專利名稱：V2i通信中基于網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)航輔助快速三層切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明擴(kuò)展了車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的功能，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)側(cè)的快速三層切換方 法，屬于移動通信領(lǐng)域，特別是車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)無線通信系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)層切換 問題。
背景技術(shù)：
經(jīng)過近20年的發(fā)展，車載自組織網(wǎng)(VANET)受到了全世界的廣泛關(guān)注，其應(yīng)用也 日益得到普及。作為其重要組成部分的車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)通信，通過車輛與路邊 設(shè)施間的信息交互，可以為公眾提供實(shí)時(shí)交通信息、Internet接入、天氣預(yù)報(bào)等服務(wù)，在提 高交通效率、行車舒適度等方面發(fā)揮著重要作用。這些應(yīng)用通常是時(shí)延敏感的，為保證其可 靠性，快速的Internet接入必須得到保證。作為VANET的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，車載環(huán)境的無線接 入(WAVE)采用IEEE 802. Ilp作為其物理層和MAC層的標(biāo)準(zhǔn)，其通信范圍只有300_1000m。 車輛的高速移動性與路邊基礎(chǔ)設(shè)施通信覆蓋范圍的有限性，必然導(dǎo)致頻繁的越區(qū)行為。尋 找一種快速的三層(即網(wǎng)絡(luò)層)切換方式，減少切換延遲，保證Internet的快速接入勢在 必行。無線局域網(wǎng)(WLAN)通常是基于IP的網(wǎng)絡(luò)，因此對其切換的管理一般由移動IP 完成。目前，有關(guān)網(wǎng)絡(luò)層的切換，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)已經(jīng)制定了 MIPv4(Mobile IPv4)、MIPv6 (Mobile IPv6)、PMIPv6 (Proxy Mobile IPv6)等。針對快速切換問題，主 流及新興的標(biāo)準(zhǔn)有 FMIPv6(Fast Mobile IPv6), HMIPv6 (Hierarchical Mobile IPv6)、 FHMIPv6 (FastHierarchical Mobile IPv6), Proxy-based FMIPv6 等。以下先對上述協(xié)議 的基一MIPv6進(jìn)行介紹，再對各種快速切換協(xié)議進(jìn)行說明。1、ΜΙΡν6MIPv6用于管理IPv6網(wǎng)絡(luò)中移動節(jié)點(diǎn)(MN)的運(yùn)動，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。它支 持MN在不同的網(wǎng)絡(luò)間移動，并透明地保持當(dāng)前的所有連接及Internet的可達(dá)性。在MIPv6 中，MN有兩個(gè)地址一個(gè)保持不變的家鄉(xiāng)地址(HoA)，用于標(biāo)識MN; —個(gè)隨接入網(wǎng)絡(luò)變化的 轉(zhuǎn)交地址(CoA)，用于定位MN。上述二者之間的關(guān)聯(lián)稱之為綁定。MIPv6的切換過程如下a)運(yùn)動檢測MN通過分析接入路由器(AR)周期性發(fā)送的路由廣播(RA)檢測自己 運(yùn)動到新的子網(wǎng)。b)重復(fù)地址檢測(DAD) :MN首先通過執(zhí)行DAD驗(yàn)證其鏈路局域地址在新鏈路上的 的唯一性。隨后，采用無狀態(tài)地址自動配置或有狀態(tài)地址自動配置機(jī)制生成新的轉(zhuǎn)交地址 (NCoA)。獲得NCoA后，麗再次執(zhí)行DAD驗(yàn)證NCoA在新子網(wǎng)的唯一性。c) 一旦確定了 NCoA，MN就向家鄉(xiāng)代理(HA)和對端通信節(jié)點(diǎn)(CN)發(fā)送綁定更新， 告知其新的位置。MIPv6的切換要求麗向HA和CN發(fā)送綁定更新報(bào)告，當(dāng)麗和HA、CN的物理距離 相隔很遠(yuǎn)時(shí)，這將增加與外部網(wǎng)絡(luò)的信令交互，導(dǎo)致較大的延遲和干擾；若麗在網(wǎng)絡(luò)的切 換很頻繁，則其向HA和CN發(fā)送綁定更新的數(shù)目將急劇增加，占用大量帶寬，浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源。
