IEEE1609无线通信标准概述.doc

2012-07-13#I#E#E#E#1#6#0290无12线-0通7-信13标#准#概#述#2#012-07-13#李露（武汉职业技术学院 电信工程学院 湖北武汉 430074）摘 要：主要介绍了一个 IEEE 1609 系列标准，该标准提供了一个在车载网络中能够有效使用无线网络的存取 方式。其中 WAVE 技术是一种中短距离的无线连接技术具有良好的实时通讯能力，能很好的适应车载网络环境 中的一些特殊应用，例如与安全相关的应用、电子收费服务等。关键词：WAVE IEEE1609 无线网络中图分类号：TN91文献标识码：A文章编号：1007-3973（2011）007-049-021 前言近年来由于通讯、导航技术与车用电子技术的日趋成熟， 促进欧、美、日等国积极投入车载通讯的技术与服务开发和研 究，希望在 3C 之后能够促进 4C 产业发展。由于车载资通讯 中采用多种通讯技术，包含红外线、WiFi、WAVE 与 WiMAX 等。其中 WAVE 技术是一种中短距离的无线连接技术。它工 作在美国联邦通信委员会为智能运输系统授权的 5.9GHz 频 段上，并通过提供高速数据传输速率对手机进行补充。IEEE1609 标准由 IEEE 汽车技术学会智能运输系统委员 会发起，于 2008 或 2009 年成为正式使用的标准。IEEE 1609 整体框架 如下图所示：IEEE802.11p 的多渠道运行对单渠道运行。协调控制频道(CCH)与服务频道(SCH)的多频道运作。它包括优先权(Priority)的使用，频道的切换的机制。2 IEEE 1609.3 协议IEEE l609.3 定义了车载通讯在网络层和传输层上的相关 协议，提供了 IPv6 与 WSMP 两种数据传输方式。在管理机制 上，主要是由 IEEE 1609.3 中的管理层来完成的，当应用程序 要使用 WAVE 来进行传输时，必须先向 WAVE 的管理层进行 注册。其框架结构如下图所示。IEEE 1609.3 另外定义了用于控制的封包格式称为 WSA(Wave Service Advertisement)。当一个 Wave 设备想要提供服 务时，就会周期性地发送 WSA 广播封包，此封包的组成如下：(1)设备本身的相关信息，如：地理位置、国家代号。(2)设备所提供的所有服务，包含：PSID(服务识别代号),信 道索引。(3)设备所使用的信道信息，如：传输速度、信道代码、传输 功率。而收到 WSA 封包的设备，就会根据上层应用程序的需要， 通知是否有可用的服务。IEEEl609.3 中将提供服务者称之为 Provider，使用服务者称之为 user。开始时，Provider 的上层应 用程序会发送一个提供者服务请求(Provider Service Request) 到 WME，WME 接受请求之后，如果这个请求有要求要认证的 话，就会将产生的原始 WSA 交由 1609.2 进行认证，再呼叫1609.4 进行传送。如果此服务使用了尚未开启的通道，就必* IEEE1609.1“汽车环境中无线存取(WAVE)试用标准-资源管理”，其中规定了多个远程应用和资源管理间的控制互换 流程。此模块位于应用层，负责信息的交换，定义资源设备与 资源管理设备之间通信的格式及方法，以便传送数据、命令和 状态信息。* IEEE1609.2“汽车环境中无线存取(WAVE)试用标准-应 用和管理信息的安全服务”，其中包括了 WAVE 信息安全抵制 窃听、电子欺诈和其他袭击的方法。此模块定义在 WAVE DSRC 系统中的安全信息封包格式及处理方式。也定义 WAVE 管理与应用信息的加密方法，车辆引发的安全意外处理方法。* IEEE 1609.3(Networking Services)：此模块位于 OSI 的 网络模型的网络层与传输层，以便提供 WAVE DSRC 的网 络服务。可以提供两个车辆设备之间的通讯，或者车辆设备 与路旁设备(Road device)之间的通讯。2012-07-*1IE3EE#16#09#.4“#汽#车环#境#中#无#线#存#取#(W#A#VE#)试2用0标1准2-多-0须7再-把1特3定#的#服#务#通道#打#开#，2#如0果1服2务-要求0使7用-I1P 来3传#输#数#User 的上层应用程序一开始会发送使用者服务(User Ser-vice Request)请求，当收到 WSA 封包时，若此封包如果为需要 认证的封包，就交由 1609.2 检查。接着经过比对后，若发现此 封包所提供之服务与上层的需求吻合，便进行通道的分配。若 为 IP 类型的服务，同样也要进行通道的相关设定，之后即可传 送相关数据。在设计上，由于车载通讯处于高变动的环境，当一个设备 想要提供服务时，就必须持续地发出 WSA 的广播，而服务使 用者端的 WME 可借由收取 WSA 的情况来判断通讯质量的 好坏，以决定是否改变通讯状态(如：中止联机)。WSMP 是 IEEEl609 群组为车载通讯所制定的封包格式， 它简化丁 IPv6 以及 UDP 两层的协议复杂度，提供了更简洁的 信息交换格式。WSMP 提供了对车载通讯有用的字段。