CN101031161B - 车辆间特定路由协议和通信系统 - Google Patents

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Abstract

适于与行驶中的主车辆和至少一辆行驶中的远端车辆一起使用的路由协议和车辆间通信系统，所述系统包括定位器子系统，其被配置成为主车辆和远端车辆确定多个当前位置坐标。优选的系统被配置成存储轨迹坐标，从轨迹坐标中导出车辆前进方向和轨迹多边形，并通过比较主车辆和远端车辆的当前位置坐标、轨迹坐标、前进方向和/或轨迹多边形来影响消息的有方向的多跳传播。

Description

车辆间特定路由协议和通信系统
1.技术领域
本发明涉及适于与车辆一起使用的路由协议和通信系统，尤其涉及配置成通过车辆间传输而不用地图数据库来向目的地转发通信的改进的协议和系统。
2.背景技术
车载通信系统已经被开发来向目标车辆组群通知被视为与特定组群有关的事件或状况。通常这些组群可以被列入多个类别中的一类，所述多个类别包括接近状况的相反方向的交通和接近状况的同路交通。这些常规系统通常依赖交通信息中心和至少一辆探测车辆，该交通信息中心可操作地发送状况警报到目标组群，并且该至少一辆探测车辆可操作地发送状况通知到所述中心。作为选择，探测车辆之间的车辆间通信也已经在车辆到车辆(V2V)使能环境中被开发，其中直接在车辆之间发送通信。为了到目标方向的交通，两种类型的系统及其组合，必须区分接近交通与离开交通，以及相反的交通与同路的交通。
为了完成这个任务，这些系统利用与定位器子系统协作的地图数据库来判定目标组群车辆和探测车辆的位置和行进方向。例如，潜在的目标车辆和探测车辆位于一条道路的相对侧，根据地图数据库和定位器子系统，假设相反的行进方向，远端车辆是否正在接近探测车辆可以通过地图上的它们绝对位置来判定。
然而，在探测车辆和中心上通常需要地图数据库，这提出了可操作的和可量测性的问题。首先，维护和更新地图数据库，以保证其准确性，会导致大笔开支，包括劳动成本。在探测车辆和中心上需要存储器来存储通常庞大的数据库进一步需要增加系统容量和硬件。最后，由于传输和管理地图数据库，在中心需要实时通信和处理的数据量也增加了。由于额外的车辆添加到这些系统中，于是这些问题成比例地增加。
发明内容
作为对这些和其它问题的响应，在此描述了一种在主车辆和至少一远端车辆之间发送消息的车辆间通信系统和方法。本发明的系统和方法依赖于主车辆和远端车辆的当前和轨迹位置坐标来有方向地传播消息，并且不需要地图数据库。此外，本发明的系统对于提供路由协议和促使较短的消息传播等待时间、在事件活动时间内高的穿透距离、选择有效移动节点(即，车辆)集或者在任何时间路由消息的高可靠性、以及在数据传输期间较低级的链路负载(这反过来又控制了控制网络流量的协议的有效性)的通信系统有利。
依赖于车辆-车辆(V2V)通信，本发明的第一方面涉及适于与行驶中的主车辆和行驶中的远端车辆一起使用的车载通信系统，所述远端车辆与主车辆有一定距离并且可通信地耦合到主车辆。所述系统包括至少一个定位器子系统，该定位器子系统被配置成在沿途的多个点上为主车辆判定当前位置坐标。主车辆包括控制器，该控制器可通信地耦合到所述子系统，并配置成保存位置坐标至少一段时间，以便于建立主车辆轨迹坐标的历史。主车辆被配置成根据当前位置坐标和轨迹坐标的历史自发地确定主车辆前进方向。主车辆和远端车辆协作地配置成选择性地根据主车辆的当前位置或轨迹坐标而不使用地图数据库从主车辆发送消息到远端车辆。
