一种基于IEEE802.11p协议的图像多信道并发传输方法

摘要

一种基于IEEE802.11p协议的图像多信道并发传输方法，其属于图像信息实时传输的技术领域。该方法采用首先将待传输的每帧图像数据分解成9组数据，并封装成9个网络通信报文，再将该9个网络通信报文根据IEEE802.11p协议固有的1路CCH信道和6路SCH信道周期性轮询的工作模式，依次进行传输。从而将图像信息原本在单信道传输，转变为CCH与SCH多信道协同并发传输，使得的负担大大降低，同时也保证了图像信息的实时应用需求。相比于单信道传输该方法的利用多信道并发传输，使得传输速度提升３倍。避免了直接利用CCH信道进行传输时系统报文或其他面向安全关键应用的通信包文拥塞的漏洞，提高了其他面向安全关键应用的实时应用服务质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于IEEE802.11p协议的图像多信道并发传输方法，其属于图像信息实时传输的技术领域。

背景技术

IEEE802.11p协议是针对车联网应用将5.850GHz~5.925GHz频段共75MHz频谱，以10MHz为频谱宽度划分出1个控制信道(ControlChannel,CCH)和6个服务信道(ServiceChannel,SCH)，用以不同业务的无线通信服务。信道与信道之间根据一定的周期（协议建议100ms）进行切换与轮询。CCH主要负责协议中与信道控制相关的系统通信报文以及实时性要求高的面向安全关键应用的通信报文传输，SCH主要用于实时性相对较弱的服务类应用的通信报文传输。根据各信道相应网络应用服务需求以及服务质量要求，如何有效地分配和利用SCH和CCH的通信资源，成为IEEE802.11p的核心技术。

图像信息作为车联网应用中重要的传输对象，不仅在娱乐应用中占有较大比例，而且在无人驾驶、安全预警等面向安全关键应用中也日益提高。由于面向安全关键应用的图像信息具有较强的实时性以及数据量相对较大等特点，目前大部分方法是将其通过指定某一路SCH信道或者直接利用CCH信道进行传输。然而，通过单独信道传输，由于图像信息数据量相对较大，不仅会增加丢包概率，还会增加通讯延时。特别是直接利用ＣＣＨ信道进行传输，还可能会导致系统报文或其他面向安全关键应用的通信包文拥塞，降低了其他面向安全关键应用的实时应用服务质量。目前相关工作，专利201310542005.2只研究了基于802.11p与LTE/LTE-A混合的消息发送方式，不涉及图像信息针对802.11p协议的多信道传输。专利201110302260.0只是提出了图像信息共享相关设备、装置，也没涉及802.11p协议的多信道传输。针对CCH和SCH多路并发传输图像信息，目前尚无相关研究。

发明内容

本发明目的是在于克服现存技术的不足，提供一种基于IEEE802.11p协议的图像多信道并发传输方法，本方法是在基于IEEE802.11p协议传输图像信息过程中，首先将待传输的每帧图像数据分解成9组数据，并封装成9个网络通信报文，再将该9个网络通信报文根据IEEE802.11p协议固有的1路CCH信道和6路SCH信道周期性轮询的工作模式，进行传输，从而将面向安全关键应用的图像信息原本在单信道传输，转变为CCH与SCH多信道协同并发传输，以降低CCH信道的负担，并保证图像信息的实时应用需求，以克服现存图像信息单信道传输过程中延迟大、丢包严重等缺陷。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于IEEE802.11p协议的图像多信道并发传输方法，包括下列操作步骤:

一种基于IEEE802.11p协议的图像多信道并发传输方法，当由图像在CCH信道进行传输时，首先将待传输的每帧图像数据分解成9组数据，并封装成9个网络通信报文，再将该9个网络通信报文根据IEEE802.11p协议固有的1路CCH信道和6路SCH信道周期性轮询的工作模式，依次进行传输；对每帧图像在基于IEEE802.11p协议利用CCH信道传输过程中具体步骤如下：

步骤1图像预处理：将图像中除图像头信息外的每个字节数据x_i按照公式（1）：

（1）

其中0≤i≤N,N是帧图象中除了头信息外其余数据区的字节数；

提取相应的权重位a_0,i、a_1,i、a_2,i、a_3,i、a_4,i、a_5,i、a_6,i、a_7,i，再将各个字节中相同的权重位a_m，按照公式（2）：

