CN103729890A - 二义性路径识别系统及交互通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种二义性路径识别系统，其包括至少两个路侧单元（RSU），每两个RSU或多个RSU组合成一个RSU组，一个或多个RSU组排列形成一个RSU链，每一RSU链内的RSU采用分时隙的方式发送信号，所述RSU发射信号并形成相应的信号覆盖区域。本发明还提供了一种用于二义性路径识别系统中的RSU与OBU之间的通信的交互通信方法。所述二义性路径识别系可在不减少RSU与OBU等效通信距离的情况下减小RSU的信号发射功率，使RSU的信号发射功率符合应用地的无线电发射功率限制，并提高OBU和RSU之间的通信距离和通信稳定性，及OBU与RSU之间的通信成功率。

Description

二义性路径识别系统及交互通信方法

技术领域

本发明涉及智能交通（Intelligent Transportation System，简称ITS）领域，尤其涉及一种二义性路径识别系统及交互通信方法。

背景技术

随着信息化、网络化的不断发展，路径识别正由概率识别逐步过渡到精确识别，二义性路径识别系统正是在此种大环境下发展起来的。该二义性路径识别系统适用于高速公路系统，尤其是路网状况复杂、多路径路段较多，不确定通行费用比例较高的路段，其可为高速公路业提供可靠的路径识别服务。

现有的二义性路径识别系统一般包括路侧单元（Road Side Unit，简称RSU）、RSU检测单元、车载单元（On Board Unit，简称OBU）等，所述RSU与OBU之间一般采用单向通信，即该OBU只接收所述RSU的广播信息而不做应答，则该RSU无法完成所述OBU的数据信息的实施及采集，如此则限制了二义性路径识别系统的扩展应用。

具体应用中，上述RSU一般采用市电作为供电电源，但并非所有的路径全程都有市电供应，如此则限制了该RSU的安装环境。此外，二义性路径识别系统中的RSU通常采用增加发射功率的方法来延长无线通信距离，如此可能会超过某些地区的无线发射功率的限制。此外，该二义性路径识别系统中的OBU由于采用电池供电，会因电能限制而无法采用大功率发射无线信息，同时，由于该OBU自身体积限制，其无法采用高增益天线，从而限制了OBU发射信号的通信距离。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种二义性路径识别系统及交互通信方法，其可提高OBU和RSU之间的通信距离和通信稳定性，还可增加OBU与RSU之间的通信成功率，以及解决了无市电电源环境下设备供电的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种二义性路径识别系统，其包括至少两个路侧单元（RSU），每两个RSU或多个RSU组合成一个RSU组，一个或多个RSU组排列形成一个RSU链，每一RSU链内的RSU采用分时隙的方式发送信号，所述RSU发射信号并形成相应的信号覆盖区域。

其中，所述二义性路径识别系统还包括与所述RSU相互通信连接的车载单元（OBU），相邻两个RSU所发射信号的信号覆盖区域之间相互邻接，且所述OBU位于所述信号覆盖区域内，并与所述RSU链中的RSU实时保持通信连接，所述RSU的信号发送时隙满足的条件为：一个RSU链内正在发射信号的RSU的信号覆盖区域在任何时刻都不存在重叠部分，且所述OBU通过所述RSU链的信号覆盖区域时不会存在信号盲区。

其中，所述RSU包括第一无线通信模块，所述OBU包括无线通信单元，所述无线通信单元与所述第一无线通信模块用于提供所述RSU与所述OBU之间的双通道无线数据传输，且所述无线通信单元还用于在所述OBU被唤醒并进入工作模式时接收所述第一无线通信模块发射的路径信息。

其中，所述RSU还包括第二无线通信模块，所述第二无线通信模块用于提供所述RSU链之内的RSU之间的无线数据传输，并可在RSU分组内时隙轮流发送路径信息，所述第一通信模块和第二通信模块的工作频率可分别为：433MHz、315MHz、403MHz、915MHz和5.8GHz中的任意一个或多个的组合。

其中，所述RSU还包括有线通信模块，所述有线通信模块用于提供所述RSU链之内的RSU之间的有线数据传输，并可在RSU分组内时隙轮流发送路径信息，该有线通信模块为RS232接口、RS485接口、以太网和USB接口中的任意一个或多个的组合。

