CN107809786A - 一种基于中继传输的自适应车辆通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出基于中继传输的自适应车辆通信系统，其具有车载无线网络智能控制模块、车载无线网络传感器模块、车载无线网络组网与传输模块、车载无线网络数据管理模块、车载无线网络应用模块，自适应车载通信系统将车载无线网络中的车辆均视作潜在中继节点，自适应的选择中继转发与中继协作策略；其基于簇的中继选择算法，将信息分级与中继选择相结合，根据信息的优先级确定簇的范围和中继节点的选择。本发明能够实现车辆之间的无线自组织网络和自适应协同通信，利用中继传输保证车辆之间通信的连续性和信息的共享与传播，采用信息分级的方式避免多个车辆同时选择同一中继节点的“中继碰撞”问题，从而提高车载无线网络的通信的效率和质量。

Description

一种基于中继传输的自适应车辆通信系统

技术领域

本发明涉及车联网技术领域，尤其涉及一种基于中继传输的自适应车辆通信系统。

背景技术

随着我国经济的发展和科技水平的提高，交通业发展迅速，汽车已经越来越深入到人们的日常生活中。车辆的剧增势必引发交通拥堵、交通事故频发、停车困难等一系列社会问题。同时城市居民对车辆碰撞预警、交通拥堵检测以及信息共享等服务均提出较高要求。因此，智能交通的概念应运而生。目前传统的智能交通系统严重依赖于主要路口的摄像头、嵌入路面的传感器等预先部署的基础设施，通信网络经常采用蜂窝网，而且提供的各种交通信息对于用户来说仍属于有偿服务，这一切已不能满足当今城市居民对于日常出行交通状态的要求。车辆是高速移动的，同时城市环境中建筑物密集，这会导致无线信号在传输过程中受到阻挡，车辆无线信道传输特性变化快，衰落与多普勒效应严重，网络拓扑结构变化频繁，网络中数据的传输只能依靠节点间接性的传递，严重影响了这种以数据为中心的网络中数据传输的性能。城市街道中行驶车辆比较多，一旦发生交通事故，需要大量的人力和物力去协调才能保证交通安全。而且容易造成大面积的、长时间的交通拥堵，后续车辆在不知情的情况下继续驶向事故道路，加重了拥堵。

先进的信息技术、无线通信技术、传感器技术、电子控制技术、系统集成技术等与车辆结合形成车载自组织网络。它是一种自组织的临时移动通信网络，通过将视作超级传感器节点的行驶的车辆之间建立短距离无线通信，车辆能够通过自组织的临时移动通信网络向周围车辆自适应地选择发送自身状态以及周围环境的信息，实现包括瞬时地理位置、道路拥堵、车辆预警等信息之间的交互。这种车载自组织网络让信息在本地产生与共享，无需涉及到基础设施，具有成本低、容易部署与操作、为用户提供无偿服务等优势，势必成为未来智能交通系统的基础信息承载平台，在减少交通事故、改善驾驶环境、降低城市交通拥塞压力等方面具有深远意义。

发明内容

本发明提出一种基于中继传输的自适应车辆通信系统，实现的是车辆之间的无线自组织网络和自适应协同通信，利用中继传输保证车辆之间通信的连续性和信息的共享与传播，采用信息优先级别划分的形式避免多个车辆选择同一中继节点的“中继碰撞”问题，多种方法用以提高车载无线网络的通信效率和质量，实现车辆预警、辅助驾驶等安全保护。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于中继传输的自适应车联网通信系统，包括：车载无线网络智能控制模块、车载无线网络传感器模块、车载无线网络组网与传输通信模块、车载无线网络数据管理模块、车载无线网络应用模块和自适应车载通信系统。

