CN106559755B - 基于冲突检测下QoS保障的车联网电子交通标识广播方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于冲突检测下QoS保障的车联网电子交通标识广播方法，与传统无线局域网应用于电子交通标识广播相比，本发明能够显著降低信息发布时延，同时为信息广播提供QoS保障。允许车联网在自组织的前提条件下通过分布式算法，低时延，高效率的完成含有QoS保障的电子交通标识广播。提高系统的整体性能。

Description

基于冲突检测下QoS保障的车联网电子交通标识广播方法
技术领域
本发明涉及车联网技术领域，具体涉及基于冲突检测下QoS保障的车联网电子交通标识方法。
背景技术
车联网是以车辆和路侧设备为通信终端，通过传感器技术、信息采集技术、网络接入技术、传输技术等先进信息通信技术，将行人、车辆、路侧设施等交通元素与交通管理服务网络连接，以保证交通安全、提高交通效率、降低交通造成的环境污染为目的，完成车辆辅助驾驶、导航、信息发布与采集、用户网络接入等应用；车联网旨在改善交通状况、提高出行效率、拓展信息交互形式。通过车联网技术，可以通过交通标识广播的方式克服现有的物理交通标志存在容易被破坏、信息量小、理解难度大和警示效果差的问题，同时扩展交通标识功能，在一定程度上提高交通标识发布效率，保证驾驶安全，提高社会整体运输能力。
现有的车联网电子交通标识信息广播方法存在以下问题：
在现有的无线网络信息广播方法中，所采用的无线局域网普遍采用的载波监听/碰撞避免(CSMA/CA)和应答技术，配合EDCA技术完成QoS保障，这种传输方式传输时延过高，在终端数量较多的情况下信道利用率较低，无法适应车联网环境下动态变化的拓扑和对信息的高实时性需求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于，提供一种基于冲突检测下QoS保障的车联网交通标识方法，不仅克服了CSMA/CA下传输时延过长的问题，同时能够完成满足复杂交通信息广播特点的QoS保障；允许车联网在自组织的前提条件下通过分布式算法，低时延、高效率的完成含有QoS保障的电子交通标识广播。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于冲突检测下QoS保障的车联网电子交通标识广播方法，包括以下步骤：
步骤1，在道路中安装路侧设备，路侧设备获取交通管理者发送的交通标志信息，交通标志信息包含多条信息；
步骤2，路侧设备对接收到的多条信息进行组织处理，组织后的每条信息均包括路侧设备信息认证、信息计数、事件类型、优先级、事件位置、车辆限制信息、事件内容、关联信息和校验位；
步骤3，路侧设备将组织后的多条信息进行发布；具体发布过程包括以下步骤：
步骤3.1：对每条信息划分优先级P，根据信息的类型，将优先级P取值为0，1，2，3；路侧设备将划分优先级的信息传送到通信协议中的路侧设备逻辑链路控制层；
步骤3.2：路侧设备逻辑链路控制层向介质访问控制层发送请求，逻辑链路控制层根据信息的优先级P的值，计算每条信息对应的可调节帧间隙VIFS；
步骤3.3：介质访问控制层根据步骤3.2计算得到的可调节帧间隙VIFS，采用冲突检测的方式，将信息传送到物理层，进行信息的广播；
步骤4：车载设备接收到物理层广播的信息，将与车载设备所在车辆相匹配的信息传送给车内驾驶员。
具体地，所述步骤3.3中，介质访问控制层根据步骤3.2计算得到的可调节帧间隙VIFS，采用冲突检测的方式，将信息传送到物理层，进行信息的广播；具体包括以下步骤：
步骤3.3.1：在单独信道上，介质访问控制层接收要发送的信息，并判断信道是否空闲，若信道空闲，则等待VIFS，执行步骤3.3.2；否则，等待到信道空闲，再等待VIFS，执行步骤3.3.3；
步骤3.3.2：判断信道是否空闲，若信道空闲，广播该帧消息；否则等待到信道空闲，再等待VIFS，执行步骤3.3.3；
步骤3.3.3：判断信道是否空闲，若空闲，设置一个非0的退避计数器，执行步骤3.3.4；否则，等待到信道空闲，再等待VIFS，执行步骤3.3.3；
步骤3.3.4：判断信道是否空闲，如信道不空闲，则等待VIFS后，重新进入步骤3.3.4；若信道空闲，执行步骤3.3.5；