其中，所述RSU还包括数据处理模块，所述数据处理模块与所述第一无线通信模块、第二无线通信模块及有线通信模块电性连接，该数据处理模块用于对所述RSU的各个部件进行控制，并对数据进行加工和处理。

其中，所述OBU还包括与所述无线通信单元电性连接的信号处理单元，所述信号处理单元用于对所述OBU内的各个部件进行控制，并对所述无线通信单元接收到的路径信息进行数据处理。

另外，本发明还提供了一种交互通信方法，其应用于二义性路径识别系统中的RSU与OBU之间的交互通信，所述交互通信方法包括以下步骤：OBU监测所述RSU发射的载波以使所述OBU进入工作模式；OBU接收所述RSU发射的路径信息；OBU处理所接收到的路径信息；OBU根据所述路径信息发送相应的自身识别信息至所述RSU，以通过所述RSU之间的通信链接实现信息共享；及，OBU建立与所述RSU之间的交互通信连接。

其中，在所述OBU监测所述RSU发射的载波以使所述OBU进入工作模式的步骤之前，还包括以下步骤：在RSU间的通信链路中执行时钟同步和分时隙组操作；在RSU分组内时隙发送路径信息；及，控制OBU处于间歇工作模式。

其中，所述OBU处理所接收到的路径信息的步骤中处理所述路径信息的方式包括：路径信息合法性校验、完整性校验；所述自身识别信息包括：OBU ID信息、车辆信息与时间信息中的任意一种或多种的组合。

本发明所提供的二义性路径识别系统及交互通信方法，通过将多个RSU组成若干RSU组，将多个RSU组形成RSU链，且该RSU链内的所有RSU采用分时隙的方式发送信息，可在不减少RSU与OBU等效通信距离的情况下减小RSU的信号发射功率，使RSU的信号发射功率符合应用地的无线电发射功率限制，并可提高OBU和RSU之间的通信距离和通信稳定性，以及OBU与RSU之间的通信成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例所提供的二义性路径识别系统中RSU的信号覆盖区域示意图。

图2是图1所示的RSU所组成的RSU组及RSU链的示意图。

图3是本发明的一个实施例提供的二义性路径识别系统的电路结构框图。

图4是本发明的另一个实施例提供的二义性路径识别系统的电路结构框图。

图5是本发明实施例所提供的交互通信方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2及图3，本发明的一个实施例提供的一种二义性路径识别系统100，其适用于高速公路系统，尤其是路网状况复杂、多路径路段较多，不确定通行费用比例较高的路段，以便于为高速公路业提供可靠的路径识别服务。该二义性路径识别系统100包括至少两个路侧单元（Road Side Unit，简称RSU）20以及车载单元（On Board Unit，简称OBU）30。该OBU30可存储被标识物体(如车辆、集装箱、货物等)的信息（如ID信息、身份信息、属性信息等），并与所述RSU20之间以无线通信的方式交互连接，以传递信息。

在本发明实施例中，所述RSU20用于发送/接收、调制/解调、编码/解码、加密/解密、并控制发射和接收数据以及处理向上位机发信息。由于每个RSU20的信号覆盖的范围有限，因此，本发明实施例中，所述二义性路径识别系统100使用多个RSU20，并通过合理排列，使得该RSU20的信号覆盖整个区域（如图1所示）。此外，在本发明实施例中，通过减小所述RSU20的信号发射功率，使各个RSU20的信号覆盖区域之间无缝结合，并使得该RSU20的信号发射功率符合应用地的无线电发射功率限制。

在本发明实施例中，通过减小所述RSU20的信号发射功率，该RSU20可采用蓄电池和太阳能电池板（solar panel）的组合方式供电，以解决在无市电环境下安装该RSU20的问题。所述电阳能电池板装设于所述RSU20的壳体外表面适合接收太阳光的位置处，其通过吸收太阳光线，将光能通过光电效应或光化学效应转换成相应的电能。

在具体应用中，所述多个RSU20可组成一个RSU组，多个RSU组可整合为一个RSU链，该RSU链中的各个RSU组采用分组、分时发射信号的模式，可以有效地避免同频干扰，提高了该二义性路径识别系统100的通信稳定性以及通信成功率。在本发明实施例中，具体为，所述RSU20的数量大于等于2个，每2个或大于2个RSU20组成一个RSU组，且一个或多个RSU组形成一个RSU链。如图2所示，在本发明的一个实施例中，每个RSU组包括3个RSU20，例如，RSU组0包括RSU1、RSU2和RSU3，RSU组1包括RSU4、RSU5和RSU6，…，RSU组n包括RSU(3n+1)、RSU(3n+2)和RSU(3n+3)，由n+1个RSU组形成一个RSU链，其中，n为0、1、2、3、4、…。