自适应车载通信系统：一体现在将自适应协同通信模式引入车载无线网络，将车载无线网络中的车辆均视作潜在中继节点，自适应的选择中继转发与中继协作策略；二体现在路由算法的设计要适应车联网车辆运动速度快、路径变化频繁、无线信道衰落影响加重等情况，根据车流密度、路况信息等提出了基于簇的中继选择算法。所述基于簇的中继选择算法是根据源节点接收信息的不同将源节点分配不同的优先级，根据信息的优先级确定簇的范围和中继节点的选择。

信息优先级划分方式：车联网环境中，车辆之间会进行各种信息的广播和接收，在这种存在多类信息传输的多节点网络中，极易出现多个源节点同时发送不同信息的状况。同时在信息的转发过程中，极大可能会选择相同的中继进行信息转发，从而造成中继碰撞的问题。为避免该情况的发生，本发明采用信息优先级划分的方式。交通事故、路况信息、室外环境信息、生活信息优先级别依次由高到低，需要发送高优先级别信息的车辆享有优先选择中继的权利。

车载无线网络智能控制模块作为车载无线网络的控制中心用于整个通信系统的数据管理和自适应控制，其中智能模块会根据数据处理结果自适应的进行无线资源分配、车辆接入控制和组网管理，不同车辆之间形成临时移动自组织网络，进行无线通信。

车载无线网络组网与传输通信模块根据信息分级的结果自适应的进行路由协议、传输协议和发送模式的选择。

车载无线网络传感器模块包括车辆性能传感器模块和车辆外部传感器模块，用于车辆和路况信息的采集。

车载无线网络数据管理模块用于整个通信系统中数据的采集与融合、传输和利用。

车载无线网络应用模块用于进行车辆预警、辅助驾驶及娱乐活动。

车载无线网络智能控制模块与所述车载无线网络组网与传输模块、数据管理模块相连接，用于车辆无线网络的自组织网络的构建、自适应控制中的网络管理和中继传输，以便于自适应传输车辆感知信息及路况信息。

车载无线网络智能控制模块与车载无线网络传感器模块、数据管理模块相连接，用于提供车辆行驶过程中的车辆信息和路况信息，确定信息的时效性和优先级。

车载无线网络智能控制模块与车载无线网络应用模块、数据管理模块相连接，用于提供其他模块的接入，提供车辆预警、辅助驾驶及其他信息服务。

本发明中的车载无线传感器模块包括车辆性能传感器模块和车辆外部传感器模块，其中，车辆性能传感器模块包括车速状态传感器、轮胎状态传感器、车锁状态传感器、油箱状态传感器、车灯状态传感器；车外环境信息传感器模块包括车外温度传感器、车外湿度传感器、车外风速传感器、车外图像传感器、车距测量传感器。

本发明的有益效果在于：本发明中基于中继传输的自适应车辆通信系统能够实现对组网内车辆的实时信息进行分析，通过车辆自适应中继传输，保证了车辆之间通信的连续性和信息的共享与传播，通过采用信息优先级别划分形式避免中继碰撞问题，提高车载无线网络的通信效率和质量，从而提高了交通运行速率，减少了交通阻塞，避免交通事故的发生。本发明中的车载无线网络可以随时自组织形成临时移动自组织网络，不依靠路边设施，节约了交通建设成本，提高了信息高效、快捷传播，实现车辆预警、辅助驾驶等安全保护。

附图说明

附图1是本发明中基于中继传输的自适应车辆通信系统的应用场景和中继传输简单模型。

附图2是本发明中基于中继传输的自适应车辆通信系统的车载无线网络协同架构图。

附图3是本发明中基于中继传输的自适应车辆通信系统的车载无线网络的通信协议栈结构图。

附图4是本发明中基于中继传输的自适应车辆通信系统的车载无线网络的信息广播优先级图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

附图1是该实施例的基于中继传输的自适应车辆通信系统的应用场景和中继传输简单模型，图中仅以三个车辆为例画出，实际应用场景应为传输多种信息的多个车辆组成，其主要的实体是车辆，每一辆车都可以看作是超级传感器节点。超级传感器节点中传感器模块包括车辆性能传感器和车辆外部传感器，用于采集车辆相关信息和道路交通信息，满足车辆对交通环境的需求。

