CN110213739A - 面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信方法和装置 - Google Patents

面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信方法和装置 Download PDF

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赵元昊
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Abstract

本发明提供一种面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信方法和装置。方法包括：获取各信道的性能参数，性能参数包括带宽、延时、抖动、丢包率；根据获取的各信道的性能参数计算各信道的性能函数；将各信道的性能函数标准化；构建用于表征各信道的性能参数的相对重要程度的判断矩阵；对构建的判断矩阵进行一致性检验；根据构建的判断矩阵的参数计算权重指标矩阵，并进行归一化处理；计算加权后的评价指标；根据计算出的加权后的评价指标判断是否切换通信网络。该技术方案可以提高矿区车辆通信的效率与可靠性，且不需要过于高能耗的信号辐射设备与信号增强设备，仅需要对现有的多模式通信设备进行性能评判，判断是否切换通信方式以及切换何种通信方式。

Description

面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信方法和装置
技术领域
本发明涉及机器人无线通信与无人驾驶技术领域，特别涉及一种面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信方法和装置。
背景技术
无人矿区车辆是近年来的一个研究热点，其有助于解决部分矿区的采集问题与部分矿区资源的有害辐射问题。其主要通过驾驶机器人与嵌入式线控手段进行自动驾驶，通过对车辆附近环境的感知、解析，在V2X通信与云计算的基础上得到最优的底层控制方式。但由于矿区地理条件复杂，用于搭建低延时、高可靠的通信设施的地点相对较少，抑或成本太高，因此需要一种低成本、高效率的通信方式来保障无人矿区车辆的运行。
发明内容
本发明的实施例提供一种面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信方法和装置，用以解决无人矿区车辆的通信问题，并提高矿区车辆通信的效率与可靠性。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信方法，包括：
获取各信道的性能参数，所述性能参数包括带宽、延时、抖动、丢包率；
根据获取的各信道的性能参数计算各信道的性能函数；
将各信道的性能函数标准化；
构建用于表征各信道的性能参数的相对重要程度的判断矩阵；
对构建的判断矩阵进行一致性检验；
根据构建的判断矩阵的参数计算权重指标矩阵，并进行归一化处理；
计算加权后的评价指标；
根据计算出的加权后的评价指标判断是否切换通信网络。
如上所述的方法，进一步地，所述根据获取的各信道的性能参数计算各信道的性能函数，具体为：
每1s取一次数据，根据预先设置好的采样周期T确定数据的规模n，计算公式为：
计算Xi,k(k＝B,D,J,L)，计算公式为：
式中，Xi,k(k＝B,D,J,L)为规模为n的一段数据的平均值，i为信道标识，B为带宽，D为延时，J为抖动，L为丢包率。
如上所述的方法，进一步地，所述将各信道的性能函数标准化，具体为：
将各信道的性能函数Xi,k(k＝B,D,J,L)标准化，记为Yi,k(k＝B,D,J,L)，并且有：
Yi,k(k＝B)＝Xi,k,(k＝B)/X0,k(k＝B)
Yi,k(k＝D,J,L)＝1—Xi,k,(k＝D,J,L)/X0,k(k＝D,J,L)
其中，X0,k(k＝B,D,J,L)为标准性能函数，由相应应用的技术指标确定，在解决无人矿区车辆的问题时，一组标准性能函数的取值为：
X0,k(k＝B,D,J,L)＝(50Mbps，150ms，10ms，10％)。
如上所述的方法，进一步地，判断矩阵的构建方法为：
根据九层次分析法，生成表1所示的判断矩阵A的元素表；
表1判断矩阵A的元素表
判断矩阵A为4×4的矩阵，矩阵中auv表示参数u与参数v的相对重要程度。
如上所述的方法，进一步地，对构建的判断矩阵进行一致性检验，若检验系数CR＜0.1，则满足一致性检验。
如上所述的方法，进一步地，根据构建的判断矩阵A的参数计算权重指标矩阵W，并进行归一化处理，具体为：
先对权重指标矩阵W的各元素值进行初步计算，计算公式为：
再进行归一化处理，处理公式为：
经归一化处后即得到最终的权重指标矩阵W。
如上所述的方法，进一步地，所述计算加权后的评价指标，具体为：根据标准化的各信道的性能函数和经归一化处后得到的最终的权重指标矩阵，计算加权后的评价指标，计算公式为：
Mi＝ΣWi，kYi，k(k＝B，D，J，L)
式中，Mi为加权后的评价指标。
如上所述的方法，进一步地，所述根据计算出的加权后的评价指标判断是否切换通信网络，具体为：
对于各种模式的通信方式，M值最大者为最佳通信网络，若其比当前网络的指标大10％以上，则切换。
如上所述的方法，进一步地，在切换通信网络的同时，还根据M值的大小依次选出其他的备选网络。