4此外，只有在小區(qū)交疊覆蓋的情況下才可能實(shí)現(xiàn)無縫連接。2、HMIPv6為解決MIPv6中麗向HA和CN更新綁定所引發(fā)的問題，HMIPv6利用分層思想，將 全局網(wǎng)絡(luò)分成若干個(gè)管理域，每個(gè)域通過移動錨點(diǎn)(MAP)接入Internet。MN在一個(gè)管理域 內(nèi)同時(shí)擁有兩個(gè)地址區(qū)域轉(zhuǎn)交地址(RCoA)和鏈路轉(zhuǎn)交地址(LCoA)。RCoA用于向HA、MA 告知自身的位置，在同一個(gè)域內(nèi)保持不變；而LCoA隨著麗在域內(nèi)不同AR間的切換而改變， 用以標(biāo)識麗在域內(nèi)的具體位置。當(dāng)麗在同一個(gè)MAP管理域內(nèi)移動并接入不同AR改變了 LCoA時(shí)，它只需要向MAP注冊新的地址，而無需向HA與CN更新地址。當(dāng)MN在MAP管理域間 移動時(shí)，其移動性由MIPv6管理。由于大多數(shù)的移動都發(fā)生在某一區(qū)域內(nèi)，因此采用HMIPv6 可以減少麗向HA、CN發(fā)送的綁定更新報(bào)文，在局部減少了信令負(fù)載、降低了切換延遲。然 而HMIPv6的地址配置方法仍然沿用了 MIPv6并需要對地址進(jìn)行DAD，其延遲并不能得到較 大改善。3、FMIPv6FMIPv6是MIPv6的擴(kuò)展，它利用二層觸發(fā)來加速三層切換過程。其關(guān)鍵思想是 在麗仍與當(dāng)前接入路由器(PAR)保持連接時(shí)，檢測下一跳接入路由器(NAR)并配置NCoA， 使得MN在二層(即數(shù)據(jù)鏈路層)切換完成之后就可以直接建立起IP連接，降低了整個(gè)切 換的延遲。FMIPv6有兩種操作方式預(yù)測式切換及反應(yīng)式切換。FMIPv6預(yù)測式切換的信號流程如圖2所示。步驟如下(a)當(dāng)MN檢測到二層觸發(fā)，則向PAR發(fā)送路由請求代理消息(RtSolPr)。(b)PAR向麗返回代理路由廣播消息(PrRtAdv)。FMIPv6假定在完成(a) (b)的信 交互后，NAR即可確定。(C)麗處理PrRtAdv消息，配置NCoA，并向PAR發(fā)送快速綁定更新(F-BU)消息。(d)PAR接收到F-BU后，立即向NAR發(fā)送切換發(fā)起(HI)消息。(e) NAR通過DAD確認(rèn)MN NCoA的有效性和唯一性，并向PAR返回切換確認(rèn)(HAck) 消息，告知其NCoA的有效與否。(f)為了向MN通知三層切換已經(jīng)完成，通過新舊鏈路向MN發(fā)送快速綁定確認(rèn)消息 (F-Back)(g)麗執(zhí)行二層切換。此時(shí)，發(fā)往麗的數(shù)據(jù)包經(jīng)由PAR轉(zhuǎn)發(fā)至NAR。(h)MN完成二層切換后，向NAR發(fā)送快速鄰居廣播(FNA)，啟動可能緩存在NAR中 的需要發(fā)往MN的數(shù)據(jù)流。當(dāng)麗無法使用預(yù)測切換時(shí)，則觸發(fā)反應(yīng)式切換。在反應(yīng)式觸發(fā)中，當(dāng)麗移動至 NAR時(shí)，MN推遲NCoA的確立，只執(zhí)行二層切換并在新子網(wǎng)中沿用舊的CoA進(jìn)行通信。在二 層切換的觸發(fā)下，PAR和NAR之間建立起雙向隧道，發(fā)往麗的數(shù)據(jù)包經(jīng)PAR轉(zhuǎn)發(fā)至NAR再 送達(dá)麗；發(fā)自麗的數(shù)據(jù)包則經(jīng)NAR發(fā)往PAR再發(fā)至CN。隨后，麗再生成、注冊NCoA。雖然通過上述兩種操作方式，F(xiàn)MIPv6可以減少切換后與轉(zhuǎn)交地址配置相關(guān)的延 遲，但也為此引入了更大的信令開銷。同時(shí)，F(xiàn)MIPv6并沒有規(guī)定如何發(fā)現(xiàn)NAR，如果對NAR 的判斷發(fā)生錯(cuò)誤，則將造成切換出錯(cuò)以致通信中斷。另外，NCoA的DAD消耗了大量的時(shí)間， 有時(shí)甚至超過Is。4、FHMIPv6