任一RSU链内的所有的RSU20并非同时发射信号，而是采用分时隙的方式发送信号，相邻两个RSU20的信号覆盖区域之间相互邻接。该信号发送时隙需要满足的条件为：一个RSU链内正在发射信号的RSU20的信号覆盖区域在任何时刻都不能有重叠部分，且所述OBU30以最高允许的速度通过所述RSU链的信号覆盖区域时不会存在有信号盲区，以保证该OBU30与所述RSU20保持实时通信连接。

请参阅图3，图3是本发明的一个实施例提供的二义性路径识别系统的电路结构框图。在本发明实施例中，所述RSU20包括第一无线通信模块22、第二无线通信模块23、有线通信模块24及数据处理模块25。各个RUS组之间的RUS20之间通过第二无线通信模块23和/或有线通信模块24进行数据传输，从而形成了RUS链。

所述第一无线通信模块22用于提供所述RSU20与所述OBU30之间的双通道无线数据传输，具体为，该第一无线通信模块22用于向所述OBU30发射路径信息，并在接收到该OBU30反馈的自身识别信息后发送链路指令。

所述第二无线通信模块23用于提供所述RSU链之内的RSU20之间的无线数据传输，并可在RSU分组内时隙轮流发送路径信息。具体为，所述第一通信模块22和第二通信模块23的工作频率可分别为：433MHz、315MHz、403MHz、915MHz和5.8GHz中的任意一个或多个的组合。由于所述第一通信模块22与第二通信模块23可应用于上述任意一个工作频率或多个工作频率的组合，因此，该RSU20可接收或发射不同频率的信号，基于此，其不但便于更新和维护，而且具有较强的通用性，可以满足不同的应用场景，有助于推广和应用。

在本发明实施例中，所述有线通信模块24用于提供所述RSU链之内的RSU20之间的有线数据传输，并可在RSU分组内时隙轮流发送路径信息。具体为，该有线通信模块24可以为但不局限于RS232接口、RS485接口、以太网和USB接口等通信接口中的任意一个或多个的组合。由于有线通信模块24可应用于上述任意一个通信接口或多个通信接口的组合，因此，该RSU20可传输不同协议和频率的信号，基于此，该RSU20不但便于更新和维护，而且具有较强的通用性，可以满足不同的应用场景，有助于推广和应用。

在本发明实施例中，所述数据处理模块25可为微控制单元（micro controlunit，简称MCU），其与所述第一无线通信模块22、第二无线通信模块23及有线通信模块24电性连接。该数据处理模块25用于对所述RSU20的各个部件进行控制，并对数据进行加工和处理。具体为，当所述RSU20上电进入工作模式，所述数据处理模块25将该RSU20间的通信链路进行时钟同步和分时隙组。

在本发明实施例中，所述OBU30包括无线通信单元32及信号处理单元33。所述无线通信单元32用于提供所述RSU20与所述OBU30的第一无线通信模块22之间的双通道无线数据传输，具体为，当该无线通信单元32定期监测到任意一个RSU20发射的载波时，则该OBU30被唤醒并进入工作模式，并可接收所述第一无线通信模块22发射的路径信息。该无线通信单元32还可以根据所述路径信息发射自身识别信息至所述RSU20的第一无线通信模块22，其中，所述自身识别信息包括但不限于：OBU ID信息、车辆信息、时间信息等。

所述信号处理单元33可为MCU，其与所述无线通信单元32电性连接，用于对所述OBU30内的各个部件进行控制，并对数据进行加工和处理。具体为，该信号处理单元33控制该OBU30初始状态为低功耗间歇工作模式，并可用于对所述无线通信单元32接收到的路径信息进行相应的数据处理，该数据处理包括但不限于：路径信息合法性校验、完整性校验等。

请参阅图4，图4是本发明的另一个实施例提供的二义性路径识别系统200的电路结构框图。在本发明实施例中，所述二义性路径识别系统200包括至少两个RSU220以及OBU230，该OBU230与所述RSU220之间以无线通信的方式交互连接，以传递信号。在具体应用中，所述多个RSU220可组成一个RSU组，多个RSU组可形成一个RSU链，该RSU链中的各个RSU组采用分组、分时发射信号的模式，可以有效地避免同频干扰，提高了该二义性路径识别系统200的通信稳定性以及通信成功率。

