Page 32 - 网络电信2022年2月刊
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光    通    信

            冲突方。这种冲突不可能被静态的方式解决：首先，RetroSign                     RetroSign的ID。车辆发送下行帧告诉RetroSign随机的临时ID
            不能感知附近的其他  RetroSign的存在。第二，由于读写器的                    范围，同时告知车辆自身的ID，以及下行帧的序列号。VID由
            移动性（即位置不同）和车前照灯功率的多样性（即观察范                           车辆的ID、下行帧的序列号以及临时ID组合而成。RetroSign
            围不同），整个通信系统高度动态。第三，很难保持一个全局                          可以拥有多个VID，但是每个VID一定只对应一个RetroSign；
            时钟，确保附近的RetroSign之间的时钟同步，特别是考虑在                      RetroSign根据不同车生成的VID是不一样的；对于同一辆车
            RetroSign  可能会休眠并被唤醒的情况下。这些原因使我们需                    来说，RetroSign根据不同下行帧生成的VID也是不相同的。因
            要设计一个基于请求-应答模型的数据链路协议。                               此，VID可以起到RetroSign  全局ID的作用，读写器可以利用
                （2）冲突案例分析                                        VID唯一确定 RetroSign，并通过发送包含VID的Query Request
                不同的冲突情景说明如图 3 所示：                                （QReq）并接收相应的Query  Response（QResp）的信息，解决
                                                                 了同步上行链路冲突的问题。
                                                                     激发式载波监听（ECS, Excitatory Carrier Sensing）：
              图3 不同的冲突情景说明
                                                                 我们采用 ECS 机制解决异步上行链路冲突。在读写器不进行其
                                                                 他操作时，默认处于ECS状态，持续发射载波并监听自身发出的
                                                                 载波是否被有效的RetroSign  反射。当读写器准备发送下行数
                                                                 据时，会先根据ECS状态下的信道监听情况，判断上行信道是否
                                                                 空闲，如果空闲，则将数据发送。否则，进行随机退避，等待
                                                                 下次发送。ECS与传统的载波监听不同点在于，传统的载波监听
                                                                 是避免因自己抢占信道而导致通信发生冲突。而ECS是通过推迟
                                                                 自己的发送时间，进而使得对端的设备（RetroSign）推迟自己
                                                                 的发送时间，从而来避免由对向端点抢占信道而产生的冲突。

                                                                     二、系统测试与验证
                                                                     1. 测试配置
                下行链路冲突：当一个RetroSign处于多个读写器的共同视                       我们在不同的环境、不同的天气和照明条件下对系统进
            野中，并且有多个读写器试图同时与同一个RetroSign对话时，                     行了评估，如图4所示。由于上行速率（1kbps）、误码率、
            就会发生这种情况。这就是多对一的通信情况。                                RetroSign尺寸（大，0.3m ）、通信距离、阅读器和RetroSign
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                同步上行链路冲突：当多个RetroSign在同一个读写器的视                   之间的相对角度距离（垂直）以及实验环境（晴朗的夜晚）都
            野中并同时被请求时，它们可能会同时作出应答，并导致同步                          是相互关联的，在下面的结果中，除非特殊说明，所有因素都
            上行链路冲突。这对应于一对多的通信情况。                                 设置为括号中的默认值。我们使用误码率（BER,  Bit  Error
                异步上行链路冲突：在多对多的通信情况下，如果第一个                        Rate）作为我们主要的PHY性能指标。误码率低于1%的通信距离
            RetroSign  正在应答第一个读写器，而附近的第二个读写器试                    被视作可靠。对于每个数据点，我们发送25个数据包，每个数
            图请求刚好在第一个读写器视野内的第二个RetroSign时，第二                     据包为16字节。
            个RetroSign（对第二个读写器）的上行应答将被第一个读写器                         2. 结果
            接收到，从而破坏第一个RetroSign正在进行的应答。这将导致                         上行速率。从图4（a）中，我们可以得出几点结论。首
            异步上行链路冲突。                                            先，系统实现了长距离通信。即使是1kbps  的上行速率，读写
                （3）解决冲突的设计                                       器依旧可以在80m外与光标签通信。其次，上行链路速率与通
                Discovery  Request-Discovery  Ack机制：初始状态下，       信距离成反比。这是因为较低的速率意味着LCD状态变化得更彻
            车辆会随机地发送Discovery  Request（DReq），当RetroSign          底，因此在读写器上检测到的信号间的差距更大。第三，对于
            接收到  DReq后，回复一个特定的信号去应答。我们称这个特                       相同的上行速率，当通信范围变短时，误码率迅速下降。
            定的信号为  Discovery  Ack（DAck）。当车辆接收到DAck时，                 RetroSign尺寸。我们用三个尺寸的RetroSign进行了实
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            则表明其前一次发送的DReq已经正确地被RetroSign接收到。                    验——大（尺寸为 0.3 m ）、小（0.15 m ）和三角警戒牌尺寸
            如果车辆没有收到DAck，而且在其覆盖范围内有RetroSign的                    （0.025m ）。结果如图4（b）所示，大尺寸会带来更长的通信
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            话，则表明下行链路发生了冲突，之后进行随机退避，等到退                          距离。但这种关系似乎是高度非线性的，尺寸减半并不导致通
            避时间结束再次进行DReq。如果在车辆可通信的范围内没有                         信距离减半。即使是最小的三角警戒牌，读写器也能在45m外与
            RetroSign，车辆也会将其当作下行链路发生了冲突的情况来处                     之通信。
            理。                                                       偏航角。因为车灯上的读写器和位于路旁或者路上方的路
                虚拟地址与Query机制：对于车辆，为每个已发现的                        牌之间由于道路弯曲或者更换车道等，往往有一定的偏航角，
            RetroSign预先分配一个全局的ID并不可行，因为这需要全局地                    所以我们也测试了系统在不同偏航角下的表现。图4（c）告诉
            址分配协议，而且必须使用非常大的ID长度，开销过大。我们                         我们，在75m处系统能容忍±12的偏航角，而距离在50m处则增
            设计了一种与车辆ID相关的虚拟地址（VID, Virtual ID）作为                 加到±30。总体来说，读写器离路牌越近，则偏航角容忍度越


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