高速交通網(wǎng)絡(luò)中被動(dòng)群集車(chē)輛間通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及智能交通技術(shù)，尤其設(shè)及高速交通網(wǎng)絡(luò)中被動(dòng)群集車(chē)間通信方法
【背景技術(shù)】
[0002] 智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System,ITS)依靠車(chē)載專(zhuān)用短距離 通信（Dedicated 化ort Range Communications,DSRC)設(shè)備實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)（Vehicle to Vehicle ,V2V)、車(chē)與路邊設(shè)施（Vehicle to Infrastructure ,V2I)間的通信，具有高效計(jì) 算、持續(xù)能量、既定拓?fù)浜蛙?chē)輛定位功能等優(yōu)勢(shì)，因此，基于ITS實(shí)現(xiàn)智能化的交通網(wǎng)絡(luò)能有 效提高交通安全和交通效率，減小能源消耗和環(huán)境污染，是依靠信息化科技促進(jìn)交通網(wǎng)絡(luò) 發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。
[0003] 高速交通網(wǎng)絡(luò)具有W下特征：一，較強(qiáng)的車(chē)輛移動(dòng)特征使得交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂袕?qiáng) 動(dòng)態(tài)性;二，V2V無(wú)線鏈路受高速移動(dòng)影響產(chǎn)生強(qiáng)多普勒頻移效應(yīng)和多徑衰落特征，導(dǎo)致通 信鏈路隨機(jī)中斷，難W維持穩(wěn)定的車(chē)間通信;Ξ，用于傳播交通安全狀態(tài)消息的鏈路帶寬和 傳輸信號(hào)發(fā)射功率受限。因此，傳統(tǒng)上所有車(chē)輛逐級(jí)冗余廣播的消息傳播方法容易導(dǎo)致V2V 通信鏈路擁塞，使得緊急安全告警消息不能實(shí)時(shí)可靠地傳播至跟隨車(chē)輛，無(wú)法有效地預(yù)警 交通事故。實(shí)際上，雖然每輛高速行駛車(chē)輛均具有絕對(duì)高速度，但同向行駛車(chē)輛之間具有較 低的相對(duì)速度。同時(shí)，高速交通網(wǎng)絡(luò)中車(chē)輛間保持規(guī)定安全距離的要求使得車(chē)輛分布稀疏， 并不總是需要實(shí)時(shí)傳播安全告警消息，因此，僅當(dāng)某一路段范圍內(nèi)存在多輛車(chē)時(shí)才利用V2V 無(wú)線鏈路傳播交通安全告警消息更適合于高速交通網(wǎng)絡(luò)實(shí)際需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是利用高速交通網(wǎng)絡(luò)中同向行駛車(chē)輛間具有較低的相對(duì)行駛速度 和稀疏的車(chē)輛密度特征，建立高穩(wěn)定性的被動(dòng)群集車(chē)間通信方法，為緊急安全告警消息提 供穩(wěn)定可靠的傳播鏈路，實(shí)現(xiàn)交通事故預(yù)警，提高高速交通安全。
[000引為實(shí)現(xiàn)上述目的，所述通信方法是：對(duì)于高速公路上具有車(chē)載單元且同向行駛的 車(chē)輛，彼此相距在無(wú)線信號(hào)通信距離R內(nèi)的鄰居車(chē)輛進(jìn)行群集并推舉群首和群網(wǎng)關(guān)，W形成 一個(gè)群集或前后相鄰的鄰居群集，群內(nèi)按包括群首、群網(wǎng)關(guān)和群成員的群內(nèi)角色關(guān)系進(jìn)行 群內(nèi)通信，群網(wǎng)關(guān)中繼交換鄰居群集的群首所廣播的本地消息，其中：所述群首推舉是根據(jù) 車(chē)輛平均相對(duì)速度ARV的模糊化參數(shù)T(ARV)與鄰居車(chē)輛列表中鄰居車(chē)輛數(shù)化的模糊化參數(shù) T(NL)來(lái)設(shè)定群首推舉模糊邏輯規(guī)則，并按該規(guī)則的優(yōu)先順序進(jìn)行群首推舉;所述群網(wǎng)關(guān)推 舉是根據(jù)平均相對(duì)速度ARV的模糊化參數(shù)T(ARV)與接收信號(hào)強(qiáng)度指數(shù)RSSI的模糊化參數(shù)T (RSSI)來(lái)設(shè)定群網(wǎng)關(guān)模糊邏輯規(guī)則，并按該規(guī)則的優(yōu)先順序進(jìn)行網(wǎng)關(guān)車(chē)輛推舉；
[0006] 其中；