在本发明实施例中，所述RSU220包括第一无线通信模块222、第二无线通信模块223、有线通信模块224、数据处理模块225及数据存储模块226。本发明实施例中所述的第一无线通信模块222、第二无线通信模块223、有线通信模块224及数据处理模块225与图3所示的第一实施例中的第一无线通信模块22、第二无线通信模块23、有线通信模块24及数据处理模块25相同，具体在此不再赘述。所述OBU230包括无线通信单元232及信号处理单元233，本发明实施例中所述的无线通信单元232及信号处理单元233与图3所示的无线通信单元32及信号处理单元33相同，具体在此不再赘述。

与图3所示的二义性路径识别系统100不同之处在于：图4所示的二义性识别系统200的数据存储模块226与所述数据处理模块225电性连接，用于存储该数据处理模块225中的待处理和已处理的数据。此外，所述数据存储模块226还可用于用户的安全密钥，并可对数据进行加密和解密。

请参阅图5，图5是本发明实施例所提供的交互通信方法的流程图，其应用于所述二义性路径识别系统中的RSU与OBU之间的交互通信。所述交互通信方法至少包括以下步骤。

步骤S501，在RSU间的通信链路中执行时钟同步和分时隙组操作。具体为，当所述RSU20上电进入工作模式，所述数据处理模块25将该RSU20间的通信链路进行时钟同步和分时隙组。

步骤S502，在RSU分组内时隙发送路径信息。具体为，所述RSU20之间通过第二无线通信模块23或有线通信模块24进行无线数据传输或有线数据传输，并在RSU分组内时隙轮流发送路径信息。

步骤S503，控制OBU处于间歇工作模式。具体为，在初始状态时，所述信号处理单元33控制该OBU30为低功耗间歇工作模式。

步骤S504，监测所述RSU发射的载波以所述OBU进入工作模式。具体为，所述无线通信单元32定期监测到任意一个RSU20发射的载波，则该OBU30被唤醒并进入工作模式。

步骤S505，接收所述RSU发射的路径信息。具体为，所述无线通信单元32接收所述第一无线通信模块22在RSU分组内时隙轮流发送的路径信息。

步骤S506，处理接收到的路径信息。具体为，所述信号处理单元33对所述无线通信单元32接收到的路径信息进行相应的数据处理，该处理所述路径信息的方式包括但不限于：路径信息合法性校验、完整性校验等。

步骤S507，发射自身识别信息。具体为，所述无线通信单元32可以根据所述路径信息发送相应的自身识别信息至所述RSU20，其中，所述自身识别信息包括但不限于：OBU ID信息、车辆信息与时间信息等信息中的任意一种或多种的组合。

步骤S508，接收所述自身识别信息。具体为，任何一个RSU20的第一无线通信模块22接收到该OBU30的无线通信单元32所反馈的自身识别信息，并通过该RSU20之间的通信链路实现信息共享。

步骤S509，建立与所述RSU之间的交互通信连接。具体为，所述第一无线通信模块22在接收到该OBU30反馈的自身识别信息后发送链路指令，则所述OBU30与所述RSU20之间建立交互通信连接。

在本发明实施例中，所述第一通信模块22和第二通信模块23的工作频率可分别为：433MHz、315MHz、403MHz、915MHz和5.8GHz中的任意一个或多个的组合。由于所述第一通信模块22与第二通信模块23可应用于上述任意一个工作频率或多个工作频率的组合，因此，该RSU20可接收或发射不同频率的信号，基于此，其不但便于更新和维护，而且具有较强的通用性，可以满足不同的应用场景，有助于推广和应用。

所述有线通信模块24可以为但不局限于RS232接口、RS485接口、以太网和USB接口等通信接口中的任意一个或多个的组合。由于有线通信模块24可应用于上述任意一个通信接口或多个通信接口的组合，因此，该RSU20可传输不同协议和频率的信号，基于此，该RSU20不但便于更新和维护，而且具有较强的通用性，可以满足不同的应用场景，有助于推广和应用。

