專利名稱:一種實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及智能交通和無線通信領(lǐng)域，特別是一種實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置。本實用新型低功耗系統(tǒng)包括車載節(jié)點、低頻喚醒路側(cè)節(jié)點、通信路側(cè)節(jié)點；低頻喚醒路側(cè)節(jié)點與通信路側(cè)節(jié)點分別安裝在兩個龍門架上，其中低頻喚醒路側(cè)節(jié)點前置于通信路側(cè)節(jié)點前方；車載節(jié)點中處于超低功耗狀態(tài)的低頻喚醒接收器接收低頻喚醒路側(cè)節(jié)點發(fā)射低頻無線信號，產(chǎn)生喚醒信號，喚醒處于休眠狀態(tài)的射頻通信單元；車載節(jié)點中喚醒的射頻通信單元進(jìn)入通信路側(cè)節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，接入通信路側(cè)節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)并完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)交換，完成通信后車載節(jié)點的射頻通信單元再次進(jìn)入休眠狀態(tài)。本實用新型降低了智能交通無線通信裝置的功耗；可以用于車路通信中。
【專利說明】
一種實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及智能交通和無線通信領(lǐng)域，特別是一種實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在智能交通領(lǐng)域，車載節(jié)點(OBU)通常通過無線通信模塊與路側(cè)節(jié)點(RSU)進(jìn)行無線業(yè)務(wù)交互。而車載無線通信裝置通常采用電池供電，且車載節(jié)點(OBU)的無線通信模塊在發(fā)射、接收以及空閑時耗費的電量都比較多，只有處于休眠狀態(tài)下電量消耗最少。為了節(jié)省電池的功耗，延長OBU的工作時間，除了在設(shè)計OBU時采用低功耗的元器件外，通常主要依靠定時喚醒機制，即OBU平時大部分時間處于睡眠狀態(tài)，在被喚醒后進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收或發(fā)送，數(shù)據(jù)交換后重新恢復(fù)到睡眠狀態(tài)，直到OBU再次被喚醒，通過這種方式來降低功耗。但是這種定時喚醒的方式面臨著實時性和功耗的矛盾，主要表現(xiàn)在以下三個方面:時間間隔的長短，如果OBU設(shè)置的時間間隔過長，在與路側(cè)節(jié)點(RSU)有數(shù)據(jù)交互的時候OBU可能會無法及時響應(yīng)；如果設(shè)置的時間間隔過短，雖然可以增大RSU與OBU通信的可能性，但是OBU從睡眠到喚醒再到睡眠的狀態(tài)轉(zhuǎn)變頻率太快不利于功耗的降低，從而達(dá)不到降低功耗的目的。定時喚醒需要處理器的時鐘電路部分保持工作狀態(tài)，意味著MCU不能進(jìn)入最徹底休眠狀態(tài)。而且在沒有RSU無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域，OBU也會被定時喚醒。定時喚醒機制存在的諸多問題決定了車載OBU節(jié)點不能通過該種喚醒機制在保證與RSU正常通信情況下達(dá)到降低功耗與能量有效利用的目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型解決的技術(shù)問題在于解決車路通信中車載OBU功耗問題，而提出一種實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置，該裝置在保證車路正常通信的情況下，降低OBU工作的電量消耗。