本发明的第二方面涉及一种选择性地从信源传送消息到至少一个行驶中车辆的方法。该方法包括以下步骤：为信源确定当前位置坐标；在沿途的多个点上确定并保存相对于信源的当前位置坐标，以便于为所述至少一个行驶中车辆建立轨迹坐标的历史。根据所述轨迹坐标的历史，为所述至少一个行驶中车辆确定相对于信源的当前前进方向。最后，所述方法根据行使中车辆相对于信源的当前前进方向和位置坐标使消息选择性地从信源发送到所述至少一个行驶中车辆。
应当理解和意识到本发明为现有技术提供了多种优势，包括例如，选择性地传送消息(例如交通状况，警告等等)到至少一个远端车辆。该发明通过取消了使用交通信息中心以及车辆到中心的长距离传输而增加了通信系统的效率。V2V通信的使用比基于中心的传统系统进一步提供了更高的可靠性和功能。
本发明的其它方面和优势从下面对优选实施方式和附图的详细描述中将更加明显。
附图说明
本发明的优选实施方式在下面参考附图加以详细描述，其中：
图1是根据本发明优选实施方式的主车辆和远端车辆的正视图，该远端车辆可通信地耦合到主车辆，特别图示了定位器子系统；
图2是由在道路上行驶的多个远端车辆包围的主车辆、以及对于车辆的当前位置和轨迹坐标的平面图，特别图示了广播通信区域；
图3是在道路上行驶的主车辆的平面图，特别图示了轨迹多边形；
图3a是在道路上行驶的主车辆的平面图，特别图示了总体轨迹坐标；以及
图4是在通信区域中的主车辆和多个远端车辆的平面图，特别图示了散播的优先次序。
具体实施方式
如图1-3a中所示，本发明涉及适用于与主(或发起)车辆12，16一起由操作者14使用的改进的路由协议和通信系统10。在此关于机动车辆，比如小汽车、SUV、卡车等等之类来图示和描述系统10。但是，它也可以与航空器、水运工具、人力移动性工具或者其它形式的运输工具一起使用，其中选择性信息传送是有用的。通常，系统10被配置成使用车辆到车辆(V2V)通信技术散播(即，传播)无线消息到目标车辆组群(例如朝同一方向前进的向下运动车辆等等)。本发明的系统10通过考虑相关车辆的当前和过去(即，轨迹)位置坐标以及前进方向来区分目标车辆组群和范围内的其它车辆。
首先看图1，主车辆12和至少一个远端车辆16被图示成由常规的V2V通信子系统18可通信地耦合。例如，车辆12、16可以由无线局域网、RF技术或者能够促使车辆间实时共享信息的其它常规方式来耦合。可以意识到系统10的可靠性取决于所涉及的V2V通信子系统的精确性。更具体而言，如图2所示，主车辆12被配置成在通信区域20内广播消息，而远端车辆16被配置成在通信区域20内接收消息。在一个替换实施方式中，车辆12、16可通过第三方媒介(未示出)可通信地耦合，所述第三方媒介连续地收集相关的坐标数据，执行在此描述的判定，并将消息发送到目标车辆组群。
为了完成有方向的传播，优选的系统10包括适于由主车辆12和远端车辆16使用的定位器子系统22。优选的定位器子系统22被配置成同时为主车辆12和远端车辆16确定当前位置和轨迹坐标。每个坐标优选地包括经度、纬度和高度标量分量，并且优选地使用全球卫星导航系统(GNSS)或者GPS来确定。如图1中所示，其中使用了GNSS，主车辆12和远端车辆16还包括位于各车辆12、16中的GNSS接收机24。多个卫星26可通信地耦合到每个接收机24。因此，定位器子系统22可以在绝对坐标系统中工作。作为选择，位于控制点的其它信号源可通信地耦合到接收机，以及根据各种测量数据、单位、投影和参考，比如军事格网参考系统(MGRS)或者ECEF X，Y，Z之类的其它坐标系统。