步骤3.3.5：判断退避计数器是否为0，若不为0，则退避计数器减1，进入步骤3.3.4；若为0，则等待VIFS，进入步骤3.3.6,；
步骤3.3.6：判断信道是否空闲，若空闲，则将信息传送到物理层，进行信息的广播，若不空闲，则进入步骤3.3.4。
具体地，所述步骤4中的车载设备接收到物理层广播的信息，将与车载设备所在车辆相匹配的信息传送给车内驾驶员，具体包括以下步骤：
步骤4.1：车载设备在接受到信息后，判断此信息内容是否之前已被接收并处理，若已经接收处理，返回步骤4.1；若未被处理，执行步骤4.2；
步骤4.2：判断此信息是否与其他信息关联，若关联，则与其他关联信息共同处理，执行步骤4.3；若无关联,则单独处理，执行步骤4.3；
步骤4.3：读取信息中所包含的事件的方向信息和距离信息，读取车辆的限制信息，处理事件内容，判断信息的关联信息是否为空，若为空，则执行步骤4.4,否则，存储此信息等待下次处理，并返回步骤4.1；
步骤4.4：判断信息校验位是否正确，若正确，则执行步骤4.5，否则，返回步骤4.1。
步骤4.5：车载设备将处理好的信息通过视频、音频等多媒体方式传达给车内驾驶员。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明对交通电子交通标识信息的发布、控制流程进行了合理的设计，能够充分发挥无线通信技术传输时延段，传输响应速度快，设置方便的特点。为交通管理者提供方便的管理控制接口，为驾驶员提供准确有效的交通标识信息。
2、本发明设计了一种路侧设备广播中使用的二进制随机退避方式，可令节点在不通过三次握手的情况下搜索时频资源完成交通标识信息广播，从而保证所传输交通标识信息的时效性。
3、本发明在冲突检测中，节点内部和外部同时开始对不同需求进行二进制随机退避，对不同优先级信息采用不同的退避策略。采用一种可调节帧间隙(Adjustable IFS)对争用中的不同优先级进行设置。这种方式将QoS机制引入到不可靠通信中，同时克服了传统基于CSMA/CA下通过EDCA实现的QoS保障时延过长的问题。将站点间竞争和站点内部竞争机制相结合，使不同优先级信息直接参与到站点间竞争，以有效地提高信道利用率，降低传输时延。
与传统无线局域网应用于电子交通标识广播相比，本发明能够显著降低信息发布时延，同时为信息广播提供QoS保障。允许车联网在自组织的前提条件下通过分布式算法，低时延，高效率的完成含有QoS保障的电子交通标识广播。提高系统的整体性能。
附图说明
图1是本发明的路侧设备功能模块示意图；
图2是本发明的不同优先级QoS分类说明图；
图3是车载设备功能模块示意图；
图4是采用冲突检测方式完成介质访问控制完成广播信息的流程图；
图5是车载设备接收物理层广播的消息的处理流程图；
下面结合附图和具体实施方式对本发明的方案作进一步详细地解释和说明。
具体实施方式
本实施例中提出的广播传输方法应用于车联网通信，用于提高车联网交通电子标识广播中的系统容量，降低传输时延并实现QoS保障，该方法涉及路侧设备、传输方法以及车载设备，为了表意清楚，在本实施例中，令RSU代表路侧终端，OBU代表车载终端。本发明的基于冲突检测下QoS保障的车联网电子交通标识方法，具体包括以下步骤：
步骤1：路侧设备即RSU，一般安装在路侧高处构造物上，如交通信号杆、交通标志杆顶部。其主要结构如图1所示，包括射频单元、通信模块、存储模块、主处理器和I/O接口，路侧设备通过蜂窝网络、光纤网络等其他接入网获取交通管理者对其的设置信息，进行初始化设置。设置方法如下：
在一个工作周期内，路侧设备读取特定受控端口的套接字缓存信息，以刷新需要发布的交通标志信息内容，交通标志信息内容包括多条信息。若套接字缓存不为空，则更新信息，记录更新结果，进入步骤2执行信息处理流程；若受控接口套接字缓存为空，则直接依据此前设置内容，进入步骤2执行信息处理流程。
步骤2：路侧设备依照特定协议对需要发布的交通标志信息进行组织，每条信息包括以下内容：路侧设备信息认证、信息计数、事件类型、优先级、事件位置、车辆限制信息、事件内容、关联信息和校验位。