[0004]本實用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:
[0005]包括:車載節(jié)點和通信路側(cè)節(jié)點，其特征在于:還包括有低頻喚醒路側(cè)節(jié)點；
[0006]所述的車載節(jié)點包括有低頻喚醒接收器、射頻通信單元，所述射頻通信單元與低頻喚醒接收器相連接，接收低頻喚醒接收器發(fā)送的喚醒中斷信號；所述低頻喚醒接收器在未接收到低頻喚醒路側(cè)節(jié)點發(fā)送的低頻無線信號前處于監(jiān)聽工作狀態(tài)；所述射頻通信單元未接收到低頻喚醒接收器發(fā)送的喚醒中斷信號前處于休眠狀態(tài)，接收到低頻喚醒接收器發(fā)送的喚醒信號后處于全速工作狀態(tài)，與路側(cè)通信節(jié)點完成數(shù)據(jù)交互后再次進(jìn)行休眠狀態(tài)；
[0007]所述低頻喚醒路側(cè)節(jié)點包括有低頻喚醒發(fā)射器；所述低頻喚醒路側(cè)節(jié)點一直處于全速正常工作狀態(tài)；
[0008]所述的通信路側(cè)節(jié)點包括有通信模塊，所述的通信路側(cè)節(jié)點處于一直處于全速正常工作狀態(tài)；
[0009]所述低頻喚醒接收器進(jìn)入低頻喚醒路側(cè)節(jié)點的無線電磁覆蓋區(qū)域，接收低頻喚醒路側(cè)節(jié)點發(fā)送低頻無線電信號，并向射頻通信單元產(chǎn)生喚醒信號；
[0010]所述射頻通信單元通過微波無線信號接入通信路側(cè)節(jié)點并完成數(shù)據(jù)交換；從而實現(xiàn)車路通信。
[0011]所述的車載節(jié)點還包括有供電單元，所述的供電單元為低頻喚醒接收器、射頻通信單元提供工作電源；所述的低頻喚醒接收器包括低頻接收喚醒處理單元和三維接收天線，低頻喚醒接收器通過三維接收天線接收低頻無線電波。
[0012]低頻喚醒路側(cè)節(jié)點還包括有處理器單元、供電單元和三維發(fā)射天線；其中，供電單元為低頻喚醒發(fā)射器、處理器單元提供工作電源；所述低頻喚醒發(fā)射器通過三維發(fā)射天線發(fā)射低頻無線電波，并與處理器單元相連接；處理器單元采用單片機實現(xiàn)，控制低頻喚醒發(fā)射器的工作方式；從而控制低頻喚醒路側(cè)節(jié)點的通信機制、通信距離。
[0013]車載節(jié)點的低頻喚醒接收器采用低頻喚醒接收芯片；低頻喚醒路側(cè)節(jié)點的低頻喚醒發(fā)射器采用低頻發(fā)射芯片。
[0014]所述的低頻喚醒路側(cè)節(jié)點與通信路側(cè)節(jié)點分別安裝在兩個龍門架上，其中低頻喚醒路側(cè)節(jié)點前置于通信路側(cè)節(jié)點前方；射頻通信單元與通信路側(cè)節(jié)點硬件架構(gòu)可以為集成MCU+射頻收發(fā)器的SOC，或是單獨MCU+射頻收發(fā)器。
[0015]路側(cè)通信節(jié)點與車載節(jié)點的射頻通信單元之間的通信頻段為433MHz、900MHz、
2.4GHz 或者 5.8GHzo
[0016]有益效果:
[0017]1、本實用新型是低頻低功耗技術(shù)與微波射頻技術(shù)的融合，既利用了低頻芯片的低功耗的優(yōu)勢，又能夠?qū)崿F(xiàn)微波射頻遠(yuǎn)距離通信的特點；
[0018]2、本實用新型將低頻節(jié)點與微波射頻節(jié)點分離，可實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的微波射頻通Is ;
[0019]3、車載節(jié)點的射頻通信單元在未喚醒狀態(tài)下，一直處于休眠低功耗狀態(tài)，而低頻喚醒接收器一直處于待機監(jiān)聽狀態(tài)。
