本文在前面已經介紹了相關UWB的PHY之后,重點介紹數字鑰匙(Digital Key)中關于MAC層的相關實現規范。由于MAC層相應涉及內容比較多,本文首先從介紹UWB MAC的整體框架,后續陸續介紹相關的網絡、協議等內容。
1、UWB MAC架構
1、測距角色定義
在Digital Key UWB測距服務中,測距設備(Ranging Device, RD)的角色基于由哪個設備開啟測距的流程以及對設定測距交換過程負責。
以下角色定義僅應用到UWB層:
1)負責啟動UWB測距包交換(UWB ranging packet exchange)的實體,通過發送一個UWB POLL包,也被叫做“initiator”。在DK的應用中就是移動設備。
2)一個實體響應UWB POLL包,稱作“responder”。在DK應用中,即車上的錨點Anchor。
3)包含一定數量responder的實體叫做“responder-device”。在DK應用中,即為車輛。
4)控制通過發送Pre-POLL包控制ranging流程的實體叫做控制器,在DK應用中,為移動設備本身,即設備即是發起者也是控制器。
注意:以上的定義在Bluetooth LE層可能并不相同。
在CCC的規范中規定,Controller的角色為Initiator,Controlee對應角色為Responder,也就是說CCC中的設備配置類型少于FiRa。
1.2 邏輯和物理響應者
1)responder可以是邏輯上的應答者也可以是物理實體。
2)物理實體響應者,需要有一個UWB模塊和至少一個物理天線。
3)一個邏輯響應者對應于一個響應者角色,比如,一個特定的UWB模塊和一個特定的物理天線。因此,一個物理響應者可以構成一個或多個邏輯響應者。
4)響應者設備(responder-device)需要協調邏輯響應者發送,保證在此時刻是沒有其他的邏輯響應者也在發射信號,即需要避免發生干擾。
1.3 DK測距局域網
數字鑰匙測距局域網,Digital Key Ranging Area Network, RAN,是CCC規范中,數字鑰匙測距的一個最小分組。
1)發起者與響應者設備從事一個連續的測距流程,通過一組特定的參數,稱為測距會話。
2)一個發起者和測距會話(1個或多個)形成一個所謂的測距局域網。每個RAN的典型特征是通過發起者建立的時間基準來進行。
3)所有在同一個RAN中的響應者設備均需要匹配發起者的時間線(此處沒有假設全局同步),只需匹配對應發起者的時間線即可。
4)每個響應者設備可能擁有不同數量的邏輯響應者。
5)一個響應者設備可以同時處于兩個不同的RAN中。
1.4 RAN之間沖突與資源管理
每個響應者設備中的響應者可以相對準確的預測允許其發送的窗口,這樣就與其他的響應者不會發生沖突。然而,根據上面的定義,有三種可能的場景:
- Inter-RAN干擾
- 從不同RAN而來的空中數據包干擾;
- 由于不同的RAN之間沒有協調,不同RAN之間的干擾是不可避免的,因此在MAC的實現中,需要考慮通過hopping等策略來減輕。
- Intra-RAN資源沖突
- 當協調器必須同時服務兩個不同的測距交換時,資源沖突將會發生。
- 在實現中,可以在協調器處對所涉及的測距會話進行優先級排序。測距優先的會話優先進行測距,較低優先級的設備則跳到其他輪次進行。
- Inter-RAN資源沖突
- 響應者需要同時服務于兩個以上不同的RAN時,將會發生資源沖突。
- 此種場景下,只能通過優先級來解決,優先服務于最優的RAN,而忽略其他RAN。優先級有響應者設備來決定。
- 對于發起者忽略的RAN,將會出現如接受失敗、響應者設備hop到其他測距輪。