为i s o 国际标准的备选方案，根据与i s o 国际标 准化组织维也纳会议达成的协议，双方互享在各自领域的标准化成果，标准 开放性好。 ( 5 ) 欧洲国家在i t s 研究方面技术较成熟，设备制造厂商众多，c e n 标 准在国际上受支持程度最高，采用欧洲标准很容易同国际接轨，适应未来的 i t s 技术发展与变革。 ( 6 ) 中国同欧洲地域特点与人口规模有相似之处，在标准推行方式，及 协调各方面矛盾时都有可借鉴之处。 1 3 论文内容和结构 本人参加了d s r c 的具体研发工作，并且对所设计的系统进行了仿真验 证，随后对协议标准草案中模糊不清的地方做了修改。本文是以过去的研发 背景展开的。 本文第一章介绍了论文的背景和意义，阐述了现在世界上各国标准的进 程以及我国d s r c 标准的进展。第二章研究了我国d s r c 标准草案三层协议 内容，介绍了物理层的基本功能，阐述了数据链路层和应用层的基本模块功 能、提供的原语及服务。随后对d s r c 和o s i 模型进行比较，提出了相似点 和不同点。第三章通过比较，作者选用了s d l 作为d s r c 协议的形式化描述 语言；随后利用t e l e l o g i ct a u 开发平台对d s r c 协议进行了形式化地描述， 介绍了s d l 描述的系统级描述、模块级描述和进程级描述。第四章作者利用 了t e l e l o g i ct a u 环境下的s d ls i m u l a t o r 和s d lv a l i d a t o r 对d s r c 协议进行 了仿真和验证，并对所发现协议标准草案中模糊的地方做了修改，使得我国 d s r c 标准草案更加规范。第五章是论文的总结。 4 硕士毕业论文交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 第二章d s r c 通信协议介绍及与o s i 参考模型比较 2 1d s r c 协议概述 为了发挥i t s 的功能，实现i t s 对车辆的实时、动态管理，国际上专门 开发了适用于i t s 领域中道路与车辆之间的通信技术，即专用短程通信 ( d e d i c a t e ds h o r t r a n g ec o m m u n i c a t i o n ，简称d s r c ) 技术。专用短程通信技术 是一种实现短距离无线传输的新兴技术，支持点对点、点对多点的通信，通 过5 8 g h z 或9 1 5 m h z 微波双向传输信息将车辆与道路有机的连接起来，具 有数据传输速率高、相邻通信区域隔离好的特点。 专用短程通信系统的主要功能是为智能交通上层的应用提供必要的通 信，获取信息，结构如图2 1 所示。 图2 1 专用短程通信的构成 d s r c 系统主要包括三个部分：车载单元( o n b o a r du n i t ，简称o b u ) 、 路边单元( r o a d s i d eu n i t 简称r s u ) 以及专用短程通信协议。 车载单元( r s u ) 又称为车载电子标签，通常安装在车辆挡风玻璃上，主 要由收发器与信息存储介质( 如i c 卡) 组成。国际上目前使用的收发器大多 工作在微波频段，少数工作在红外频段，通过o b u 收发器与r s u 收发器， 就可以实现车辆与道路之间的信息交互；i c 卡存储了许多关于该车的信息， 如车辆的类别、车牌号码、车主姓名等，通过o b u 收发器可以将存储的信 息发送给r s u ，也可从r s u 下载有关信：息。 硕士毕业论文 交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 路边单元主要是指车道通信设备，覆盖区域约为3 - 3 0 米，其主要参数 有：载波频率、发射功率和频谱、调制方式和通信接口等。 d s r c 协议是专用短程通信的基础。 2 1 1d s r c 主要应用 目前，专用短程通信系统已经被广泛地应用于i t s 的各个方面，其作用 如下： 电子收费：利用微波或红外无线读写识别设备对通过e t c 车道的车 辆实行车辆自动识别和不停车自动收费，减少停车时间，提高通行能力；对 收费停车场进行自动记时和自动收费，使收费过程更加方便、快捷、安全和 易于管理。 