（2）

其中0≤k≤U，U=[N/8]；

合成新的无符号字节，并将这些无符号字节组成新的数组Laym[]={y^m₀,y^m₁,……,y^m_k,……,y^m_U}，0≤m≤7，即生成Lay0[]、Lay1[]、Lay2[]、Lay3[]、Lay4[]、Lay5[]、Lay6[]、Lay7[]8个数组数据；图像头信息直接保存在H[]数组中；

步骤2生成网络数据报文：将Lay0[]、Lay1[]、Lay2[]、Lay3[]、Lay4[]、Lay5[]、Lay6[]、Lay7[]和H[]分别按照IEEE802.11p的标准添加相应的协议头组成9个网络通信报文，其中各个协议头的ExtendField字段均添加时间戳字段和报文标识符；时间戳字段用以表示图像被预处理的时间，9个网络通信报文中时间戳的值相同，用以表示是同一帧图像；报文标识符分别用ASCII表中的“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”和“H”对应Lay0[]、Lay1[]、Lay2[]、Lay3[]、Lay4[]、Lay5[]、Lay6[]、Lay7[]和图像头数据H[]，以区别每帧图像分解后不同的数据报文；

步骤3数据报文发送：将网络通信报文协议头ExtendField字段中报文标识符为“H”、“0”和“7”的数据报文发送到CCH信道的队列缓冲区等待发送，将报文标识符为“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”的数据报文分别发送到SCH1、SCH2、SCH3、SCH4、SCH5、SCH6信道的缓冲队列等待发送；

步骤4数据报文接收：当CCH信道接收到ExtendField字段中报文标识符为“H”和“0”、“7”的数据报文，再依次接收SCH1、SCH2、SCH3、SCH4、SCH5、SCH6信道中报文标识符为“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”的数据报文，按照步骤2的逆顺序，先分别从具有相同时间戳数据报文的FrameBody字段中提取出各个字节数据保存至Laym[],0≤m≤7，按照公式（2）把Laym[]中每个字节的权重位a_m,0、a_m,1、……、a_m,j，提取出来形成数据序列，再将各个数据序列相同位置i的8个数值按照公式（1）合成x_i，最后将ExtendField字段中报文标识符为“H”的数据报文中FrameBody中数据与合成后的x_i拼接在一起，即恢复原始图像数据。

所述步骤4数据报文接收中在接收SCH1、SCH2、SCH3、SCH4、SCH5、SCH6信道中报文标识符为“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”的数据报文时发生丢包，即某一个带有相应报文标识符的报文丢失，则将相应的Laym[]中的数值全部用0代替，接着与其它Laym[]中数据继续合成x_i，最后再与ExtendField字段中报文标识符为“H”的数据报文中FrameBody中数据与合成后的x_i拼接在一起，即恢复图像数据。

本发明的有益效果是：该方法采用首先将待传输的每帧图像数据分解成9组数据，并封装成9个网络通信报文，再将该9个网络通信报文根据IEEE802.11p协议固有的1路CCH信道和6路SCH信道周期性轮询的工作模式，依次进行传输。从而将图像信息原本在单信道传输，转变为CCH与SCH多信道协同并发传输，使得CCH的负担大大降低，同时也保证了图像信息的实时应用需求。相比于单信道传输该方法的利用多信道并发传输，使得传输速度提升３倍。避免了直接利用ＣＣＨ信道进行传输时系统报文或其他面向安全关键应用的通信包文拥塞的漏洞，提高了其他面向安全关键应用的实时应用服务质量。

附图说明

图1是一种基于IEEE802.11p协议的图像多信道并发传输方法的发送过程示意图。

图2是一种基于IEEE802.11p协议的图像多信道并发传输方法的具体操作步骤示意图。

图3是一种基于IEEE802.11p协议的图像多信道并发传输方法的协议格式中ExtendField区域中扩展示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，介绍本发明用于一种基于IEEE802.11p协议的图像多信道并发传输方法的发送过程，即将一帧图像分解成8组数据和1组文件头数据，根据IEEE802.11p协议格式封装成9个网络数据报文，按照CCH、SCH1、……、SCH6信道顺序，依次发送。

参见图２，结合本发明一种基于IEEE802.11p协议的图像多信道并发传输方法的下述各个具体操作步骤：

步骤１图像预处理

由于每帧图像信息中除了头信息外，其余图像数据区中每个字节的内容都可以认为是一个无符号数,其范围是0~255。因此，根据图像的位平面编码，将每个字节x_i都用如下公式进行分解。

(1)