[0020]因此，本實用新型將低頻喚醒技術(shù)應(yīng)用到智能交通領(lǐng)域，保證車載OBU與RSU正常通信的前提下，降低OBU電量消耗，節(jié)省了電池功耗，延長OBU的正常工作時間。

【附圖說明】

[0021]下面結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)一步說明:
[0022]圖1為本實用新型所述的車路通信低功耗裝置圖；
[0023]圖2為本實用新型所述的車載節(jié)點I的原理框圖；
[0024]圖3為本實用新型所述的低頻喚醒路側(cè)節(jié)點2的原理框圖；
[0025]圖4為本實用新型所述的通信路側(cè)節(jié)點3的原理框圖；
[0026]圖5為本實用新型實施例中所述的低頻喚醒發(fā)射器與低頻喚醒接收器通信示意圖；
[0027]圖6為本實用新型實施例中所述的車路通信的低功耗裝置部署實施方案示例圖；圖7為本實用新型實施例中所述的車路通信的低功耗裝置實現(xiàn)的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]本實用新型涉及的車路通信，在實際交通場景應(yīng)用中OBU與RSU通信交互的工作時間也許只有幾百毫秒到幾秒，而其他時間OBU可以處于非工作狀態(tài)。所以對于像車載OBU節(jié)點這樣工作時間短而非工作時間長的無線通信裝置來說，降低功耗的有效方法就是在OBU與RSU不進(jìn)行通信交互時，讓處于非工作狀態(tài)的OBU休眠，在OBU與RSU進(jìn)行通信交互時，將處于休眠狀態(tài)的OBU喚醒，而通過低頻喚醒技術(shù)便可達(dá)到以上低功耗的目的。
[0029]因此，本實用新型利用低頻喚醒技術(shù)設(shè)計一種能夠?qū)崿F(xiàn)車路通信的低功耗裝置，該裝置既能保證車路之間的正常通信，又能使得OBU功耗最小化，從而達(dá)到降低功耗，延長OBU的工作時間的目的。下面，以具體實施說明本實用新型，但并非限制本實用新型的保護(hù)范圍。
[0030]具體實施一:如圖1所示，本實用新型所述的車路通信低功耗裝置，包括載節(jié)點(OBU)U低頻喚醒路側(cè)節(jié)點(LF-RSU) 2、通信路側(cè)節(jié)點(RF-RSU) 3 ;
[0031]如圖2所示，所述車載節(jié)點(OBU)I包括:低頻(LF)喚醒接收器1_1、射頻通信單元(RF-OBU) 1-2、OBU供電單元1_3 ;其中OBU供電單元1_3為低頻(LF)喚醒接收器1_1、OBURF通信模塊1-2提供工作電源；
[0032]所述低頻喚醒接收器1-1包括:低頻接收喚醒處理單元、三維接收天線；
[0033]所述低頻(LF)喚醒接收器1-1用于接收低頻喚醒路側(cè)節(jié)點(LF-RSU) 2發(fā)送的低頻無線電波，并向射頻通信單元(RF-OBU) 1-2產(chǎn)生喚醒信號；
[0034]所述低頻喚醒接收器1-1與射頻通信單元(RF-OBU) 1-2通過有線方式相連接；
[0035]所述射頻通信單元(RF-OBU) 1-2接收低頻喚醒接收器1_1發(fā)送的喚醒中斷信號；
[0036]所述低頻喚醒接收器1-1在未接收到低頻喚醒路側(cè)節(jié)點(LF-RSU) 2發(fā)送的低頻無線信號前處于監(jiān)聽工作狀態(tài)；
[0037]所述射頻通信單元(RF-OBU) 1-2未接收到低頻喚醒接收器1_1發(fā)送的喚醒中斷信號前處于休眠狀態(tài)，接收到低頻喚醒接收器1-1發(fā)送的喚醒信號后處于全速工作狀態(tài)，與路側(cè)通信節(jié)點(RF-RSU) 3完成數(shù)據(jù)交互后再次進(jìn)行休眠狀態(tài)；
[0038]所述射頻通信單元1-2通過微波無線信號接入通信路側(cè)節(jié)點(RF-RSU) 3網(wǎng)絡(luò)并完成車路通信。。
[0039]如圖3所示，所述低頻喚醒路側(cè)節(jié)點(LF-RSU) 2包括:所述LF-RSU包括低頻(LF)喚醒發(fā)射器2-1、處理器(MCU)單元2-2、LF-RSU供電單元2-3 ;其中，LF-RSU供電單元為低頻(LF)喚醒發(fā)射器2-1、處理器(MCU)單元2-2提供工作電源；