FHMIPv6是FMIPv6和HMIPv6的組合，在FMIPv6中引入MAP機(jī)制。當(dāng)MN在域內(nèi)移 動時(shí)，執(zhí)行HMIPv6的局部綁定更新操作；當(dāng)MN在域間移動時(shí)，則遵循FMIPv6的切換方式。 FHMIPv6綜合了 FMIPv6和HMIPv6 二者的優(yōu)點(diǎn)，降低了切換延遲，提高了切換性能，然而也不 可避免的綜合了二者的缺點(diǎn)。5、基于代理的FMIPv6基于代理的FMIPv6為基于網(wǎng)絡(luò)的局域移動性管理協(xié)議——代理移動 IPv6 (ΡΜΙΡνθ)定義了快速切換協(xié)議。PMIPv6的核心功能實(shí)體是局域移動管理錨點(diǎn)(LMA) 和移動接入網(wǎng)關(guān)(MAG)。LMA管理每個(gè)PMIPv6域、處理麗的路由信息；MAG的功能與AR相 似，向MN提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)并代表MN執(zhí)行移動管理過程?；诖淼腇MIPv6有兩種操作 模式預(yù)測式及反應(yīng)式。預(yù)測式切換的信號流程如圖3所示，步驟如下(a)麗檢測到切換即將來臨時(shí)，報(bào)告自己的標(biāo)識符及最可能移動到的新AP的標(biāo)識 符。在某些情況下，先前接入網(wǎng)絡(luò)(P-AN)可以為麗決定新的AP ID。這個(gè)階段由接入技術(shù) 定義。(b)P-AN向先前移動接入網(wǎng)關(guān)(PMAG)預(yù)示麗的切換并告知麗與AP的ID。(c) PMAG從新AP ID中推得新移動接入網(wǎng)關(guān)(NMAG)，然后向其發(fā)送HI消息。HI消 息中包含麗ID、網(wǎng)絡(luò)前綴、為MN提供服務(wù)的當(dāng)前LMA地址，并設(shè)置P標(biāo)志。如果麗鏈路層 標(biāo)識符已知，則也必須包括。(d) NMAG向PMAG返回切換確認(rèn)(HAck)消息，并設(shè)置P標(biāo)志。(e)如果緩存或者前向轉(zhuǎn)發(fā)的定時(shí)恰好在步驟c之后，則NMAG可以選擇通過設(shè)置 HI信息中的U標(biāo)志或F標(biāo)志來請PMAG在晚些合適的時(shí)間緩存轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。(f)如果在(e)中設(shè)置了 F標(biāo)志，則在PMAG和NMAG之間會建立起雙向隧道，發(fā)往 MN的數(shù)據(jù)包將從PMAG通過此隧道發(fā)往NMAG。在解封裝后，這些數(shù)據(jù)包可能被緩存在NMAG 中。如果新接入網(wǎng)絡(luò)(N-AN)與NMAG的連接已經(jīng)建立起來了，則這些數(shù)據(jù)包可能發(fā)往N AN。(g)網(wǎng)絡(luò)側(cè)的切換已經(jīng)準(zhǔn)備就緒時(shí)，MN被觸發(fā)執(zhí)行切換至N-AN。這個(gè)步驟是由具 體的接入技術(shù)決定的。(h)麗和N-AN建立物理鏈路連接，如果N-AN和NMAG之間還沒有建立鏈路層連接， 則這一行為將觸發(fā)此連接的建立。IP層連接的建立也可能在此時(shí)完成。(i)NMAG開始通過N-AN向麗轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。(j)來自麗的上行數(shù)據(jù)包通過N-AN發(fā)往NMAG，NMAG再將其發(fā)給PMAG，PMAG再將 數(shù)據(jù)包發(fā)給目前提供服務(wù)的LMA。(k) NMAG向LMA發(fā)送代理綁定更新(PBU)(地址由第c步提供)。(1) LMA向NMAG返回代理綁定確認(rèn)。此后，發(fā)自或發(fā)往麗的數(shù)據(jù)包都經(jīng)由NMAG而 非 PMAG0在反應(yīng)式模式中，PMAG和NMAG之間的雙向隧道在麗連接到NMAG后才建立。