提供道路交通信息：利用d s r c 系统的双向交互功能，向交通信息中 心提供各处的交通信息，中心对信息进行处理后，实时向驾驶员提供道路、 交通及其他信息。 车辆监管及防盗功能：对车辆的车主、车型以及牌照等相关信息进行 登记记录，d s r c 系统可以实现对车辆的实时管理。在主要路口、收费站安 装路边设备，当被盗车辆通过这些路口时，就可以被专用短程通信系统发现。 公共交通管理：采用i d 编码方式实现运营车辆定位，将车辆的位置数 据传输到公交调度中心，实现运营车辆与指挥调度中心的实时通信，根据车 辆运营状态的信息实现车辆的优化调度和管理；为乘客提供乘车线路、车票 费、发车时间等信息，为驾驶员提供与公交有关的实时拥堵、可利用的停车 空间等信息。提高公共交通的舒适性、安全性和通畅性，有效地管理公共交 通并采集公交数据信息。 安全行驶支持：路边设备可以探测出前方、后方及周围车辆，并将附 近区域车辆的车速、方向等信息经管理中心处理后提供给驾驶员，防止交通 事故的发生。 特种车辆管理和紧急救援：通过对车辆属性的识别，实现对特种车辆 如警车、救护车、消防车等的动态管理。当紧急情况发生后，可以依靠d s r c 系统进行实时的交通信息和路况信息采集、处理，使紧急救援车辆以最快的 速度在最短的时间到达事故发生地点。 为城市规划、道路规划提供交通数据：在需要调查的路段安装路边单 元后，d s r c 系统就可以在不停车状况下对不同类型车辆进行实时定点通行 记载和交通量统计工作。 6 硕士毕业论文交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 2 1 2d s r c 三层协议内容介绍 从结构上分析，d s r c 协议在开放系统互联体系结构( o s i ) 七层协议 模型的基础上提出了三层简单协议结构，即物理层l 1 、数据链路层l 2 ( 包 括媒介存取控制m a c 子层和逻辑链路l l c 子层) 与应用层l 7 ( 包括广播 内核b k e 、初始化内核i k e 和传送内核t k e ，涵括了o s i 的3 7 层功能) 。 通信层间的数据流如图2 2 所示。 a d u = 应用数据单元 a p d u = 应用协议数据单元 a s d u = 应用服务数据单元 p h yp d u = 物理层协议数据单元 2 1 2 1 物理层 l s d u = 逻辑链路层服务数据单元 l p d u = 逻辑链路层协议数据单元 p h ys d u = 物理层服务数据单元 图2 - 2 通信层间的数据流 物理层( p h y s i c a ll a y e r ) 规定了机械、电气等参数以及激活、保持、去激 活等物理连接过程。物理层的参数主要包括载波频率、发射功率、接收灵敏 度、通信速率、编码方式、调制方式、误码率等。其中载波频率是一个很关 键的参数，它是造成世界上各种d s r c 系统互不兼容的主要原因。目前北美 同时采用5 8 g h z 系统和9 0 0 m h z 系统，欧洲、日本和中国则采用5 8 g h z 系 硕士毕业论文 交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 统。美国采用主动与被动方式共用，欧洲采用被动方式，日本则采用主动方 式。 由于在用形式化语言描述d s r c 协议的时候，物理层作为了外部环境， 所以关于物理层只作简单的功能介绍。 2 1 2 2 数据链路层 数据链路层是专用短程通信协议的中间层次，与i s o o s i 开放系统互连 模型中数据链路层功能上并无本质不同。通常来讲，数据链路可以粗略地理 解为数据通道。物理层要为终端设备间的数据通信提供传输媒体及其连接： 媒体是长期的，连接是有生存期的。在连接生存期内，收发两端可以进行不 等的一次或多次数据通信。每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络 两过程。这种建立起来的数据收发关系就叫做数据链路。而在物理媒体上传 输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错，为了弥补物理层上的 不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。数据 链路的建立拆除，对数据的检错、纠错是数据链路层的基本任务。 