[0040]所述低頻喚醒發(fā)射器2-1與處理器(MCU)單元2-2通過有線相連接；處理器(MCU)單元2-2控制低頻喚醒發(fā)射器2-1，并提供輸入信號；
[0041]所述低頻喚醒發(fā)射器2-1通過三維發(fā)射天線向車載節(jié)點(OBU) I的低頻喚醒接收器1-1發(fā)送低頻無線電信號。
[0042]所述的低頻喚醒路側(cè)節(jié)點(LF-RSU) 2 —直處于全速正常工作狀態(tài)；
[0043]所述低頻(LF)喚醒接收器1-1進(jìn)入低頻喚醒路側(cè)節(jié)點(LF-RSU) 2的無線電磁覆蓋區(qū)域，接收電平喚醒路側(cè)節(jié)點2發(fā)送的低頻無線電信號，并向射頻通信單元(RF-OBU) 1-2產(chǎn)生喚醒信號；
[0044]如圖4所示，所述的通信路側(cè)節(jié)點(RF-RSU)包括OBU RF通信模塊3_1與RSU供電單元3-2 ;其中RSU供電單元3-2為RSU RF通信模塊3_1提供工作電源；
[0045]所述OBU RF通信模塊3-1通過微波無線信號與車載節(jié)點I的射頻通信單元(RF-OBU) 1-2完成車路通信。
[0046]其中，車載節(jié)點I的射頻通信單元(RF-OBU) 1-21-2與路側(cè)通信節(jié)點3的RSU RF通信模塊3-1其硬件架構(gòu)可以為集成MCU+射頻收發(fā)器的S0C，或是單獨MCU+射頻收發(fā)器。
[0047]其中，低頻喚醒路側(cè)節(jié)點(LF-RSU) 2的處理器(MCU)單元2_2采用單片機實現(xiàn)，其控制低頻喚醒路側(cè)節(jié)點2的通信機制，通信距離等。
[0048]其中，車載節(jié)點(OBU) I的低頻喚醒接收器1-1采用低頻喚醒接收芯片；低頻喚醒路側(cè)節(jié)點(LF-RSU) 2的低頻喚醒發(fā)射器2-1采用低頻發(fā)射芯片。
[0049]如圖5所示，所述OBU低頻(LF)喚醒接收器1_1通過三維接收天線接收低頻無線電波；LF-RSU低頻(LF)喚醒發(fā)射器通過三維發(fā)射天線發(fā)射低頻無線電波。
[0050]如圖6所示，將圖1所示低頻喚醒路側(cè)節(jié)點(LF-RSU) 2安裝于高度為112的龍門架4上，該高度保證低頻喚醒路側(cè)節(jié)點(LF-RSU) 2發(fā)射的低頻無線電波能被OBU低頻(LF)喚醒接收器1-1接收到并激活處于休眠狀態(tài)的射頻通信單元1-21-2 ;將圖1所示通信路側(cè)節(jié)點(RF-RSU) 3安裝于高度為氏的龍門架5上，該高度盡可能增加與車載節(jié)點(OBU) I天線的可視角度；龍門架4與龍門架5的距離為L，該距離保證車載節(jié)點I的射頻通信單元(RF-OBU) 1-2被喚醒后有足夠的時間接入路側(cè)通信節(jié)點2網(wǎng)絡(luò)并完成相應(yīng)的車路數(shù)據(jù)交換。
[0051]圖7所示，本實用新型所述的利用低功耗裝置實現(xiàn)車路通信的方法包括以下步驟:
[0052]S1:安裝在龍門架4的低頻喚醒路側(cè)節(jié)點(LF-RSU) 2發(fā)射低頻無線電波激勵處于待機監(jiān)聽狀態(tài)的OBU低頻(LF)喚醒接收器1-1，OBU低頻(LF)喚醒接收器1_1產(chǎn)生喚醒信號喚醒處于休眠狀態(tài)的射頻通信單元；喚醒射頻通信單元1-2后，OBU低頻(LF)喚醒接收器1-1再次處于待機監(jiān)聽狀態(tài)；
[0053]S2:喚醒的車載節(jié)點(OBU) I進(jìn)入通信路側(cè)節(jié)點(RF-RSU)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域后，車載節(jié)點的射頻通信單元(RF-OBU) 1-2通過微波無線信號接入安裝在龍門架5上的通信路側(cè)節(jié)點(RF-RSU)的網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行車路通信；