與 MIPv6、HMIPv6、FMIPv6、FHMIPv6不同，基于代理的FMIPv6繼承了 PMIPv6的優(yōu)點(diǎn)，是基于網(wǎng) 絡(luò)的移動性管理協(xié)議，由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的MAG代表麗進(jìn)行切換的相關(guān)信令交互，可以在不改變現(xiàn) 有MN軟件的情況下實(shí)現(xiàn)LMA域內(nèi)的移動性管理，并減少了 MN進(jìn)行切換相關(guān)信令操作所需 要的時(shí)間。此外，在該方案中，MN的地址是唯一的，不需要進(jìn)行DAD，進(jìn)一步減少了切換延 遲。然而，它仍存在著一些問題。首先，它并未定義如何檢測切換的到來也沒有定義如何獲
6知新的AP ID ；其次，它規(guī)定了切換檢測由接入技術(shù)決定，使得在無法獲得接入信號時(shí)不可 用，只支持連續(xù)小區(qū)覆蓋情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提高V2I通信中三層切換的可靠性，減少切換延 遲，降低丟包率，并且使三層切換能夠同時(shí)支持小區(qū)連續(xù)和小區(qū)非連續(xù)的情況。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)航輔助快速三層切換方 法，用于車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施的無線通信，該切換方法包括以下步驟1)導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃行車路線，結(jié)合導(dǎo)航地圖上路邊單元(RSU)的位置信息確定沿途 需要?dú)v經(jīng)的路邊單元；2)利用導(dǎo)航系統(tǒng)周期性獲取車輛與當(dāng)前路邊單元(PRSU)之間的距離；3)當(dāng)步驟2)獲取的距離達(dá)到預(yù)切換觸發(fā)距離時(shí)，根據(jù)所述行車路線確定下一跳 路邊單元(NRSU)，建立從車載單元(OBU)經(jīng)由所述下一跳路邊單元到達(dá)Internet的備份路 由，并建立當(dāng)前路邊單元和下一跳路邊單元之間的雙向隧道；4) 二層切換；5) 二層切換完成后，應(yīng)用單元(AU)向所述下一跳路邊單元發(fā)送備份啟動消息，所 述下一跳路邊單元立即啟動所述備份路由，從而完成三層切換。其中，在二層切換期間，發(fā)往應(yīng)用單元的數(shù)據(jù)包，經(jīng)所述當(dāng)前路邊單元通過所述雙 向隧道緩存至所述下一跳路邊單元。所述預(yù)切換觸發(fā)距離可以根據(jù)車載單元和路邊單元所采用的無線通信協(xié)議的通 信范圍確定。所述應(yīng)用單元為車輛內(nèi)的通信終端設(shè)備，車載單元為車輛上安裝的無線接入點(diǎn)， 應(yīng)用單元通過車載單元與路邊單元進(jìn)行信息交互。所述導(dǎo)航地圖除了具備一般導(dǎo)航地圖的功能外，還必需包括各個(gè)路邊單元的位置 信息和網(wǎng)絡(luò)地址信息?？梢酝ㄟ^在現(xiàn)有一般導(dǎo)航地圖的基礎(chǔ)上增加各個(gè)路邊單元的位置信 息和網(wǎng)絡(luò)地址信息來實(shí)現(xiàn)。在步驟3)中，通過以下步驟建立備份路由3. 1)車載單元向當(dāng)前路邊單元發(fā)送包括應(yīng)用單元信息、車載單元信息和下一跳路 邊單元信息在內(nèi)的預(yù)切換指示消息；3. 2)當(dāng)前路邊單元從預(yù)切換指示消息中解析出下一跳路邊單元的信息，并向該下 一跳路邊單元發(fā)送HI消息，HI消息包括應(yīng)用單元的ID和網(wǎng)絡(luò)前綴、以及為應(yīng)用單元提供 服務(wù)的當(dāng)前局域移動管理錨點(diǎn)的地址；3. 3)下一跳路邊單元響應(yīng)后，建立起所述雙向隧道，并向當(dāng)前局域移動管理錨點(diǎn) 發(fā)送備份代理綁定更新請求；3. 4)當(dāng)前局域移動管理錨點(diǎn)執(zhí)行備份代理綁定更新，建立所述備份路由。進(jìn)一步還可以包括，在執(zhí)行備份代理綁定更新前，向政策數(shù)據(jù)庫核對所述下一跳 路邊單元是否有權(quán)限發(fā)起建立備份路由的請求。其中，所述政策數(shù)據(jù)庫可以是認(rèn)證、授權(quán)、 計(jì)費(fèi)服務(wù)器(即通常所說的3A服務(wù)器)。相鄰路邊單元的覆蓋范圍可以交疊，也可以不交疊。