数据链路层为位于它之上的应用层提供数据传输服务，这种服务要依靠 本层具备的功能来实现。数据链路层具备如下功能： ( 1 ) 共享物理媒质的媒质访问控制过程；地址规则和数据链路连接的建 立、拆除； ( 2 ) 应答过程，数据流控制过程； ( 3 ) 帧定界和帧同步，链路层的数据传输单元是帧，每次传输的内容不 一样，帧的长短也有差别，必须对帧进行定界； ( 4 ) 差错检测和恢复，还有链路标识等等。差错检测使用循环码校验来 检测数据帧的误码，而帧丢失用参数检测。各种错误的恢复则常靠反馈重发 技术来完成； ( 5 ) 向数据链路层用户提供的服务； 数据链路层定义了两个不同的子层：媒质访问控制子层( m a c ) 和逻辑链 路控制子层( l l c ) 。 2 1 2 2 1m a c 媒体访问控制子层 车载设备进入路边设备的通信区域后，在多数情况下都不是满功率抵达 而是处于只有有限接收能力的模式中，有时也称之为睡眠模式。处于非满功 率状态的车载设备在抵达通信区域后切换到满功率状态，这种状态改变也称 为唤醒，此时开始与路边设备的通信。处在通信区域的多个车辆要发送信息 8 硕二l ：毕业论文 交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 给路边设备，路边设备作为主控方要管理信道的分配，这个功能是通过m a c 子层来实现的。 2 1 2 2 1 1m a c 子层功能 m a c 子层通过m a c 实体负责控制物理介质，它要实现的功能为： a 1 路边设备和车载设备之间通信数据帧的建立； b ) 通信数据链路的建立； c ) 协议数据单元p d u ( p r o t o c o ld a t au n i t ) 的发送、接收及确认； d ) c r c 校验和计算； e 1 简单的加解密； 0m a c 级别的确认，考虑m a c 层的协议数据单元m p d u ( m a cp r o t o c o l d a t au n i t ) 的出错控制； 2 1 2 2 1 2 服务访问点( s a p ) 的建立 每个路边设备都包含一个广播服务访问点( s a p ) 。当一个新进入通信区域 车载设备的专用链路地址被路边设备的数据链路层检测到时，路边设备可以 为这个特定的车载设备建立一个对应的专用s a p ( 见图2 3 ) 。每个车载设备 应包含一个广播服务访问点( s a p ) 和请求上行链路传输数据时的一个专用服 务访问点( s a p ) ( 见图2 3 ) 。 圊_ 定： 殳备移动潞 移动设备 时钳瓣鲥 图2 3 链路地址概况 此外，它也可以包含一个或多个组播服务访问点( s a p ) 。用在数据链路层 的地址是链路地址，同样的链路地址也用于m a c 子层和l l c 子层。所有车 载设备的广播服务访问点( s a p ) 应该一直处于激活状态，这是确保接收b s t 9 硕士毕业论文 交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 ( b e a c o ns e r v i c et a b l e 信标服务表) 的必要条件，因为b s t 采用一个广播链 路地址进行传送。b s t 是路边设备的信标服务表，v s t 是车载设备的车辆服 务表；b s t 和v s t 里面分别包含了路边设备和车载设备可以提供的服务种类、 参数设置。通过接收和译码由路边设备所广播的b s t ，车载设备的数据链路 层用户能够推算出地址建立所需的所有参数。 ( 1 )车载设备的专用s a p 建立 如果路边设备车载的身份( 在b s t 中接收到) 是新的时，则车载设备的数 据链路层用户应创建一个新的专用链路地址。该专用链路地址应该是一个( 伪) 随机地址，并且由符合专用链路地址的格式和由参数v l ( 数据链路地址所需 要的8 比特字节数) 规定的多个8 比特字节组成。当一个请求原语的专用链路 地址与旧的专用链路地址不等时，数据链路层将负责删除所有专用s a p 并创 建一个新的专用s a p 。在所有的上行链路传输中，车载设备的数据链路层实 体应使用其专用链路地址。 ( 2 ) 路边设备的专用s a p 建立 当一个路边设备的数据链路层实体接收到一个包含未知专用链路地址的 帧时，应该创建一个相应的专用s a p 。