[ccc3.0][数字钥匙] UWB测距数字密钥的MAC层和信道接入协议

UWB MAC和信道访问--jianqiang.xue

• ​​UWB MAC 架构​​

• ​​一、概述​​

• ​​（一）包括角色定义​​
• ​​（二）逻辑和PYH响应器​​
• ​​（三）DK测距局域网(RAN)​​
• ​​（四）内部/内部干扰和资源管理​​

• ​​二、MAC时间网格​​
• ​​三、MAC时间网格同步​​
• ​​四、跳频和范围指数的确定​​
• ​​五、MAC协议​​

• ​​(一) 范围交换序列​​
• ​​(二) 范围会话设置​​
• ​​(三) MAC控制信道(通过蓝牙LE)​​
• ​​(四) UWB MAC配置​​

• ​​六、 STS指数增量​​

• ​​(一) STS索引增量规则​​
• ​​(二) 一个范围周期的STS增量和数据包映射​​
• ​​(三) STS指数的计算​​

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UWB MAC 架构

一、概述

介绍UWB MAC协议中用到的概念(参见[31]和[33])。

（一）包括角色定义

在DK UWB测距业务中，测距设备角色是根据哪些设备启动测距过程，并负责测距交换的设置。以下角色定义仅适用于UWB层:

1. 通过发送第一个UWB轮询包来开始UWB测距包交换的实体称为“发起者”。在DK的例子中，这是设备。
2. 响应UWB轮询包的实体称为“响应者”。在DK的情况下，这些是车辆上的锚。
3. 包含多个响应者的实体称为“响应者设备”。在DK的情况下，这是车辆。
4. 通过发送预轮询包来控制测距过程的实体称为控制器。在DK中，这是设备，即设备是启动器和控制器。

注意，上面的角色定义可能不适用于蓝牙LE层。

（二）逻辑和PYH响应器

1. 应答者可以是逻辑应答者，也可以是PYH应答者。
2. PYH应答器应具有一个UWB模块和一个或多个物理天线。
3. 逻辑应答器对应于一个应答器角色，例如，可以分配给一个特定的UWB模块和一个特定的物理天线。因此，物理应答器可以包括一个或多个逻辑应答器。
4. 响应者设备应协调哪个逻辑响应者发送和以何种顺序发送，以保证属于同一响应者设备的两个逻辑响应者的传输之间不存在干扰。

（三）DK测距局域网(RAN)

1. 以一组特定的参数为特征的连续测距过程中的发起者和响应者设备称为测距会话。
2. 一个发起者及其(一个或多个)的测距会话称为“测距区域网络(RAN)”。每个RAN的特点是启动器建立一个时间引用。同一个响应器中的所有设备都近似地运行启动器时间线(这里没有全局同步的假设，参见20.3节)。
3. 一次运行只能有一个启动器，并且可以有多个响应器(例如，由两辆车测距的设备)。在图20-1所示的示例中，这由设备2、车辆1和车辆2表示，它们都属于RAN 2。
4. 每个响应者设备可能有不同数量的逻辑响应者(例如，一辆车可能有响应者，而同一行车中的另一辆车可能有5个响应者)。
5. 一个响应器设备可能属于多个RAN，例如，一个车辆范围与两个不同的设备。在图20-1所示的示例中，车辆2代表了这一点，它属于设备2控制的RAN 2，以及设备3控制的RAN 3。

（四）内部/内部干扰和资源管理

应答器上的每个应答器都可以可靠地预测其允许的传输窗口，并且同一应答器上的应答器之间不会有干扰。然而，根据上述定义，可以确定三种可能的性能下降场景。

1. Inter-RAN干扰:

• 这可能是由来自不同RANs的数据包的实际通过空中碰撞引起的。
• 这是正常的操作模式，应该是意料之中的，因为没有假设不同RANs之间需要协调。这些碰撞的影响可以通过使用下面定义的轮跳距策略来减轻(见第20.4节)。

2. Intra-RAN资源冲突:

• 当发起者必须同时为两个不同的范围交换(到两个不同的响应者设备)提供服务时，可能会发生资源冲突。
• 这种情况可以通过设置所涉及的一个范围会话的优先级在启动端解决。目标测距范围可用于优先级最高的测距会话，发起者可跳过该范围用于其他的测距会话。跳过的测距范围的影响看起来像一个失败的测距范围，可以通过使用20.4节中介绍的测距范围跳跃策略来缓解。

3. Inter-RAN资源冲突:

• 当响应者必须同时从两个(或更多)不同的RAN者中发送不等询问次数时，就会发生资源冲突。
• 这种情况可以通过优先考虑一组RAN并跳过另一组RAN步来解决。优先级由相关的响应设备确定。
• 对于被跳过的RANs的发起者来说，这看起来像是接收到当前范围交换的响应失败，响应者设备跳到了另一轮(参见20.4节)。

确定优先级的标准留给设备和车辆制造商。除非另有说明，在所有后续章节和下面的文本中，响应者被理解为逻辑响应者。

二、MAC时间网格

DK UWB测距协议是发起者和响应者之间的一对多(O2M)测距协议。图20-2展示了O2M测距协议中报文交换的一个例子，发起者和响应者之间有7个响应者。图中使用的符号将在后续文本中定义。

DK UWB测距协议是[33]中描述的一种模块化的测距方法。

该协议使用一种测距模块结构，其中每个测距模块表示的是时间持续时间为Tblock(本节稍后将解释如何在RAN中建立模块计时)。

每个测距模块被划分为足以进行一次完整测距交换的测距轮询。测距轮询的长度与会话有关。

• 首先，定义以下全局参数。

• Tchap:MAC协议的时间单位。所有的时间(除了Tpacket_max下面的定义)的整数倍Tchap.
  Tchap = 1/3ms = 400 RSTU
  其中RSTU在[33]中定义为416/(499.2 MHz) ≈833.33 ns.
• Tblock_min:最小范围阻塞持续时间设置为96ms，是Tchap的整数倍.
  𝑇(Block_Min) = 288 × 𝑇_Chap = 96ms

• 一个RAN由一个启动器和k = 1，…，k个响应器设备组成。
• 在RAN中，每个响应者设备最多被分配一个活动的测距会话。
• 第k个测距会话(与第k个响响者设备相关联)由一个唯一的UWB_Session_ ID(k)标识，该ID是在协商阶段分配的。
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todo P411-21

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三、MAC时间网格同步

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四、跳频和范围指数的确定

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五、MAC协议

(一) 范围交换序列

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(二) 范围会话设置

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(三) MAC控制信道(通过蓝牙LE)

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(四) UWB MAC配置

六、 STS指数增量

(一) STS索引增量规则

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(二) 一个范围周期的STS增量和数据包映射

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(三) STS指数的计算

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