本發(fā)明還提供了一種V2I通信中觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)層預(yù)切換的實(shí)現(xiàn)方法，該方法由導(dǎo)航系 統(tǒng)輔助實(shí)現(xiàn)，具體包括以下步驟1)導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃行車路線，結(jié)合導(dǎo)航地圖上路邊單元的位置信息確定沿途需要?dú)v 經(jīng)的路邊單元；2)根據(jù)車載單元和路邊單元所采用的無線通信協(xié)議的通信范圍確定預(yù)切換觸發(fā) 距離；3)利用導(dǎo)航系統(tǒng)周期性獲取車輛與當(dāng)前路邊單元之間的距離，當(dāng)該距離達(dá)到所述 預(yù)切換觸發(fā)距離時(shí)，觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)層預(yù)切換。本發(fā)明還提供了一種V2I通信中網(wǎng)絡(luò)層預(yù)切換確定下一跳路邊單元的方法，該方 法由導(dǎo)航系統(tǒng)輔助實(shí)現(xiàn)，具體包括以下步驟1)給導(dǎo)航系統(tǒng)配置增加了所有路邊單元位置和網(wǎng)絡(luò)地址的擴(kuò)展導(dǎo)航地圖；2)導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃行車路線，確定沿途需要?dú)v經(jīng)的路邊單元；3)根據(jù)所述行車路線自動確定下一跳路邊單元。本發(fā)明在綜合現(xiàn)有技術(shù)方案優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，利用導(dǎo)航輔助下一跳接入點(diǎn)(即下一 跳路邊單元)的預(yù)測并通過建立備份路由，進(jìn)一步加快切換速度、減少預(yù)切換的出錯(cuò)概率、 降低切換延遲和丟包率，而且本發(fā)明的方案不需要對移動臺的協(xié)議進(jìn)行修改，便于系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)。相較于現(xiàn)有的三層切換方法，本發(fā)明和它們的區(qū)別及由此引入的相應(yīng)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在 以下幾個(gè)方面1、應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)層的跨層配合。本發(fā)明利用應(yīng)用層導(dǎo)航系統(tǒng)提供的車輛與RSU位 置信息，計(jì)算二者之間的距離，以此作為判決預(yù)切換觸發(fā)的依據(jù)。傳統(tǒng)方案通常根據(jù)接入信 息做運(yùn)動檢測，當(dāng)無線信號由于環(huán)境干擾等原因丟失時(shí)，此類方法失效。此外，在預(yù)測式切 換中，通常要求MN在當(dāng)前小區(qū)內(nèi)能收到下一小區(qū)的信號，因此小區(qū)間必須交疊。采用本發(fā) 明的方法利用位置、距離進(jìn)行預(yù)切換觸發(fā)則不受此限制，在提高可靠性的同時(shí)可以支持小 區(qū)連續(xù)和小區(qū)非連續(xù)的情況。2、明確定義了下一跳接入點(diǎn)的確定方法，而現(xiàn)有的協(xié)議都未對此做出明確解釋。 借助于功能擴(kuò)展后的導(dǎo)航系統(tǒng)，車輛可以預(yù)先確定行車路徑及路線上的RSU分布。根據(jù)該 導(dǎo)航路徑與當(dāng)前位置，車輛能夠智能的選擇NRSU，為三層切換的預(yù)處理提供信息。借助現(xiàn)有 的高精度導(dǎo)航系統(tǒng)，這種方法可以保證下一跳RSU預(yù)測的正確率，從而確保預(yù)切換的成功率。3、建立備份路由。與現(xiàn)有預(yù)測式快速切換方法相比，本發(fā)明通過引入 備份路由進(jìn)一步降低切換延遲和丟包率，在二層切換之前沿用舊的網(wǎng)絡(luò)路由， 即AU-OBU-PRSU-LMA-Internet-CN ；在二層切換完成后立即啟動新的網(wǎng)絡(luò)路由，即 AU-OBU-NRSU-LMA-Internet-CN。