路边设备中的专用s a p 也需要根据一 定的机制被删除，以避免潜在的无限多个s a p 。 2 1 2 2 1 3m a c 子层p d u 结构 所有的传输都是以帧的形式进行的，符合要求的帧格式，见图2 4 和图 2 5 。 图2 - - 4m a c 帧格式 图2 5只包含m a c 控制域的m a c 帧格式 ( 1 ) 帧标志 所有的帧必须以帧标志序列开始，并以帧标志序列结束。该标志是以一 个o 接着连续六个1 最后一个o 比特组成( 0 1 1 11 1 1 0 ) 。 ( 2 ) 链路地址 一个链路地址由n 1 个八位组组成( n 1 的值具体在实际开始时再定) ， 分为：专用链路地址、组播链路地址和广播链路地址。 ( 3 ) m a c 控制域 1 0 硕士毕业论文交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 m a c 控制域主要用于： ， a ) 指示一个l l c 单元是否有效( 便于允许无数据帧的存在) ； b ) 指示传输方向：上行或者下行( 如：为了检测干扰的数据分组或固 定设备间的干扰； c ) 分配公共或专用窗口( 下行链路的媒体分配码) ； d ) 请求媒体分配码( 上行链路的媒体请求码) ； e ) 指定l l c 单元的数据类型 m a c 控制域是个八位组序列。上行链路( 移动设备发送信息的通道) 控 制域和下行链路( 固定设备发送信息的通道) 控制域在m a c 中起不同的作 用，必须进行区分。固定设备( r s u ) 是媒体的控制者，移动设备( o b u ) 是媒体的被控制者。下行链路的m a c 控制域由固定设备发送的帧使用，如 图2 6 所示。上行链路的m a c 控制域由移动设备的帧使用，如图2 7 所 不o l ：l p d u 中存在此比特用于指示帧是否包含一个l p d u 。0 = l p d u 中不 包含“l p d u ”；1 = l p d u 中包含“l p d u ”。 d ：方向标识符。0 = 下行链路方向。 a ：媒体分配比特，用于媒体分配。o = 固定设备没有分配窗口。1 = 固定 设备分配了窗口。 c r ：l l c 命令响应比特，用于确定l p d u 是命令还是响应。l p d u 存在 比特为o 时，忽略此比特。0 = 命令p d u ；1 = 响应p d u 。 s ：m a c 序列比特。 x ：保留，置0 。 70 图2 7 上行链路的m a c 控制域 硕士毕业论文 交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 l ：l p d u 中存在此比特用于指示帧是否包含一个l p d u 。0 = l p d u 中不 包含“l p d u ”；1 = l p d u 中包含“l p d u ”。 d ：方向标识符。1 = 上行链路方向。 r ：媒体请求比特，用于请求媒体。o = 移动设备没有请求窗口。1 = 移动 设备请求了窗口。 c 瓜：l l c 命令响应比特，用于确定l p d u 是命令还是响应。l p d u 存在 比特为0 时，忽略此比特。0 = 命令p d u ；1 = 响应p d u 。 x ：保留，置0 。 ( 4 ) l p d u ( l l cp r o t o c o ld a t au n i tl l c 协议数据单元) l p d u 按照l l c 子层要求的帧格式进行填充。 ( 5 ) 帧校验序列 帧校验序列用于检错。 2 1 2 2 1 4m a c 层提供的原语和服务 m a c 子层与l l c 子层提供的数据服务原语有m a u n i t d a t a r e q u e s t ： 和m a u n i t d a t a i n d i c a t i o n 。 固定( f ) m a c 和移动( m ) m a c 中的原语参数不同，因此分为 m m a d 觚a 和f m a d a t a 两种原语。 ( 1 ) f m a d a t a r e q u e s t ：该原语由l l c 子层发给m a c 子层以请求在第 一个可用的下行链路窗口发送l p d u 给移动s a p 。 ( 2 ) f m a d a t a i n d i c a t i o n ：该原语从m a c 子层发送到l l c 子层，指示 成功收到一个移动s a p 发出的有效帧。 ( 3 ) m m a d a t a r e q u e s t ：该原语由l l c 子层发给m a c 子层以请求在第 一个上行链路窗口发送l p d u 给固定s a p 。 ( 4 ) m m a d a t a i n d i c a t i o n ：该原语从m a c 子层发送到l l c 子层，指示 成功收到一个固定s a p 发出的有效帧。 2 1 2 2 2l l c 逻辑链路控制子层 2 1 2 2 2 1l l c 子层实现功能 逻辑链路子层l l c 实现的主要功能： ( 1 ) 负责协议数据单元( p d u ) 接收、发送过程初始化。 ( 2 ) 控制数据流。 硕二b 毕业论文 交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 ( 3 ) 解读收到的命令p d u 并生成合适的响应p d u 。 ( 4 ) 处理本层的差错控制及错误修复等。 无线通信系统里一对数据链路服务访问节点之间信息传输与控制需要定 义点对点协议，l l c 子层提供对上述点对点协议流程的描述。为实现上述功 能，l l c 子层规范了一些逻辑链接参数如p d u 字节长度、a c n 命令、p d u 允许传递次数、确认时间等。 2 1 2 2 2 2l l c 子层工作方式 为满足广泛的d s r c 应用，可以采用两种数据链路控制方式。 ( 1 ) 无确认的无连接模式( 类型1 操作) 这种模式当较高层提供了基本回复和顺序业务时是非常有用的，它使得 这些操作不必在数据链路层重复。该模式同样适用于不必确认数据链路层数 据传递状况的应用。对应的数据传输可以是点对点、群组发送和广播式。 ( 2 ) 有确认的无连接模式( 类型3 操作) 这种模式允许在不建立数据连接的情况下，通信一方同时传递数据并要 求返回信息。尽管数据交换服务是无连接方式，不过始发站保证数据依次发 送。该模式只用于点对点数据传输。 2 1 2 2 2 3l l c 子层提供的原语 ( 1 ) 与无确认无连接模式数据传输服务相关的原语： d l - u n i d a t a r e q u e s t 和d l - u n i d a t a i n d i c a t i o n 。 d l - u n i d a t a r e q u e s t 原语请求传递给l l c 子层，以使用一个无确认无 连接过程传递一个l s d u 。从l l c 子层传来的d l - u n i d a t a i n d i c a t i o n 表示 一个璐d u 的到达。 ( 2 ) 与有确认无连接模式数据传输服务相关的原语： d l - d a t a a c k r e q u e s t ，d l - d a t a - a c k i n d i c a t i o n ，d l - d a t a a c k - s t a t u s i n d i c a t i o n 。 d l - d a t a a c k r e q u e s t 原语请求传递给l l c 子层，以使用一个有确认无 连接传输过程传递一个l s d u 给远端l l c 。从l l c 子层传来的 d l u n i d a t a i n d i c a t i o n 指示一个命令p d u 的到达。从l l c 子层传出的 d l d a t a a c k - s t a t u s i n d i c a t i o n 指示先前一个d l - d a t a a c k r e q u e s t 的结 果。 ( 3 ) 与有确认无连接模式交换服务相关的原语：d l - r e p l y r e q u e s t ，d l - 硕士毕业论文 交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 r e p l y i n d i c a t i o n d l - r e p l y - s t a t u s i n d i c a t i o no d l - r e p l y r e q u e s t 原语被传递给l l c 子层，以使用一个有确认无连接数 据单元交换过程从一个远端站点返回一个l s d u 或者在站点之间交换l s d u 。 