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( Dedicated Short Range Communication, DSRC) 專用短距離通訊

( Dedicated Short Range Communication, DSRC) 專用短距離通訊. 指導老師：童曉儒 教授 報告人：張益瑞. Outline. Introduction WAVE1609.3 WAVE1609.4 各國發展現況. Introduction. DSRC 泛指所有短距離的無線通訊技術，包含不同的技術和不同的規格，而用於交通上的 5.9GHz DSRC 在 MAC 與 PHY 的底層為 IEEE802.11p.

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( Dedicated Short Range Communication, DSRC) 專用短距離通訊

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  1. (Dedicated Short Range Communication, DSRC)專用短距離通訊 指導老師：童曉儒 教授 報告人：張益瑞

  2. Outline • Introduction • WAVE1609.3 • WAVE1609.4 • 各國發展現況

  3. Introduction • DSRC泛指所有短距離的無線通訊技術，包含不同的技術和不同的規格，而用於交通上的5.9GHz DSRC在MAC與PHY的底層為IEEE802.11p. • 802.11p是IEEE在2003年以802.11a為基礎所制定，又稱為WAVE(Wireless Access in the Vehicular Environment)，將會被用在DSRC系統中。 • 優點為：可用於高速移動、美國運輸部以該標準建置基礎建設。

  4. Introduction • ITS概觀，DSRC的重點在於紅色區塊。

  5. Introduction • 車內通訊: Bluetooth (BT), Ultra-wideband (UWB) • 車外通訊: 2G, 2.5G, 3G, 3.5G (cellular systems), GPS, WiMAX • 車路通訊: Microwave, Infrared, Dedicated Short Range Communications (DSRC), Wi-Fi • 車間通訊: Microwave, Infrared, DSRC

  6. Introduction

  7. Introduction • 車路通訊與車間通訊其實是同一技術的兩種不同應用模式，通訊距離大約介於數百公尺至一公里左右的範圍，再依據不同的實體介質可細分為： • 微波(microwave) • 紅外線(infrared) • 無線電(radio frequency, e.g. DSRC) • 主要差異在於介質穿透能力及資料傳輸速率高低，而相對移動速度對於通訊效能的影響也會因介質而異。

  8. Introduction • 車路通訊(V2R, OBU-to-RSU／RSU-to-OBU)應用模式下至少有一方是維持不動的，例如自動電子收費、自動取得前方交通路況、停車場資訊、定點影音資訊上傳及下載等。 • 在車間通訊(V2V, OBU-to-OBU)應用模式時就是屬於多動點之間的雙向傳輸，主要被應用於車輛安全防撞訊息的交換，其安全與即時性的需求均高。

  9. DSRC系統於車路及車間通訊之典型應用實例 (圖片來源：日本總務省電信總局全球資訊網)

  10. 各式無線通訊接取技術綜合評估分析(車內)

  11. 各式無線通訊接取技術綜合評估分析(車外)

  12. 各式無線通訊接取技術綜合評估分析(車路)

  13. 各式無線通訊接取技術綜合評估分析(車間)

  14. DSRC/WAVE的標準架構

  15. DSRC/WAVE頻譜分佈圖

  16. IEEE1609-Sponsor • The Intelligent Transportation Systems（ITS）Committee of the IEEE Vehicular Technology Society（ VTS ） • DOT ITS Program • Department of Transportation（ DOT ） • Major Objective on ITS • Intelligent Infrastructure, IF • Intelligent Vehicles, IV

  17. IEEE 1609 IEEE 1609 WAVE Network V to V V to R Roadside Unit（ RSU ） Onboard Unit（ OBU ） Source: http://3fire.blogspot.com/2007/06/wave-ieee-1609.html

  18. WAVE Protocol Stack Model OSI Reference Model Application ApplicationPresentationSession Security Services 1609.1 WME UDP/TCP WSMP Transport IPv6 1609.2 Network 1609.3 LLC Data Link 802.2 MLME WAVE MAC 802.11 Multi-channel operation 1609.4 802.11p PLME WAVE Physical Physical 1609.3 Data plane Management plane

  19. IEEE 1609.1 • IEEE 1609.1: resource manager • IEEE 1609.1 為 WAVE 的資源管理。這個標準制定一個用於 DSRC 應用與 WAVE 環境中的無線存取方式，允許遠端應用程式與車上裝置 (OBU) 或路邊裝置 (RSU) 之間的通訊，WAVE的資源管理扮演一個應用層的角色，其通訊的目的是引導資訊交換。

  20. IEEE 1609.2 • IEEE 1609.2 : secure message formats to process secure messages of the DSRC/WAVE • 主要目的在發展與定義安全訊息格式、處理 DSRC 與 WAVE 系統內部中的安全訊息它同時也討論： • WAVE管理訊息與應用程式訊息的加密方法 • 車輛引起的安全訊息例外處理 • 支援核心安全功能的必要管理功能

  21. IEEE 1609.3 • IEEE 1609.3 : network services • 提供 WAVE 網路服務給 WAVE 裝置與系統，它定義操作在網路層與傳輸層的 WAVE 網路服務，粗略的重新展現 OSI 網路模型的第三、四層。 • IEEE 1609.3 的網路服務提供兩大類的傳輸服務：IPv6 傳輸服務、WAVE short message (WSM)短訊服務

  22. Application WME UDP/TCP WSMP IPv6 LLC Focus of enhancements Specified by this standard WAVE MAC Multi-channel operation MLME PLME WAVE Physical Data plane Management plane IEEE1069.3 Protocol Stack Model non-IP based