而在基于代理的FMIPv6中，在二層切換完成之后，NRSU 還必須與LMA進(jìn)行綁定更新操作才能啟動新的網(wǎng)絡(luò)路由。FMIPv6的三層切換在二層切換 之前完成，即在二層切換之前舊的網(wǎng)絡(luò)路由就失效了，而此時(shí)OBU與NRSU的物理連接尚未 建立，因此上行數(shù)據(jù)只能經(jīng)I3RSU通過隧道轉(zhuǎn)發(fā)給NRSU再發(fā)送給CN ；下行數(shù)據(jù)則只能通過 PRSU經(jīng)隧道送往NRSU中緩存起來。當(dāng)預(yù)切換觸發(fā)時(shí)刻到實(shí)際二層切換開始的時(shí)間間隔較 大時(shí)，這種方法的弊端尤為突出。


圖1為MIPv6網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；圖2為FMIPv6預(yù)測式切換信號流程圖；圖3為基于代理的FMIPv6預(yù)測式切換信號流程圖；圖4為本發(fā)明所涉及的V2I網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明三層切換方法的信號流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的三層切換方案不需要對現(xiàn)有移動終端的IP協(xié)議進(jìn)行修改，直接利 用應(yīng)用層提供的信息在二層切換之前預(yù)先執(zhí)行三層切換的相關(guān)操作，建立移動終端經(jīng)由 NRSU到達(dá)Internet的備份路由及I3RSU與NRSU間的雙向隧道，當(dāng)二層切換完成后立即啟動 備份路由，從而達(dá)到快速完成三層切換的目的。下面結(jié)合附圖做進(jìn)一步說明參照圖4，本發(fā)明所涉V2I網(wǎng)絡(luò)主要包括如下關(guān)鍵元素1、AU:車輛內(nèi)的各種通信終端設(shè)備，如乘客的手提電腦、PDA、手機(jī)等。這些AU通 過OBU進(jìn)行信息交互。2、OBU 車輛上安裝的無線接入點(diǎn)(AP)，支持IEEE 802. Ilp協(xié)議，提供車輛與RSU 的連接。3、RSU =RSU是支持IEEE 802. Ilp協(xié)議的移動路由器，在本發(fā)明所屬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，其功 能相當(dāng)于MAG。在車載網(wǎng)絡(luò)中，車輛通過路邊安裝的RSU接入Internet或與其它車輛進(jìn)行
信息交互。4,LMA =LMA提供到Internet的連接，一端連接MAG，另一端連接Internet，主要功 能與PMIPv6中定義的一樣。本發(fā)明三層快速切換的具體實(shí)施主要包括兩個(gè)階段離線階段和在線階段。下面 結(jié)合圖5所示信號流程圖，進(jìn)一步說明其
具體實(shí)施例方式1、離線階段離線階段的主要任務(wù)是在現(xiàn)有導(dǎo)航地圖的基礎(chǔ)上增加每一個(gè)RSU的位置、網(wǎng)絡(luò)地 址信息，并根據(jù)IEEE 802. Ilp的通信范圍(300_1000m)確定預(yù)切換觸發(fā)距離。2、在線階段離線階段完成之后，即可以實(shí)施在線階段。在線階段又可細(xì)分為準(zhǔn)備階段及快速 切換階段。其具體的實(shí)施過程如下1)準(zhǔn)備階段(a)車輛啟動，導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃起點(diǎn)到終點(diǎn)的行車路線，同時(shí)確定沿途的RSU分布。(b)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)周期性的計(jì)算車輛到I3RSU的距離。2)快速切換階段(a)當(dāng)車輛與I3RSU的距離由近及遠(yuǎn)到達(dá)設(shè)定的預(yù)切換觸發(fā)距離時(shí)，觸發(fā)預(yù)切換操 作，導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定路線確定NRSU，AU向OBU發(fā)送報(bào)告，告知此NRSU及自己的ID。(b) OBU接收到AU的報(bào)告后，向I3RSU發(fā)送切換指示(handover indication)消息， 向其預(yù)示預(yù)切換的開始，并告知AU、0BU, NRSU的信息。(c)PRSU從切換指示消息中獲知NRSU，然后向其發(fā)送HI消息。HI消息包括AUID、