[0007] 同向行駛的車(chē)輛i與車(chē)輛j在直線距離Di,j小于車(chē)載單元無(wú)線信號(hào)通信距離則寸互 為鄰居車(chē)輛，表達(dá)為：
[000引 Ni={j|Di,j<R}，
[0009] 車(chē)輛i的鄰居車(chē)輛j為Μ臺(tái)時(shí)的鄰居列表中鄰居車(chē)輛數(shù)化i的表達(dá)為：
[0010]
[0011] 車(chē)輛i和車(chē)輛j的行駛速度分別為Vi，Vj時(shí)，則車(chē)輛i與所有鄰居車(chē)輛的平均相對(duì)行 駛速度表達(dá)為：
[0012]
[0013] 平均相對(duì)速度ARV的模糊化參數(shù)T(ARV)與鄰居車(chē)輛列表中鄰居車(chē)輛數(shù)化的模糊化 參數(shù)T(化)表達(dá)為：
[0014]
[0015] 平均相對(duì)速度ARV的模糊化參數(shù)T(ARV)與接收信號(hào)強(qiáng)度指數(shù)RSSI的模糊化參數(shù)T (RSSI)表達(dá)為： 7，(,4巧K)二 ? L"u.- ,ν沁成…"./化e/zi 二 ? 么..V/. //1
[0016] , , , I T(RSS!) = I Low, Medium. High] = | L. M. //}
[0017] 進(jìn)一步的，所述群首推舉模糊邏輯規(guī)則為按下表所立規(guī)則順序RuleNo.進(jìn)行群首 推舉的規(guī)則
[001引表1
[0019]
[0020]
[0021] 進(jìn)一步的，所述群網(wǎng)關(guān)推舉模糊邏輯規(guī)則為按下表所立規(guī)則順序Rule No.進(jìn)行網(wǎng) 關(guān)車(chē)輛推舉的規(guī)則
[0022] 表 2
[0023]

[0024] 進(jìn)一步的，高速公路中的所述車(chē)輛發(fā)現(xiàn)鄰居車(chē)輛時(shí)，開(kāi)始廣播包括車(chē)輛行駛速度 V、行駛方向、鄰居列表化和接收信號(hào)強(qiáng)度指數(shù)RSSI的車(chē)輛自身狀態(tài)信息，W啟動(dòng)群集過(guò)程。
[0025] 進(jìn)一步的，所述本地消息包括高速交通網(wǎng)絡(luò)中交通安全告警消息。
[0026] 進(jìn)一步的，所述群內(nèi)通信包括群成員上傳本地消息給群首，群首向群成員廣播接 收到的消息，群成員接收群首的廣播消息。
[0027] 進(jìn)一步的，所述群網(wǎng)關(guān)中繼交換鄰居群集消息包括網(wǎng)關(guān)車(chē)輛接收所連接的群集群 首廣播的消息，或向連接的群集群首上傳本地消息，由群首廣播至群成員。
[0028] 進(jìn)一步的，所述群首向群成員廣播接收到的消息時(shí)并同時(shí)給出消息源標(biāo)識(shí)信息， 群成員自動(dòng)丟棄來(lái)自相同消息源標(biāo)識(shí)的消息。
[0029] 進(jìn)一步的，所述群首利用車(chē)載單元發(fā)出的射頻信號(hào)的帖頭部的帖控制字段中電源 管理字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)來(lái)攜帶群集中各車(chē)輛的包括群首、群網(wǎng)關(guān)和群成員的角色信息，并W 消息廣播形式確定其他車(chē)輛在群內(nèi)角色。
[0030] 本發(fā)明方法具有如下有益技術(shù)效果：（1)被動(dòng)群集車(chē)間通信方法僅在車(chē)輛密集狀 態(tài)下才會(huì)建立，避免了車(chē)輛高密度下的冗余消息廣播和車(chē)輛稀疏狀態(tài)下的群集開(kāi)銷(xiāo)。（2)基 于群內(nèi)車(chē)輛平均相對(duì)行駛速度和鄰居車(chē)輛數(shù)推舉群首，能夠延長(zhǎng)群集的生存時(shí)間，保障群 首的群內(nèi)有效連通位置，提高群內(nèi)消息傳播質(zhì)量。（3)基于車(chē)輛相對(duì)行駛速度和信道質(zhì)量推 舉群網(wǎng)關(guān)能夠延長(zhǎng)鄰居群集連通時(shí)間，選擇最可靠的車(chē)輛中繼傳播群集消息，保障了交通 安全消息長(zhǎng)距離傳播的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1是兩車(chē)道被動(dòng)群集車(chē)輛間的通信示意圖。
[0032] 圖2是平均相對(duì)速度隸屬函數(shù)示意圖。
[0033] 圖3是鄰居列表隸屬函數(shù)示意圖。