车辆在行驶时，传感器模块进行数据采集通过CAN总线技术传输到智能控制器模块，智能控制器模块对数据进行融合处理，判别消息的优先级，发送消息，此时车辆称为源节点；周围车辆将接收的消息处理后中继转发,此时车辆称为中继节点；车辆会接收到中继节点转发的消息并将消息在移动临时自组织网内继续中继转发。

附图2是基于中继传输的自适应车辆通信系统的结构示意图，包括：车载无线网络智能控制模块、车载无线网络传感器模块、车载无线网络组网与传输通信模块、车载无线网络数据管理模块、车载无线网络应用模块。

车载无线网络智能控制模块作为车载无线网络的控制中心用于整个通信系统的数据管理和自适应控制，其中智能模块会根据数据处理结果自适应的进行无线资源分配、车辆接入控制和组网管理，不同车辆之间形成临时移动自组织网络，进行无线通信；车载无线网络组网与传输通信模块根据信息分级的结果自适应的进行路由协议、传输协议和发送模式的选择；车载无线网络传感器模块包括车辆性能传感器模块和车辆外部传感器模块，用于车辆和路况信息的采集；车载无线网络数据管理模块用于整个通信系统中数据的采集与融合、传输和利用；车载无线网络应用模块用于进行车辆预警、辅助驾驶及娱乐活动；车载无线网络智能控制模块与所述车载无线网络组网与传输模块、数据管理模块相连接，用于车辆无线网络的自组织网络的构建、自适应控制中的网络管理和中继传输，以便于自适应传输车辆感知信息及路况信息；车载无线网络智能控制模块与车载无线网络传感器模块、数据管理模块相连接，用于提供车辆行驶过程中的车辆信息和路况信息，确定信息的时效性和优先级；车载无线网络智能控制模块与车载无线网络应用模块、数据管理模块相连接，用于提供其他模块的接入，提供车辆预警、辅助驾驶及其他信息服务；

自适应车载通信系统：一体现在将自适应协同通信模式引入车载无线网络，将车载无线网络中的车辆均视作潜在中继节点，自适应的选择中继转发与中继协作策略；二体现在路由算法的设计要适应车联网车辆运动速度快、路径变化频繁、无线信道衰落影响加重等情况。

附图3是基于中继传输的自适应车辆通信系统的车载无线网络的通信协议栈结构图。根据图3所示的车载无线网络通信协议架构包括物理层、网络传输层、应用层，其中协议栈为车载无线网络智能控制模块、车载无线网络数据管理模块、车载无线网络组网和传输模块、车载无线网络应用模块提供各种统一接入机制。智能控制模块包含自适应控制和数据管理，统筹车辆自组织网络内的物理层、网络传输层、应用层，提供路由协议、信息优先级判定、自适应协议、实时传输协议、同步共享协议、信息共享、广播信息、GPS定位等，实现自组网中各种层次的融合。物理层提供信息感知和底层的组网接入协议，其中IEEE802.11p协议被用于车辆自组织网络。网络传输层进行路由协议、自适应模式选择协议、自适应协议、实时传输协议、同步共享协议的融合信息传输。协议栈应用接入为信息共享、广播信息及其他功能等提供了相关协议。这种自适应通信协议栈参照现有的物联网体系分层设计适应于车载无线网络的协议，具有良好的扩展性。

附图4是基于中继传输的自适应车联网通信系统的车载无线网络的信息广播优先级图。车辆在路上行驶的过程中，可能会接收到各种各样的信息。这些信息中有的需要紧急广播或者转发，例如交通安全信息。而诸如普通的路况，天气状况，多媒体等信息在转发过程中选择没那么紧急。根据源节点接收信息的不同将源节点分配不同的优先级:交通事故信息为1级，标识符为FS；路况信息为2级，标识符为SS；室外环境信息为3级，标识符为TS；生活信息为4级，标识符为LS。在基于簇的中继选择算法中，优先级别为1源节点FS1在选择中继节点的时候，具备最高的优先级。优先级别为2的源节点SS1,SS2,SS3在中继节点选择的过程中，具备相同的优先级。FS1优先选择中继节点，在其选择完成后，优先级别为2的再进行中继选择，依次类推，直至所有的源节点都选择到最佳中继为止。