其中，a_0,i,a_1,i,a_2,i,a_3,i,a_4,i,a_5,i,a_6,i,a_7,i,分别为第i个字节各个权重位的值,其值范围是0或1的数值。根据公式(1),将该幅图像中除了头信息外其余图像数据的字节j都提炼出相应的权重位a_0j,a_1j,a_2j,a_3j,a_4j,a_5j,a_6j,a_7j,0≤j≤N,N是帧图象中除了图像头信息数据外其余图像数据区的字节数。

将上述各个字节的第m位的权重位a_m,0、a_m,1、……、a_m,j,0≤m≤7，按照先后顺序，分别合成新的字节信息，如公式：

（2）

其中0≤k≤U，U=[N/8]，如果位数不够，填0补齐。最终，生成Laym[]={y^m₀,y^m₁,……,y^m_k,……,y^m_U},0≤m≤7。

也就是说，当m=0，将数据区中各个字节的第0位权重位a_0,0、a_0,1、……、a_0,j,按照公式：

合成新的字节信息，Lay0[]={y⁰₀,y⁰₁,……,y⁰_k,……,y⁰_U}。

同理，将数据区各个字节的其余1、2、……、7位信息，相应合成新的字节信息，并生成Lay1[]、Lay2[]、……、Lay7[]。

图像的头信息直接保存在H[]数组中。

步骤2.生成网络数据报文

参见图3为IEEE802.11p协议中帧头信息格式，其中FC、Dur、Addr1、Addr2、Addr3、SeqCtrl、QosCtrl、FCS分别是帧控制字段、持续时间字段（DUR）、发送设备的MAC地址、目标设备的MAC地址、通配符BSSID、顺序控制字段、QoS控制字段、帧校验序列字段。

本发明主要在ExtendField中添加图像相关信息，主要由两部分组成：时间戳字段和报文标识符。其中前6个字节用以表示时间戳字段，分别为‘T’、HH、MM、SS、0XXX，其中‘T’为ASCII表中字符T对应的数值84，代表时间戳的标志符；HH表示小时，其值为0、1、……、23等24个数值；MM表示分钟，其值为0、1、……、59等60个数值；SS表示秒，其值为0、1、……、59等60个数值；0XXX表示毫秒，其值为0、1、……、999等1000个数值。时间戳字段其后1个字节X，用作报文标识符，用来标识图像信息在步骤1图像预处理后所生成的不同数据信息，其取值范围为48、49、…….、55、72等9个数值，即ASCII表中的‘0’、‘1’、……、‘7’、‘H’。其对应关系是‘0’对应Lay0[]、‘1’对应Lay1[]、……、‘7’对应Lay7[]、‘H’对应图像头信息。

根据上述9个报文标识信息，将该幅图像信息在步骤1图像预处理后所生成的8组数据和图像头信息数据，相应添加在协议中数据字段FrameBody中，即完成了9个IEEE802.11p网络数据报文的封装。

每帧图像所对应的9帧网络数据报文，时间戳相同，根据9个不同数据的报文标识符，来区别不同的数据报文，以便接收端接收后，进行合成。

步骤3报文发送

将ExtendField字段中报文标识符为“H”和“0”“7”的数据报文发送到CCH信道的队列缓冲区等待发送，将报文标识符为“1”、……、“6”的数据报文分别发送到SCH1、……、SCH6信道的缓冲队列等待发送。

步骤4报文接收

当CCH信道接收到ExtendField字段中报文标识符为“H”和“0”“7”的数据报文，再依次接收SCH1、……、SCH6信道中报文标识符为“1”、……、“6”的数据报文，按照步骤2的逆顺序，先分别从具有相同时间戳数据报文的FrameBody字段中提取出各个字节数据保存至Laym[],0≤m≤7，按照公式（2）把Laym[]中每个字节的权重位a_m,0、a_m,1、……、a_m,j，提取出来形成数据序列，再将各个数据序列相同位置i的8个数值按照公式（1）合成x_i，最后将ExtendField字段中报文标识符为“H”的数据报文中FrameBody中数据与合成后的x_i拼接在一起，即恢复了原始图像数据。如果在接收SCH1、……、SCH6信道时发生丢包，即某一个带有相应报文标识符的报文丢失，则将相应的Lay[]中的数值全部用0代替，接着与其它Lay[]中数据继续合成x_i，最后再与ExtendField字段中报文标识符为“H”的数据报文中FrameBody中数据与合成后的x_i拼接在一起，即恢复了图像数据。