在图1-4所示的优选实施方式中，每个车辆12、16还包括可编程控制器28，其被配置成协作执行并保存位置坐标预定的期间以足以完成本发明的功能。更优选地，如图2所示，所述期间与车辆12的速度和通信范围相关，以便V2V子系统18的通信区域半径不大于轨迹的长度(即最远轨迹和当前位置坐标之间的线性距离)。最优选地，所述半径等于所述距离，以便最小化无用的数据集。最后，通信区域半径和期间最好是可调节的，并且更优选地，作为现有的交通状况和V2V子系统特征(比如交通密度，相对车辆距离以及接收信号质量)的函数。在该配置中，控制器28优选地配置成判定状况并将状况因素归结到每一个。例如，状况可以是手工输入的或者使用大量传感器(未示出)检测交通状况。
作为选择，主车辆12还可以被配置成判定并将主车辆和远端车辆的位置坐标相关联，以便判定车辆12和16之间的相对坐标。例如，主车辆12可以包括至少一个传感器，该传感器被配置成检测远端车辆16；控制器28可以被配置成根据主车辆12的绝对坐标来估计远端车辆的绝对坐标，并检测远端车辆16的相对坐标。在相对坐标系统中，接收到的信号强度或者在车辆之间发送的消息的飞行时间或者原始的GNSS接收机范围数据，比如到卫星的范围能够用来建立车辆之间的相对位置，然后其可以用来生成轨迹信息。
本发明的一个新颖方面是优选的系统10不需要地图数据库来判定相对车辆位置和前进方向。因此，系统10优选地行使功能而不需要常规的存储装置，比如DVD-ROM、内部硬盘或者可拆卸存储卡。同样，应该理解的是，本发明消除了与常规交通信息系统相同的与数据库管理、传输和存储相关的成本。
本发明的控制器28可通信地耦合到定位器子系统22，并且最好配置成根据保存的位置坐标自发地为主车辆12判定前进方向、速度V和轨迹多边形30。正如前面所述，所述速度用来确定轨迹坐标(如图3中的P1到Pn所示)的适当数目和/或者时间间隔。轨迹多边形30代表包围了轨迹坐标的相似区域，并且优选地通过偏移由连接轨迹坐标而形成的线来构成。为了实现其功能性，多边形30的宽度最好至少等于沿特定道路的同路和相反方向交通的宽度。作为选择，其中多边形没有确定，控制器28可以被配置成通过将一个半径定义的区域归结到每个轨迹坐标来生成通用坐标32，如图3a所示。更优选地，半径等于相邻坐标之间的距离的一半。
控制器28产生消息并将消息发送到通信子系统18。优选的消息包括生成或者另外接收到的有用信息的片段，以及由坐标、轨迹多边形或者通用坐标数据组成的消息报头。该消息报头也提供比特掩码形式的传播指令(例如，后面的同路交通，前面的同路交通，双向的同路交通，后面的相反方向交通，前面的相反方向交通，双向的相反方向交通)。
为了实现定向传播，远端车辆16被配置成根据指令接收、修改和/或重发消息。更优选地，为了在多个接收的远端车辆16之间把消息传播区分优先次序，每个远端车辆控制器18被配置成在重传消息之前等待优先化周期，该周期与主车辆12和远端车辆16之间的距离成反比，以便从主车辆12接收消息的最远远端车辆16最先重发。在该配置中的优选控制器28包括倒数计时器，该计时器被配置成在重发消息之前递减计数该周期。例如，如图4所示，其中远端车辆161、162和163在主车辆或者信源12的直接传输范围之中，每个都被配置成确定它们与信源之间的相对距离(即d1，d2和d3)。当它们的每个计时器届满时，车辆重发消息。因此如图4所示，车辆163将获得优先权并首先重发。
回到图2和图3，在向后的同路交通方向中传播消息的优选方法包括从主车辆的轨迹坐标(在图2中描述为开环)确定主车辆的前进方向并构造主车辆轨迹多边形30。然后主车辆12在通信区域20中广播消息，该消息包括消息报头中的轨迹多边形30和前进方向。仅仅在远端车辆16的当前位置坐标位于主车辆轨迹多边形30中，消息才指示区域20中的远端车辆16接收消息，并且它呈现相同的总前进方向(即在60度重合之内)。例如，在图2中，远端车辆16r被指示接受消息，而车辆16f、16a和16O不接受消息。远端车辆16r然后重播相同的消息，以便在向后的同路交通方向中传播消息。