综上所述，本发明的基于中继传输的自适应车辆通信系统通过融合先进的信息技术、无线通信技术、传感器技术、电子控制技术、系统集成技术等与车辆结合形成车载无线网络。它是一种自组织的临时移动通信网络，通过将视作超级传感器节点的行驶的的车辆之间建立短距离无线通信，车辆能够通过自组织的临时移动通信网络向周围车辆自适应的选择发送自身状态以及周围环境的信息，实现包括瞬时地理位置、道路拥堵、车辆预警等信息之间的交互。这种车载无线网络让信息在本地产生与共享，无需涉及到基础设施，具有成本低、容易部署与操作、为用户提供无偿服务等优势，势必成为未来智能交通系统的基础信息承载平台。

上述实施例仅列示性说明本发明的原理和功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在根据本发明的原理进行修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于中继传输的自适应车辆通信系统，其特征在于，该系统包括有：

车载无线网络智能控制模块：所述车载无线网络智能控制模块作为车载无线网络的核心，用于整个通信系统的自适应控制和数据管理；

车载无线网络传感器模块：所述车载无线网络传感器模块用于车辆和路况信息的采集；

车载无线网络组网与传输通信模块：所述车载无线网络组网与传输通信模块用于不同车辆无线网络之间的组网和无线传输；

车载无线网络数据管理模块：所述车载无线网络数据管理模块用于整个通信系统中数据的采集与融合、传输和利用；

车载无线网络应用模块：所述车载无线网络应用模块用于提供车辆实时状况和娱乐模块接口；

自适应车载通信系统：所述自适应车载通信系统是将自适应协同通信模式引入车载无线网络，将车载无线网络中的车辆均视作潜在中继节点，自适应的选择中继转发与中继协作策略；所述自适应车载通信系统基于簇的中继选择算法，将信息分级与中继选择相结合，所述基于簇的中继选择算法是根据源节点接收信息的不同将源节点分配不同的优先级，根据信息的优先级确定簇的范围和中继节点的选择。

2.根据权利要求1所述的基于中继传输的自适应车辆通信系统，其特征在于：所述信息优先级由高到低依次为交通事故信息、路况信息、室外环境信息、生活信息，高优先级别信息的车辆享有优先选择中继的权利。

3.根据权利要求1所述的基于中继传输的自适应车辆通信系统，其特征在于：所述车载无线网络智能控制模块根据数据处理的结果自适应分配无线资源、车辆接入控制、组网管理。

4.根据权利要求1所述的基于中继传输的自适应车辆通信系统，其特征在于：所述车载无线网络智能控制模块根据数据处理的结果自适应的进行路由协议、传输协议和发送模式的选择。

5.根据权利要求1所述的基于中继传输的自适应车辆通信系统，其特征在于：所述车载无线网络智能控制模块根据信息分级的结果进行车辆预警、辅助驾驶及娱乐活动。

6.根据权利要求1所述的基于中继传输的自适应车辆通信系统，其特征在于：所述车载无线网络传感器模块包括车辆性能传感器模块和车外环境信息传感器模块，将车辆视作超级传感器节点。

7.根据权利要求6所述的基于中继传输的自适应车辆通信系统，其特征在于：所述车辆性能传感器模块包括车速状态传感器、轮胎状态传感器、车锁状态传感器、油箱状态传感器、车灯状态传感器。

8.根据权利要求6所述的基于中继传输的自适应车辆通信系统，其特征在于：所述车外环境信息传感器模块包括车外温度传感器、车外湿度传感器、车外风速传感器、车外图像传感器、车距测量传感器。