从l l c 子层传来的d l - r e p l y i i l d i c a t i 彻指示一个命令p d u 的到达。从l l c 子层传出的d l r e p l y - s t a t u s i n d i c a t i o n 指示先前一个d l - r e p l y r e q u e s t 的结果。 ( 4 ) 与相应数据单元准备相关的原语：d l r e p l y u p d 气珏r e q u e s t ， d l - r e p l y - u p d a ：r e st f 鲴兀i s i n d i c a t i o n 。 d l r e p n 0 u p d a t e r e q u e s t 请求原语伴随一个l s d u 被传递给l l c 子 层，该l s d u 在l l c 子层暂作保存，稍后当其它站点请求时再发出。从l l c 子层传出的d l 广r e p l x u p d 期匝s t a t u s i n d i c a t i o n 指示先前一个 d l r e p l y - u p d a 陋r e q u e s t 的结果。 2 1 2 3 应用层 由于d s r c 协议中只有物理层、数据链路层和应用层，不象i s o 那样具 有七层协议，所以d s r c 协议中的应用层还实现了o s i 参考模型中网络层、 传输层、会话层、表示层的部分功能，提供了一些d s r c 应用的基础性工具， 包括：通信初始化过程、数据传输和擦去操作等等。它主要实现路边设备至车 载设备的通信处理。它提供了一系列“原语”，如接收车载设备信息原语、 对路边单元与车载设备之间初始化操作的原语，同时还包括了鉴别用户身份 算法以确保信息安全。 应用层主要是为实现应用服务提供通信工具，这些工具由一些单元组成， 用于执行应用操作的过程中。应用层可以为数据传输和远程控制提供服务， 采用一定的编码技术将本地描述信息转换成由a s n 1 ( a b s t r a c ts y n t a x n o t a t i o n 1 ) 定义的传输语义或反之，提供广播服务支持，通信系统管理支持 ( 包括通信参数集合管理) ，在通信谈判及通信连接( 初始化) 过程中也起着关 键作用。 2 1 2 3 1 核心单元功能说明 ( 1 ) 传输核心单元( t r a n s f e rk e r n e le l e m e n t ，t k e ) t k e 在对等服务用户之间传递信息，实现大大简化了的o s i 七层协议结 构中网络层( 1 a y e r 3 ) 到表示层( 1 a y e r 6 ) 的功能，包括编解码、多路技术、分离信 号及优先级处理等等。 ( 2 ) 初始化核心单元( i n i t i a l i z a t i o nk e r n e le l e m e n t ，i k e ) 1 4 硕二l = 毕业论文交通专用短程通信协议d s r c 的仿真和验证研究 i k e 负责路侧单元与车载单元之间通信的初始化，这一过程通过在对等 实体之间交换与参数集合或具体应用有关的信息来实现。i k e 管理o b u 的链 路地址，将r s u 内部与应用服务有关的信息通知o b u 的对等应用用户。 ( 3 ) 广播核心单元( b r o a d c a s tk e r n e le l e m e n t ，b k e ) b k e 负责进行数据收集、广播和恢复，这些数据用于多路应用服务或多 个移动用户。 2 1 2 3 2 应用层服务原语 应用层与其服务对象之间利用应用层提供的服务原语进行通信，常用服 务原语有四类：r e q u e s t 原语由用户发送到应用层请求初始化某项服务， i n d i c a t i o n 原语由应用层向用户指示某个对等应用服务的到来，r e s p o n s e 原语 由用户到应用层作为用户调用指示原语服务的响应，c o n f i r m 原语由应用层到 用户传递此前一个或多个服务请求的结果。 应用层三个核心单元提供的服务以具体服务原语形式分别描述如下： ( 1 ) t k e 提供的服务原语有g e t 、s e t 、a c t i o n