在向前的同路交通方向中传播消息的优选方法包括确定主车辆12的当前位置坐标和前进方向。主车辆12在通信区域20中广播消息，该消息包括消息报头中的当前位置坐标和前进方向。只有当远端车辆16的轨迹多边形30重叠主车辆12的当前位置坐标，并且它的前进方向通常与主车辆的前进方向一致时，消息指示远端车辆16接受消息。例如，在图2中，远端车辆16f被指示接受消息，而车辆16r、16a和16O不接受消息。然后远端车辆16f广播相同的消息，以便在向前的同路交通方向中传播消息。如果事件是以双向模式发射，那么同时利用向前和向后的配置。
传播消息到相反交通的优选方法包括确定和广播主车辆12的当前前进方向。只有在相反方向前进的远端车辆16，比如图2中的16O，被指示接受消息。然而在此配置中，可以认识到为了影响与主车辆12相反方向上的连续传播，消息应当在第一次发射之后必须被修改。最后，优选地，在任一配置中，一旦接收到消息，远端车辆16发送“返回接收”到主车辆12，以便终止消息的等待周期(即活动时间)。
上述的本发明优选方式只是用来示例，而不是用来在解释本发明的范围时进行限制。如前所述，在不脱离本发明精神的情况下，本领域的普通技术人员能够容易地实现对示例的实施方式和操作方法的明显修改。发明人在此提出他的意图依赖于等效的理论来判定和评估本发明的公平合理范围，如同属于实质上不脱离而是在下列权利要求书所述的发明的字面范围之外的任何系统或者方法。

Claims (22)

1.一种适于与行驶中的主车辆和行驶中的至少一个远端车辆一起使用的车载通信系统，所述远端车辆与主车辆有一定距离并且可通信地耦合到主车辆，所述系统包括：
至少一个定位器子系统，其被配置成在沿途的多个点上为主车辆判定当前位置坐标，
所述主车辆包括控制器，该控制器可通信地耦合到该子系统，并配置成保存位置坐标至少一段时间，以便于建立主车辆轨迹坐标的历史，并根据当前位置坐标和轨迹坐标的历史自发地确定主车辆前进方向，
所述主车辆和远端车辆协同配置成选择性地根据主车辆的当前位置或轨迹坐标从主车辆发送消息到远端车辆。
2.权利要求1所述的系统，
所述定位器子系统还被配置成在远端车辆沿途的多个点上，同时为所述至少一个远端车辆判定当前位置坐标，以便建立远端车辆轨迹坐标的历史，
所述主车辆和远端车辆协同地配置成选择性地根据主车辆和远端车辆的当前位置或轨迹坐标从主车辆发送消息到远端车辆。
3.权利要求1所述的系统，
所述主车辆被配置成在一个区域中广播消息，
所述至少一个远端车辆被配置成判定它的当前位置坐标，并且只有当它的当前位置处于该区域中，才接收消息。
4.权利要求3所述的系统，其中所述区域由不大于所述多个点中的最远点的位置坐标和主车辆当前位置之间的线性距离的预定半径协同定义。
5.权利要求4所述的系统，其中半径可被调整为交通密度、相对车辆距离和接收信号质量的函数。
6.权利要求3所述的系统，所述消息的至少一部分包括主车辆的轨迹坐标和前进方向。
7.权利要求6所述的系统，所述主车辆还被配置成根据主车辆轨迹坐标判定轨迹多边形，
所述消息包括主车辆轨迹多边形，
所述远端车辆还被配置成相对于主车辆轨迹多边形确定它的当前位置，只有它的当前位置和主车辆轨迹多边形出现重叠，才接收消息。
8.权利要求4所述的系统，所述消息的至少一部分包括主车辆的当前位置坐标。
9.权利要求8所述的系统，所述远端车辆被配置成在沿途多个点上确定和存储它的当前位置坐标，以便建立远端车辆轨迹坐标的历史，