  23. WAVE network services (1/3) • IEEE 1609.3 的制定目的在於提供WAVE系統的定址及路由的服務。 • IEEE 1609.3 規範了在 5.9GHz 的 DSRC/WAVE 模式下，無線連接車用裝置和車用裝置與固定的路邊裝置的網路層及傳輸層的服務及操作。

  24. WAVE network services (2/3) • 定義 WAVE 的網路服務，我們可以從資料面及管理面來討論。 • Data Plane(資料面) • 定義使用現有的 UDP (TCP選用)、IPv6 與邏輯鏈結控制，車用無線存取環境的短訊息 WAVE Short Message (WSM) 與其通訊協定Protocol (WSMP) 。

  25. WAVE network services (3/3) • Management Plane(管理面) • 應用程式的登錄。 • 管理車用無線存取環境基礎服務(WAVE basic service set ,WBSS)。 • 頻道使用狀態監控。 • IPv6 的配置。 • 接收頻道能量監控。

  26. Communication protocols (1/2) • Channel types • CCH (single control channel) • 保留給short、high-priority application 及 system control message使用。 • SCH (multiple service channel) • 支援一般目的的應用資料傳輸。

  27. Communication protocols (2/2) • WAVE Short Message Protocol (WSMP) • 被設計來提升在WAVE的傳輸效率，車用無線存取環境短訊息可以使用任意頻道傳送 (CCH or SCH) 。它允許應用程式直接控制實體層PHY例如：頻道號碼、傳輸功率(能量)等利用在傳遞訊息。 • IPv6 • 僅能使用在SCH 多重服務頻道，它允許存取一般的應用程式與網路。

  28. WAVE Service Information Element (WSIE) Reference by IEEE 1609.3

  29. IEEE 1609.4 • Discuss the WAVE multi-channel operations • 提供頻帶的協調及MAC子層的管理功能。 • 協調控制頻道 (Control Channel, CCH)與服務頻道的操作 (Service Channels, SCH) ： • 控制頻道用來廣播、高優先權的利用與訊號使用訊息(系統用) 。 • 服務頻道則用來提供線上的傳輸服務。

  30. Reference Model Application WME UDP/TCP WSMP IPv6 LLC WAVE MAC with channel coordination Focus of enhancements Specified by this standard MLME PLME WAVE Physical Data plane Management plane

  31. General Description • WAVE devices (OBU or RSU) provide an architecture that supports a single CCH and multiple SCHs. • CCH • 用來傳輸WSM及發佈WAVE服務。 • SCHs • 用來讓應用程式的互動或傳輸訊息用。

  32. Provide Functions • Channel routing • Routing for WSMP data • Routing for IP datagram • User priority (UP) • Channel coordination

  33. 1 octet 1 octet 1 octet channel power data rate WSMP header Source: IEEE 1609.4 Routing for WSMP data (1/2) • WSMP header contains the channel, power level, and data rate

  34. Routing for WSMP data (2/2) • Routing Script Scenario • 首先 WSMP data 從 LLC 層被傳送到 MAC 層。 • 接下來 MAC 會路由該封包到適當的 buffer 也就是在 WSMP header 中所指的channel number。 • 如果 WSMP header 中所指的 channel number 是無效的，則該封包會被摒棄，而所謂無效的 channel number 是指它並非對應到 CCH number 或目前的 SCH number。

  35. Routing for IPpacket(1/2) • 首先，在 IP 封包被傳送之前，必須先向 MLME 做一個註冊的動作。註冊的內容包括要告知： SCH number、power level、data rate 及可接受的power level 及 data rate。另外，在任何一個時間點，只有一個註冊動作會被核准。 • 接下來，IP 封包從 LLC 層被傳送到MAC層，MAC層會轉送該封包到符合目前SCH的緩衝區中。

  36. Routing for IPdiagrams(2/2) • Data shall be discarded： • 一是該封包在傳輸之前並沒做任何註冊的動作 • 一是該傳輸的 WAVE 裝置並非是一個 WBSS (WAVE basic service set)的成員。

  37. User priority (1/2) • IEEE 1609 使用 IEEE 802.11e 的增強分散頻道存取 (Enhanced Distributed Channel Access mechanism ，EDCA) 的機制，來用於競爭媒體的存取。媒體存取控制根據存取分類索引與使用者優先權的配對決定將資料置於何佇列。EDCA 相關的參數如下： • Arbitration inter-frame space (AIFS) • Contention window (CW) • Transmit opportunity (TXOP) limit

  38. LLC User priority (2/2) MAC • 圖中展示了在一個 Channel 的情況下，資料封包於(MAC層)競爭的概念圖。 ACI = 0 ACI = 1 ACI = 2 ACI = 3 Transmit Queues AIFS[ACI] CW[ACI] TXOP[ACI] AIFS[ACI] CW[ACI] TXOP[ACI] AIFS[ACI] CW[ACI] TXOP[ACI] AIFS[ACI] CW[ACI] TXOP[ACI] Pre-queue channel access functions Internal Contention Medium Contention PHY Source : IEEE 1609.4

  39. Channel coordination Guard Interval Sync Interval CCH Interval SCH Interval Source: IEEE 1609.4

  40. 1 2 3 4 5 6 7 Transmit operations

  41. 各國現況-美國

  42. 各國現況-日本

  43. 各國現況-歐洲 歐洲ITS跨國計畫總覽

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