其中信息认证用于描述所发信息的路侧设备的唯一身份标识；信息计数为当前信息流水编号i＝1,2,...,M；事件类型依据《道路标志和标线国家标准GB5768.2-2009第2部分：道路交通标志》中，对交通标志的分类，分为基本的警告标志、禁令标志、指示标志和指路标志，并可扩展为旅游区标志、其他标志等；优先级用于确定信息的优先级数据，供车载设备覆盖低优先级数据，优先级参数p＝0,1,...,7；事件位置为交通标志所示交通事件的具体位置，通过事件方向和距离进行描述；车辆限制信息包括车型信息及其他限制，用于筛选交通信息的受众；事件内容为对事件的具体描述，为交通标志的正文部分，参照《道路标志和标线国家标准GB 5768.2-2009第2部分：道路交通标志》的交通标志排序进行编号；关联消息用于在一条交通标志信息无法完成描述情况下与前文进行关联；校验位用于校验报文的正确性。所发布电子交通标志内容如图3所示。完成信息组织后进入步骤3的退避发布流程。
步骤3：路侧设备将组织后的多条信息进行发布；具体包括以下步骤：
步骤3.1：确定要发布的信息的类型，以划分优先级。
将电子交通标志信息分为四类，优先级从低到高分别为社会事件信息、交通灯标识信息、一般交通标识信息和非安全交通信息。设置四类信息所对应的优先级P分别为0，1，2，3，对应的信息类型如图2所示。再将此信息交与通信协议中的路侧设备逻辑链路控制层处理。
步骤3.2：路侧设备逻辑链路层向介质访问控制层发送“发送数据”请求，逻辑链路控制层按照不同数据的优先级计算VIFS(Variable IFS,可调节帧间隙)，对应不同的优先级，VIFS的计算方式为：
VIFS＝SIFS+aSlotTime×P
其中，SIFS为短帧间间隔，aSlotTime为一个时隙长度。
步骤3.3：采用冲突检测方式完成介质访问控制,广播信息。参见图4，具体过程如下：
步骤3.3.1：在单独信道上，介质访问控制层接收要发送的信息，并判断信道是否空闲，若信道空闲，则等待VIFS，执行步骤3.3.2；否则，等待到信道空闲，再等待VIFS，执行步骤3.3.3；
步骤3.3.2：判断信道是否空闲，若信道空闲，广播该帧消息；否则等待到信道空闲，再等待VIFS，执行步骤3.3.3；
步骤3.3.3：判断信道是否空闲，若空闲，设置一个非0的退避计数器，执行步骤3.3.4；否则，等待到信道空闲，再等待VIFS，执行步骤3.3.3；
步骤3.3.4：判断信道是否空闲，如信道不空闲，则等到VIFS后，重新进入步骤3.3.4；若信道空闲，执行步骤3.3.5；
步骤3.3.5：判断退避计数器是否为0，若不为0，则退避计数器减1，进入步骤3.3.4；若为0，则等待VIFS，进入步骤3.3.6,；
步骤3.3.6：判断信道是否空闲，若空闲，则将信息传送到物理层，进行信息的广播，若不空闲，则进入步骤3.3.4。
步骤4：车载设备接收到物理层广播的信息，将与车载设备所在车辆相匹配的信息传送给车内驾驶员。
车载设备在下文中简称为OBU。OBU具有射频单元、通信模块、GPS接收器、航位推测传感器(如惯导、图像等)、主处理器和必要的I/O接口，主要负责将收到的路侧设备电子交通标识信息通过图像、声音等方式传达给驾驶员。OBU基本结构图如图3所示。参见图5，具体处理过程如下：
步骤4.1：车载设备在接受到信息后，判断此信息内容是否之前已被接收并处理，若已经接收处理便不再处理，返回步骤4.1；若未被处理，执行步骤4.2；
步骤4.2：判断此信息是否与其他信息关联，若关联，则与其他关联信息共同处理，执行步骤4.3；若无关联,则单独处理，执行步骤4.3；
步骤4.3：读取信息中所包含的事件的方向信息和距离信息，读取车辆的限制信息，处理事件内容，判断信息的关联信息是否为空，若为空，则执行步骤4.4,否则，存储此信息等待下次处理，并返回步骤4.1；
步骤4.4：判断信息校验位是否正确，若正确，则执行步骤4.5，否则，返回步骤4.1。
步骤4.5：车载设备将处理好的信息通过视频、音频等多媒体方式传达给车内驾驶员。
方向信息和距离信息用于描述事件所在方向和距离。方向为以北方为0，顺时针360度计数。距离单位为米，可选事件有效位置为点或一段距离。
车辆限制信息包括对车型的选择。包括小型客车，大型客车，载货汽车，挂车、半挂车，限重信息，轴数信息等。
事件内容为每类交通标识的具体内容。具体编号按照GB5768.2-2009交通标志和标线标准中对交通标志的描述顺序编号排序编码。
关联信息位用于长信息在本报文中无法完全表述时，声明下一个关联报文的信息计数。下一个拥有此信息计数报文的事件内容部分便是后续内容。