[0034] 圖4是RSSI隸屬函數(shù)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[00對(duì)如圖1，假設(shè)同向兩車(chē)道（快、慢車(chē)道）上行駛著若干具有車(chē)載單元0BU(0n-Boar加 nit，0BU)的車(chē)輛，一般情況下，大型車(chē)輛在慢車(chē)道上行駛，小型車(chē)輛在快車(chē)道上行 駛。當(dāng)運(yùn)些車(chē)輛彼此相距在無(wú)線信號(hào)通信距離R內(nèi)，即相互之間的直線距離小于車(chē)載單元 0BU的無(wú)線信號(hào)通信距離則寸，彼此互為鄰居車(chē)輛。例如車(chē)輛i與車(chē)輛j的直線距離化J小于無(wú) 線信號(hào)通信距離R，二者互為鄰居車(chē)輛，車(chē)輛i的鄰居為車(chē)輛j表達(dá)如下式(1)。
[0036] Ni={j|Dij<R} (1)
[0037] 若在無(wú)線信號(hào)通信距離R內(nèi)存在Μ臺(tái)車(chē)輛，車(chē)輛i的鄰居車(chē)輛數(shù)化1表達(dá)如下式(2)。
[003引
成
[0039] 化1反映了車(chē)輛i與群集內(nèi)其他車(chē)輛間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度。
[0040] 當(dāng)車(chē)輛發(fā)現(xiàn)其無(wú)線信號(hào)通信距離內(nèi)存在鄰居車(chē)輛時(shí)，啟動(dòng)群集過(guò)程，車(chē)輛通過(guò)車(chē) 載單元廣播車(chē)輛自身狀態(tài)信息，車(chē)輛自身狀態(tài)信息從車(chē)載單元獲得，包括車(chē)輛行駛速度、行 駛方向、鄰居列表和接收信號(hào)強(qiáng)度指數(shù)等參數(shù)。在鄰居車(chē)輛列表數(shù)化達(dá)到設(shè)定的值時(shí)，形成 一個(gè)群集或前后相鄰的鄰居群集，例如圖1中所示的前后相鄰的鄰居群集Ι、Π 。隨后，每一 群集內(nèi)的車(chē)輛推舉群首和群網(wǎng)關(guān)，群首和群網(wǎng)關(guān)的推舉按設(shè)定的模糊邏輯規(guī)則進(jìn)行。
[0041] 本發(fā)明的群首推舉根據(jù)車(chē)輛平均相對(duì)速度ARV的模糊化參數(shù)T(ARV)與鄰居車(chē)輛列 表中鄰居車(chē)輛數(shù)NL的模糊化參數(shù)T(NL)來(lái)設(shè)定的群首推舉模糊邏輯規(guī)則。車(chē)輛平均相對(duì)行 駛速度是指在無(wú)線信號(hào)通信距離R內(nèi)，車(chē)輛i與所有鄰居車(chē)輛的平均相對(duì)速度為ARVi (Average Relative Velocity),它反映了車(chē)輛i在群集內(nèi)的相對(duì)穩(wěn)定性。若車(chē)輛i和車(chē)輛j 行駛速度分別為VI，vj，則車(chē)輛i相對(duì)所有鄰居車(chē)輛j的平均相對(duì)行駛速度ARVi:
[0042]
巧）
[0043] 平均相對(duì)行駛速度ARV所對(duì)應(yīng)的模糊化參數(shù)T(ARV)的表達(dá)如下式(4):
[0044] T(ARV)={Low'Medium,High}={L，M，H} (4)
[0045] 對(duì)應(yīng)于鄰居列表中的鄰居車(chē)輛數(shù)化的模糊化參數(shù)T(化)的表達(dá)如下式(5):
[0046] T(化）= {Small，Medi 皿，Big} = {S，M，B} (5)。
[0047] 模糊化參數(shù)T(ARV)的取值根據(jù)高速公路對(duì)車(chē)輛行駛速度的規(guī)定范圍來(lái)設(shè)置。例 如，我國(guó)高速公路的車(chē)輛行駛速度規(guī)范為60~120公里/小時(shí)，即平均相對(duì)速度ARVe[0,60] 公里/小時(shí)，將該平均相對(duì)速度平均分為高、中、低S種狀態(tài)，即：ARVe [40，60]時(shí)車(chē)輛間相 對(duì)速度高，對(duì)應(yīng)于模糊化參數(shù)T(ARV)的Η化i曲)值;ARVe [20，40)時(shí)車(chē)間相對(duì)速度中等，對(duì) 應(yīng)于模糊化參數(shù)T(ARV)的M(Medium)值;ARVe[0,20)時(shí)車(chē)間相對(duì)速度低，對(duì)應(yīng)于模糊化參 數(shù)T(ARV)的L(Low)值。對(duì)于群集中某一車(chē)輛與其他鄰居車(chē)輛的平均相對(duì)速度ARV的模糊化 參數(shù)T(ARV)值是在LM，H之間動(dòng)態(tài)變化的，每種狀態(tài)可能出現(xiàn)的程度用模糊隸屬函數(shù)μΑκν表 達(dá)，該函數(shù)如圖2所示，其低、中化，Μ)模糊狀態(tài)的交接點(diǎn)為20公里/小時(shí)，該交接點(diǎn)反映了同 類(lèi)型車(chē)輛處于伴行或超車(chē)狀態(tài)的相對(duì)速度，而中、高(Μ，Η)模糊狀態(tài)的交接點(diǎn)為