9AU的網(wǎng)絡(luò)前綴、為AU提供服務(wù)的當(dāng)前LMA地址。(d)NRSU向I3RSU返回HAck消息，同時(shí)建立起二者之間的雙向隧道。(e)NRSU向AU的當(dāng)前服務(wù)LMA發(fā)送備份代理綁定更新(BPBU)請求，消息中包括 AU ID0(f) LMA接收到此BPBU后，向政策數(shù)據(jù)庫(如認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)服務(wù)器)核對，確認(rèn) NRSU是被授權(quán)發(fā)送BPBU消息的。如果可信任則接受此BPBU消息，向其返回備份代理綁定 更新確認(rèn)(BPBA)消息，消息中包括AU的網(wǎng)絡(luò)前綴。同時(shí)建立備份路由，使得在需要的時(shí)候， AU可以通過備份路由經(jīng)由NRSU到達(dá)LMA。(g)當(dāng)車輛駛離rasu的覆蓋范圍并進(jìn)入NRSU的覆蓋范圍，AU執(zhí)行二層切換。在 此過程中，發(fā)往AU的數(shù)據(jù)包，經(jīng)rasu通過隧道緩存至NRSU。(h) 二層切換完成后，AU建立起到NRSU的物理連接，并向其發(fā)送備份啟動(Bi)消 肩、ο(i) NRSU接收到BI消息后立即啟動備份路由。至此切換完成，發(fā)往/發(fā)自AU的數(shù) 據(jù)包經(jīng)由NRSU直接傳輸。
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權(quán)利要求
一種基于網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)航輔助快速三層切換方法，用于車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施的無線通信，其特征在于，包括以下步驟1)導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃行車路線，結(jié)合導(dǎo)航地圖上路邊單元的位置信息確定沿途需要?dú)v經(jīng)的路邊單元；2)利用導(dǎo)航系統(tǒng)周期性獲取車輛與當(dāng)前路邊單元之間的距離；3)當(dāng)步驟2)獲取的距離達(dá)到預(yù)切換觸發(fā)距離時(shí)，根據(jù)所述行車路線確定下一跳路邊單元，建立從車載單元經(jīng)由所述下一跳路邊單元到達(dá)Internet的備份路由，并建立當(dāng)前路邊單元和下一跳路邊單元之間的雙向隧道；4)二層切換；5)二層切換完成后，應(yīng)用單元向所述下一跳路邊單元發(fā)送備份啟動消息，所述下一跳路邊單元立即啟動所述備份路由，從而完成三層切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三層切換方法，其特征在于二層切換期間，發(fā)往應(yīng)用單元的 數(shù)據(jù)包，經(jīng)所述當(dāng)前路邊單元通過所述雙向隧道緩存至所述下一跳路邊單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三層切換方法，其特征在于所述預(yù)切換觸發(fā)距離根據(jù)車載 單元和路邊單元所采用的無線通信協(xié)議的通信范圍確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三層切換方法，其特征在于所述應(yīng)用單元為車輛內(nèi)的通信 終端設(shè)備，車載單元為車輛上安裝的無線接入點(diǎn)，應(yīng)用單元通過車載單元與路邊單元進(jìn)行 信息交互。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三層切換方法，其特征在于所述導(dǎo)航地圖是在現(xiàn)有導(dǎo)航地 圖的基礎(chǔ)上增加了各個(gè)路邊單元的位置信息和網(wǎng)絡(luò)地址信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三層切換方法，其特征在于相鄰路邊單元的覆蓋范圍交疊 或不交疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三層切換方法，其特征在于，在步驟3)中，通過以下步驟建立 備份路由3. 