WSMP 封包除了数据之外，还提供此封包的使用信道、数据速率、传 输功率给收取封包的上层应用程序，应用程序可以依据自己 的需求利用这些信息。另外，由于 WSMP 格式简单，所以并不 提供类似 TCP 般具有稳固性的传输机制，这个部分可由上层 应用程序自行处理。1609.3 使用了多个信道来进行数据的传输，其中一个信 道为控制信道(Control Channel)，剩下的都是服务通道(Service Channel)。WSA 封包永远都是用控制通道来发送，WSMP 封 包则可以在任何通道上收发，而 IP 封包只能利用服务通道传 输。也就是说，在特殊应用需求下，应用程序也能够在不注册 服务的情况下，在控制通道上送出 WSMP 封包。此外，为了让只有单支天线的设备也能够同时使用控制 信道与服务信道，必须让天线在不同的频率之间切换。默认 值是两种频率各占一半的时间，而为了提高信道资源使用上 的弹性，1609.3 提供给使用者可以在控制通道的时间区段内 要求切换成服务通道，或者是持续地占用控制信道时间区段 的功能。3 IEEE 1609.4 协定在 IEEE 1609.4 中主要是规定了多通道的操作，即如何在 WAVE 中处理各个不同频道之间的数据传输操作，并且定义 一些关于 MAC 层的功能。此规范是基于 IEEE802.11P 制定 出来， IEEE1609.4 主要位于 IEEE 1609.3 的 LLC 层及 IEEE802.1 1P PHY 层之间，主要包含管理层和数据链路层。3.1 数据层在 IEEE 1609.4 规范中，关于数据层主要分为两类为同步 通道和优先权。3.1.1 同步通道在 IEEE 1609 规范中使用两类 channel，分别是 CCH 主要 是传送控制 Control Channel(CCH)和 Service Channel(SCH).并 且规范了当装置只有一个天线时，如何对此二个频道进行存 取。依据规范中的定义，基本上是每隔 50ms 进行一次 CCH 与 SCH 的切换，并且规定每秒开头都先从 CCH interval 开始。 如果是较具优先性的重要信息如 IEEE 1609.3 中的 WSA 信 息，而当 WAVE 装置使用某服务时就从指定的 SCH 进行此服 务。考虑频道切换时需要时间，规范中在每个频道与频道之间加入 Guard Interval 以防止可能的切换误差。由于必须要在二个频道间切换，装置与装置间必须做时间同步才能进行沟 通。有关于时间同步的部分定义于 IEEE 1609.4 的管理层中。3.1.2 优先权在 IEEE 1609.4 的 MAC 中用到两个 IEEE 802.1 1P 的 MAC，各别处理 CCH 跟 SCH 的封包。当 IEEE 1609.3 LLC 要 送出封包时会先进行 Channel Routing，此部分会根据封包的 种类属于控制类型或是服务类型，分别放到对应的 MAC 中。 每个封包也都有 User Priority 的属性以便于进行封包排序，优 先权高的会先进行传送，此排序机制是来自 IEEE 802.1 1EDCA 机制。3.2 管理层关于 1609.4 Management Plane 主要可分成以下部分：3.2.1 多通道的同步在 IEEE 1 609.4 规范中允许装置可用一个天线存取两个 频道，即天线在一定的时间间隔中进行二个频道的切换，因此 装置间必须达到时间同步才能进行沟通。规范中主要定义了 两种同步机制，使用 GPS 设备取得标准 UTC 时间，或是通过 发送 Timing Advertisement 的信息来进行同步。以 GPS 设备 进行同步相对后者而言较为简单，但需求为须要安装 GPS 设 备才能进行同步。第二个方式是透过一个装置持续发送 Timing Advertisement 的讯号来让接收者进行时间同步。3.2.2 准入在 IEEE 1609.4 规范中针对单一天线的双频道切换方式 除了 50ms 50ms 进行 CCH SCH 切换外，另外还提供两 种灵活的切换方式 immediate access 和 extended access，im- mediate access 表示当天线在 CCH interval 时，因为使用者需 求，立即切换到指定的 SCH 上，通常用于该服务有实时性的考 虑。extended access 则表示天线在 SCH interval 结束时，因为 使用者的需求，使天线持续停留在该 SCH 上，通常用于该服务 有持续性的考虑.4 结语IEEE 1609 系列标准提供了一个在车载网络中能够有效 使用无线网络的存取方式。在 IEEE 802.11p 针对车辆移动的 特性修正了物理层，也在 IEEE 1609 系列中提供了有效的快速 传递信息的通讯协议。未来的车载资通讯，以现有的电信网 络架构以及雷达、红外线等短距离通讯技术再加上 WAVE，必 定能创造更多车载通讯的新应用。注释：太原科技大学:李美玲,董增寿.无线通信系统间的干扰与对 策N.中国计算机报,2007(2). 张爱玲.基于无线通信系统的射频电路和基带模块的研究 D.东华大学,2005(19).储珊.IEEE8