综上所述，本发明所提供的二义性路径识别系统及交互通信方法，通过将多个RSU组成若干RSU组，将多个RSU组形成RSU链，且该RSU链内的所有RSU采用分时隙的方式发送信息，可在不减少RSU与OBU等效通信距离的情况下减小RSU的信号发射功率，使RSU的信号发射功率符合应用地的无线电发射功率限制，并可提高OBU和RSU之间的通信距离和通信稳定性，以及OBU与RSU之间的通信成功率。此外，所述RSU可采用蓄电池与电阳能电池组合的方式进行供电，从而解决了无市电电源环境下设备供电的问题。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种二义性路径识别系统，其包括至少两个路侧单元（RSU），其特征在于，每两个RSU或多个RSU组合成一个RSU组，一个或多个RSU组排列形成一个RSU链，每一RSU链内的RSU采用分时隙的方式发送信号，所述RSU发射信号并形成相应的信号覆盖区域。

2.根据权利要求1所述的二义性路径识别系统，其特征在于，所述二义性路径识别系统还包括与所述RSU相互通信连接的车载单元（OBU），相邻两个RSU所发射信号的信号覆盖区域之间相互邻接，且所述OBU位于所述信号覆盖区域内，并与所述RSU链中的RSU实时保持通信连接，所述RSU的信号发送时隙满足的条件为：一个RSU链内正在发射信号的RSU的信号覆盖区域在任何时刻都不存在重叠部分，且所述OBU通过所述RSU链的信号覆盖区域时不会存在信号盲区。

3.根据权利要求2所述的二义性路径识别系统，其特征在于，所述RSU包括第一无线通信模块，所述OBU包括无线通信单元，所述无线通信单元与所述第一无线通信模块用于提供所述RSU与所述OBU之间的双通道无线数据传输，且所述无线通信单元还用于在所述OBU被唤醒并进入工作模式时接收所述第一无线通信模块发射的路径信息。

4.根据权利要求3所述的二义性路径识别系统，其特征在于，所述RSU还包括第二无线通信模块，所述第二无线通信模块用于提供所述RSU链之内的RSU之间的无线数据传输，并可在RSU分组内时隙轮流发送路径信息，所述第一通信模块和第二通信模块的工作频率可分别为：433MHz、315MHz、403MHz、915MHz和5.8GHz中的任意一个或多个的组合。

5.根据权利要求4所述的二义性路径识别系统，其特征在于，所述RSU还包括有线通信模块，所述有线通信模块用于提供所述RSU链之内的RSU之间的有线数据传输，并可在RSU分组内时隙轮流发送路径信息，该有线通信模块为RS232接口、RS485接口、以太网和USB接口中的任意一个或多个的组合。

6.根据权利要求5所述的二义性路径识别系统，其特征在于，所述RSU还包括数据处理模块，所述数据处理模块与所述第一无线通信模块、第二无线通信模块及有线通信模块电性连接，该数据处理模块用于对所述RSU的各个部件进行控制，并对数据进行加工和处理。

7.根据权利要求3至6任意一项所述的二义性路径识别系统，其特征在于，所述OBU还包括与所述无线通信单元电性连接的信号处理单元，所述信号处理单元用于对所述OBU内的各个部件进行控制，并对所述无线通信单元接收到的路径信息进行数据处理。

8.一种交互通信方法，其应用于二义性路径识别系统中的RSU与OBU之间的交互通信，其特征在于，所述交互通信方法包括以下步骤：

OBU监测所述RSU发射的载波以使所述OBU进入工作模式；

OBU接收所述RSU发射的路径信息；

OBU处理所接收到的路径信息；

OBU根据所述路径信息发送相应的自身识别信息至所述RSU，以通过所述RSU之间的通信链接实现信息共享；及

OBU建立与所述RSU之间的交互通信连接。

9.根据权利要求8所述的交互通信方法，其特征在于，在所述OBU监测所述RSU发射的载波以使所述OBU进入工作模式的步骤之前，还包括以下步骤：

在RSU间的通信链路中执行时钟同步和分时隙组操作；

在RSU分组内时隙发送路径信息；及

控制OBU处于间歇工作模式。

10.根据权利要求8所述的交互通信方法，其特征在于，所述OBU处理所接收到的路径信息的步骤中处理路径信息的方式包括：路径信息合法性校验、完整性校验；所述自身识别信息包括：OBU ID信息、车辆信息与时间信息中的任意一种或多种的组合。

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