1)車載單元向當(dāng)前路邊單元發(fā)送包括應(yīng)用單元信息、車載單元信息和下一跳路邊單 元信息在內(nèi)的預(yù)切換指示消息；3. 2)當(dāng)前路邊單元從預(yù)切換指示消息中解析出下一跳路邊單元的信息，并向該下一跳 路邊單元發(fā)送HI消息，HI消息包括應(yīng)用單元的ID和網(wǎng)絡(luò)前綴、以及為應(yīng)用單元提供服務(wù) 的當(dāng)前局域移動管理錨點(diǎn)的地址；3. 3)下一跳路邊單元響應(yīng)后，建立起所述雙向隧道，并向當(dāng)前局域移動管理錨點(diǎn)發(fā)送 備份代理綁定更新請求；3. 4)當(dāng)前局域移動管理錨點(diǎn)執(zhí)行備份代理綁定更新，建立所述備份路由。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三層切換方法，其特征在于在執(zhí)行備份代理綁定更新前，向 政策數(shù)據(jù)庫核對所述下一跳路邊單元是否有權(quán)限發(fā)起所述備份路由請求。
9.V2I通信中觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)層預(yù)切換的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，由導(dǎo)航系統(tǒng)輔助實(shí)現(xiàn)，該方 法包括以下步驟1)導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃行車路線，結(jié)合導(dǎo)航地圖上路邊單元的位置信息確定沿途需要?dú)v經(jīng)的 路邊單元；2)根據(jù)車載單元和路邊單元所采用的無線通信協(xié)議的通信范圍確定預(yù)切換觸發(fā)距罔；3)利用導(dǎo)航系統(tǒng)周期性獲取車輛與當(dāng)前路邊單元之間的距離，當(dāng)該距離達(dá)到所述預(yù)切 換觸發(fā)距離時(shí)，觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)層預(yù)切換。
10.V2I通信中網(wǎng)絡(luò)層預(yù)切換確定下一跳路邊單元的方法，其特征在于，由導(dǎo)航系統(tǒng)輔 助實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下步驟1)給導(dǎo)航系統(tǒng)配置增加了所有路邊單元位置和網(wǎng)絡(luò)地址的擴(kuò)展導(dǎo)航地圖；2)導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃行車路線，確定沿途需要?dú)v經(jīng)的路邊單元；3)根據(jù)所述行車路線自動確定下一跳路邊單元。
全文摘要
一種基于網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)航輔助快速三層切換方法，用于車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施的通信，包括以下步驟導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃行車路線，確定沿途需要?dú)v經(jīng)的路邊單元；利用導(dǎo)航系統(tǒng)周期性獲取車輛與當(dāng)前路邊單元之間的距離；當(dāng)該距離達(dá)到預(yù)切換觸發(fā)距離時(shí)，根據(jù)所述行車路線確定下一跳路邊單元，提前進(jìn)行三層切換的相關(guān)操作、建立備份路由；在二層切換完成后，立即啟動備份路由。該方法便于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步加快了切換速度，減少了預(yù)切換的出錯(cuò)概率，降低了切換延遲和丟包率，并能同時(shí)支持小區(qū)連續(xù)和小區(qū)非連續(xù)的情況。
文檔編號H04W36/32GK101932059SQ201010253678
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者盧恒惠, 張盛, 林孝康, 秦博, 陳霽 申請人:清華大學(xué)深圳研究生院