所述远端车辆还被配置成根据远端车辆轨迹坐标的历史确定远端车辆轨迹多边形，只有主车辆的当前位置坐标和远端车辆轨迹多边形出现重叠，才接收消息。
10.权利要求9所述的系统，所述消息还包括主车辆前进方向，
所述远端车辆还被配置成根据它的轨迹坐标确定它的前进方向，并根据主车辆和远端车辆前进方向的比较来接受消息。
11.权利要求1所述的系统，所述主车辆包括至少一个传感元件，其被配置成为所述至少一个远端车辆同时确定相对于主车辆的当前位置和轨迹坐标，以便于为所述至少一个远端车辆确定相对的当前位置和前进方向。
12.一种适于与行驶中的主车辆和至少一个行驶中的远端车辆一起使用的车载通信系统，所述远端车辆与主车辆有一定距离并且可通信地耦合到主车辆，所述系统包括：
至少一个定位器子系统，其被配置成在沿途的多个点上为主车辆判定当前位置坐标，
所述主车辆包括控制器，该控制器可通信地耦合到该子系统，并配置成保存位置坐标至少一段时间，以便于建立主车辆轨迹坐标的历史，并根据当前位置坐标和轨迹坐标的历史自发地确定主车辆前进方向并构造轨迹多边形，
所述定位器子系统和远端车辆协同配置成在远端车辆沿途的多个点上，为所述至少一个远端车辆同时确定并保存当前位置坐标，以便建立远端车辆轨迹坐标的历史，并从轨迹坐标中构造远端车辆轨迹多边形，所述主车辆和远端车辆协同地配置成选择性地根据主车辆或远端车辆的当前位置和轨迹多边形从主车辆发送消息到远端车辆，
所述至少一个远端车辆还被配置成在接收到消息时重发消息到另一个远端行驶车辆。
13.一种选择性自发地从信源传送消息到至少一个行驶中的车辆的方法，所述方法包括步骤：
a、在沿途的多个点上为信源确定当前位置坐标；
b、保存相对于信源的当前位置坐标至少一段时间，以便于为所述至少一个行驶中的车辆建立轨迹坐标的历史；
c、根据当前位置坐标和轨迹坐标的历史为所述至少一个行驶中的车辆确定相对于信源的当前前进方向；
d、根据行驶中的车辆相对于信源的当前前进方向和位置坐标使消息选择性地从信源发送到所述至少一个行驶中的车辆。
14.权利要求13所述的方法；以及
e、使返回接收从所述至少一个行驶中的车辆发射到所述信源，并在接收到该接收时由信源终止消息发送。
15.权利要求13所述的方法，步骤(d)还包括在一个区域中广播消息，并判定所述至少一个行驶中车辆的当前位置坐标是否在该区域内的步骤。
16.权利要求15所述的方法，步骤(d)还包括以信源的位置坐标编码消息，并接收指令以便消息有方向地传播的步骤。
17.权利要求16所述的方法，其中指令被配置以便消息在多个方向之一传播，所述多个方向主要包括向后的同路交通、向前的同路交通、双向同路交通、向后的相反交通、向前的相反交通和双向的相反交通。
18.权利要求13所述的方法，步骤(b)，(c)和(d)还包括在沿途的多个点上确定当前位置坐标，以便于为所述多个行驶中车辆的每一个建立轨迹坐标的历史，并根据轨迹坐标的历史确定前进方向，并且还使消息从所述至少一个行驶中的车辆重发到其它行驶中的车辆的步骤。
19.权利要求18所述的方法，步骤(d)还包括在一预定的等待时间期间重复地发送消息的步骤。
20.权利要求18所述的方法，步骤(d)还包括以下步骤：将消息传播区分优先次序，其中所述至少一个行驶中的车辆的每个在重传消息之前等待一个优先化期间，该期间与信源和所述至少一个行驶中的车辆的每一个之间的距离成反比，以便所述至少一个行驶车辆中最远的车辆首先重发。
21.权利要求18所述的方法，步骤(d)还包括使消息有方向地传播的步骤。
22.权利要求21所述的方法，步骤(d)还包括在第一次传输之后修改消息的步骤。
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