[0054]S3:車載節(jié)點(OBU) I的射頻通信單元1_2與通信路側(cè)節(jié)點(RF-RSU) 2完成車路通信后，車載節(jié)點(OBU) I的射頻通信單元1-2再次進(jìn)入休眠狀態(tài)。
[0055]【具體實施方式】二:本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，車載節(jié)點I采用電池或車載供電，低頻喚醒路側(cè)節(jié)點2采用市電轉(zhuǎn)換的直流電，或采用太陽能供電，路側(cè)通信節(jié)點(RF-RSU) 3采用太陽火外部市電供電
[0056]【具體實施方式】三:本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，路側(cè)通信節(jié)點(RF-RSU) 2與車載節(jié)點(OBU)的射頻通信單元(RF-OBU)之間的通信頻段為433MHz、900MHz、2.4GHz 或者 5.8GHz。
[0057]【具體實施方式】四:本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，低頻喚醒路側(cè)節(jié)點(LF-RSU) 2與通信路側(cè)節(jié)點(RF-RSU) 3分別安裝在兩個龍門架上，其中低頻喚醒路側(cè)節(jié)點(LF-RSU) 2前置于通信路側(cè)節(jié)點(RF-RSU) 3前方。
[0058]通過以上所述低功耗裝置便可實現(xiàn)低功耗的車載節(jié)點(OBU)與通信路側(cè)節(jié)點(RF-RSU)的無線通信。
【權(quán)利要求】
1.一種實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置，包括:車載節(jié)點和通信路側(cè)節(jié)點，其特征在于:還包括有低頻喚醒路側(cè)節(jié)點； 所述的車載節(jié)點包括有低頻喚醒接收器、射頻通信單元，所述射頻通信單元與低頻喚醒接收器相連接，接收低頻喚醒接收器發(fā)送的喚醒中斷信號；所述低頻喚醒接收器在未接收到低頻喚醒路側(cè)節(jié)點發(fā)送的低頻無線信號前處于監(jiān)聽工作狀態(tài)；所述射頻通信單元未接收到低頻喚醒接收器發(fā)送的喚醒中斷信號前處于休眠狀態(tài)，接收到低頻喚醒接收器發(fā)送的喚醒信號后處于全速工作狀態(tài)，與路側(cè)通信節(jié)點完成數(shù)據(jù)交互后再次進(jìn)行休眠狀態(tài)； 所述低頻喚醒路側(cè)節(jié)點包括有低頻喚醒發(fā)射器；所述低頻喚醒路側(cè)節(jié)點一直處于全速正常工作狀態(tài)； 所述的通信路側(cè)節(jié)點包括有通信模塊，所述的通信路側(cè)節(jié)點一直處于全速正常工作狀態(tài)； 所述低頻喚醒接收器進(jìn)入低頻喚醒路側(cè)節(jié)點的無線電磁覆蓋區(qū)域，接收低頻喚醒路側(cè)節(jié)點發(fā)送低頻無線電信號，并向射頻通信單元產(chǎn)生喚醒信號； 所述射頻通信單元通過微波無線信號接入通信路側(cè)節(jié)點并完成數(shù)據(jù)交換；從而實現(xiàn)車路通信。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置，其特征在于:所述的車載節(jié)點還包括有供電單元，所述的供電單元為低頻喚醒接收器、射頻通信單元提供工作電源；所述的低頻喚醒接收器包括低頻接收喚醒處理單元和三維接收天線，低頻喚醒接收器通過三維接收天線接收低頻無線電波。