校验位用于校验传输数据是否存在误码。当一台设备收到信息后，通过信息认证判断此条信息是否已经接收并处理过，如果处理过，便不再处理；处理信息计数，判断是否与之前的信息关联，事件类型用以对事件进行分别处理。方向信息和距离用于提示时注明，车辆限制信息用于筛选某车辆是否需要将本条信息或本条信息的某一部分传达给驾驶员。设备为事件内容为车载设备向驾驶员转达的内容。如果关联信息不为空，则将现有数据储存等待目标数据一同处理。校验位校验全部数据看是否有误码。
本实施例中提出的一种车联网条件下的电子交通标识广播方法，通过路侧设备的QoS优先级设置，运用退避算法进行信道征用，保证在无线信道条件下以尽可能的低时延完成交通标识的广播，同时保障不同信息的QoS。同时，为这种广播方法设计了配套的介质访问控制层层间通信协议，以及交通广播所需路侧设备和车载设备的设备基本结构和工作流程做出说明。从而保证车联网条件下的电子交通标识广播具有低时延、高有效性的可行方法。

Claims (2)

1.基于冲突检测下QoS保障的车联网电子交通标识广播方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在道路中安装路侧设备，路侧设备获取交通管理者发送的交通标志信息，交通标志信息包含多条信息；
步骤2，路侧设备对接收到的多条信息进行组织，组织后的每条信息均包括路侧设备信息认证、信息计数、事件类型、优先级、事件位置、车辆限制信息、事件内容、关联信息和校验位；
步骤3，路侧设备将组织后的多条信息进行发布；具体发布过程包括以下步骤：
步骤3.1：对每条信息划分优先级P，根据信息的类型，将优先级P取值为0，1，2，3；路侧设备将划分优先级的信息传送到通信协议中的路侧设备逻辑链路控制层；
步骤3.2：路侧设备逻辑链路控制层向介质访问控制层发送请求，逻辑链路控制层根据信息的优先级P的值，计算每条信息对应的可调节帧间隙VIFS；
步骤3.3：介质访问控制层根据步骤3.2计算得到的可调节帧间隙VIFS，采用冲突检测的方式，将信息传送到物理层，进行信息的广播；
步骤4：车载设备接收到物理层广播的信息，将与车载设备所在车辆相匹配的信息传送给车内驾驶员；
所述步骤3.3中，介质访问控制层根据步骤3.2计算得到的可调节帧间隙VIFS，采用冲突检测的方式，将信息传送到物理层，进行信息的广播；具体包括以下步骤：
步骤3.3.1：在单独信道上，介质访问控制层接收要发送的信息，并判断信道是否空闲，若信道空闲，则等待VIFS，执行步骤3.3.2；否则，等待到信道空闲，再等待VIFS，执行步骤3.3.3；
步骤3.3.2：判断信道是否空闲，若信道空闲，广播该帧信息；否则等待到信道空闲，再等待VIFS，执行步骤3.3.3；
步骤3.3.3：判断信道是否空闲，若空闲，设置一个非0的退避计数器，执行步骤3.3.4；否则，等待到信道空闲，再等待VIFS，执行步骤3.3.3；
步骤3.3.4：判断信道是否空闲，如信道不空闲，则等待VIFS后，重新进入步骤3.3.4；若信道空闲，执行步骤3.3.5；
步骤3.3.5：判断退避计数器是否为0，若不为0，则退避计数器减1，进入步骤3.3.4；若为0，则等待VIFS，进入步骤3.3.6,；
步骤3.3.6：判断信道是否空闲，若空闲，则将信息传送到物理层，进行信息的广播，若不空闲，则进入步骤3.3.4。
2.如权利要求1所述的基于冲突检测下QoS保障的车联网电子交通标识广播方法，其特征在于，所述步骤4中的车载设备接收到物理层广播的信息，提取信息中所包含的有用信息，将与车载设备所在车辆相匹配的信息传送给车内驾驶员，具体包括以下步骤：
步骤4.1：车载设备在接受到信息后，判断此信息内容是否之前已被接收并处理，若已经接收处理，返回步骤4.1；若未被处理，执行步骤4.2；
步骤4.2：判断此信息是否与其他信息关联，若关联，则与其他关联信息共同处理，执行步骤4.3；若无关联,则单独处理，执行步骤4.3；
步骤4.3：读取信息中所包含的事件的方向信息和距离信息，读取车辆的限制信息，处理事件内容，判断信息的关联信息是否为空，若为空，则执行步骤4.4,否则，存储此信息等待下次处理，并返回步骤4.1；
步骤4.4：判断信息校验位是否正确，若正确，则执行步骤4.5，否则，返回步骤4.1；
步骤4.5：车载设备将处理好的信息通过视频、音频等多媒体方式传达给车内驾驶员。
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