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置，其特征在于:低頻喚醒路側(cè)節(jié)點還包括有處理器單元、供電單元和三維發(fā)射天線；其中，供電單元為低頻喚醒發(fā)射器、處理器單元提供工作電源；所述低頻喚醒發(fā)射器通過三維發(fā)射天線發(fā)射低頻無線電波，并與處理器單元相連接；處理器單元采用單片機實現(xiàn)，控制低頻喚醒發(fā)射器的工作方式；從而控制低頻喚醒路側(cè)節(jié)點的通信機制、通信距離。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置，其特征在于:低頻喚醒路側(cè)節(jié)點還包括有處理器單元、供電單元和三維發(fā)射天線；其中，供電單元為低頻喚醒發(fā)射器、處理器單元提供工作電源；所述低頻喚醒發(fā)射器通過三維發(fā)射天線發(fā)射低頻無線電波，并與處理器單元相連接；處理器單元采用單片機實現(xiàn)，控制低頻喚醒發(fā)射器的工作方式；從而控制低頻喚醒路側(cè)節(jié)點的通信機制、通信距離。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置，其特征在于:車載節(jié)點的低頻喚醒接收器采用低頻喚醒接收芯片；低頻喚醒路側(cè)節(jié)點的低頻喚醒發(fā)射器采用低頻發(fā)射芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置，其特征在于:所述的低頻喚醒路側(cè)節(jié)點與通信路側(cè)節(jié)點分別安裝在兩個龍門架上，其中低頻喚醒路側(cè)節(jié)點前置于通信路側(cè)節(jié)點前方；射頻通信單元與通信路側(cè)節(jié)點硬件架構(gòu)可以為集成MCU+射頻收發(fā)器的SOC，或是單獨MCU+射頻收發(fā)器。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置，其特征在于，所述的低頻喚醒路側(cè)節(jié)點與通信路側(cè)節(jié)點分別安裝在兩個龍門架上，其中低頻喚醒路側(cè)節(jié)點前置于通信路側(cè)節(jié)點前方；射頻通信單元與通信路側(cè)節(jié)點硬件架構(gòu)可以為集成MCU+射頻收發(fā)器的SOC，或是單獨MCU+射頻收發(fā)器。8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置，其特征在于:路側(cè)通信節(jié)點與車載節(jié)點的射頻通信單元之間的通信頻段為433MHz、900MHz、2.4GHz或者5.8GHzo9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置，其特征在于:路側(cè)通信節(jié)點與車載節(jié)點的射頻通信單元之間的通信頻段為433MHz、900MHz、2.4GHz或者5.8GHz。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置，其特征在于:路側(cè)通信節(jié)點與車載節(jié)點的射頻通信單元之間的通信頻段為433MHz、900MHz、2.4GHz或者5.8GHz。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的實現(xiàn)車路通信的低功耗裝置，其特征在于:路側(cè)通信節(jié)點與車載節(jié)點的射頻通信單元之間的通信頻段為433MHz、900MHz、2.4GHz或者5.8GHz。
【文檔編號】H04W52-02GK204291405SQ201420736668
【發(fā)明者】陳世超, 韓雙雙, 楊柳青, 朱鳳華, 王飛躍 [申請人]東莞中國科學(xué)院云計算產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與育成中心, 深圳市佳信捷技術(shù)股份有限公司