第二方面，本发明实施例提供一种面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信装置，包括：
获取模块，用于获取各信道的性能参数，所述性能参数包括带宽、延时、抖动、丢包率；
计算模块，用于根据获取的各信道的性能参数计算各信道的性能函数；
标准化模块，用于将各信道的性能函数标准化；
构建模块，用于构建用于表征各信道的性能参数的相对重要程度的判断矩阵；
检验模块，用于对构建的判断矩阵进行一致性检验；
归一化模块，用于根据构建的判断矩阵的参数计算权重指标矩阵，并进行归一化处理；
所述计算模块还用于计算加权后的评价指标；
切换模块，用于根据计算出的加权后的评价指标判断是否切换通信网络。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1、根据不同类型网络的性能在不同地段的差异，可以很好的区分其网络特性。通过对网络特性(带宽、延时、抖动、丢包率)的标准化分析，得到标准化的性能函数，并以此为基础，在满足一致性检验的前提下建立归一化的性能权重指标，最终得到多模式通信下是否切换网络的判断依据；
2、相比于传统的矿区无人车辆通信方法而言，本发明提供的技术方案的优势在于实施过程中不需要过于高能耗的信号辐射设备与信号增强设备，仅需要对现有的多模式通信设备进行性能评判，来判断进行何种通信方式，具有易实施，低成本的特点；并且由于传感器技术的高度发展，数据的可靠性得到了保证，进而确保了以网络性能数据为指标的面向无人矿区车车辆的多模式通信方法的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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例，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为本发明提供的面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信方法的流程图；
图2为本发明提供的面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信方法的应用实施例的示意图。
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。
目前，无人矿区车辆多以定轨行驶为主，通常不能实时处理突发事件和实时变换驾驶模式。造成这种现象的主要原因有两点：一是矿区交通条件复杂，导致智能算法的相对低可靠与智能库的相对不完备；二是矿区地理条件复杂，用于搭建低延时、高可靠的通信设施的地点相对较少。本发明提供的技术方案从第二点出发，通过对多模式通信方式的有机融合，实现1+1>2的运行模式，最终提高矿区车辆通信的效率与可靠性。图1为本发明提供的面向无人矿区车辆的多模式通信方法的流程图，该方法可以由面向无人矿区车辆的多模式通信装置来执行，该规划装置可以通过软件方式实现，配置于面向无人矿区车辆设备中。如图1所示，本实施例的方法可以包括以下内容。
S101、获取各信道的性能参数，性能参数包括带宽、延时、抖动、丢包率。
S102、根据获取的各信道的性能参数计算各信道的性能函数。
该步骤中所述的根据获取的各信道的性能参数计算各信道的性能函数，具体可以为：
每1s取一次数据，根据预先设置好的采样周期T确定数据的规模n，计算公式为：
计算Xi,k(k＝B,D,J,L)，计算公式为：
式中，Xi,k(k＝B,D,J,L)为规模为n的一段数据的平均值，i为信道标识，B为带宽，D为延时，J为抖动，L为丢包率。
S103、将各信道的性能函数标准化。
该步骤中所述的将各信道的性能函数标准化，具体可以为：
将各信道的性能函数Xi,k(k＝B,D,J,L)标准化，记为Yi,k(k＝B,D,J,L)，并且有：
Yi,k(k＝B)＝Xi,k,(k＝B)/X0,k(k＝B)
Yi,k(k＝D,J,L)＝1—Xi,k,(k＝D,J,L)/X0,k(k＝D,J,L)
其中，X0,k(k＝B,D,J,L)为标准性能函数，由相应应用的技术指标确定，在解决无人矿区车辆的问题时，一组标准性能函数的取值为：
X0,k(k＝B,D,J,L)＝(50Mbps，150ms，10ms，10％)。
S104、构建用于表征各信道的性能参数的相对重要程度的判断矩阵。
该步骤中的判断矩阵的构建方法具体可以为：
根据Saaty九分制理论，生成表1所示的判断矩阵A的元素表；
表1判断矩阵A的元素表
参数u与参数v的重要程度 a<sub>uv</sub>
相同重要 1
稍微重要 3
明显重要 5
强烈重要 7
极端重要 9
判断矩阵A为4×4的矩阵，矩阵中auv表示参数u与参数v的相对重要程度。
S105、对构建的判断矩阵进行一致性检验。
具体的，对构建的判断矩阵进行一致性检验，若检验系数CR＜0.1，则满足一致性检验。
S106、根据构建的判断矩阵的参数计算权重指标矩阵，并进行归一化处理。
具体的，根据构建的判断矩阵A的参数计算权重指标矩阵W，并进行归一化处理，具体为：
先对权重指标矩阵W的各元素值进行初步计算，计算公式为：
再进行归一化处理，处理公式为：
经归一化处后即得到最终的权重指标矩阵W。
S107、计算加权后的评价指标。
该步骤中所述的计算加权后的评价指标，具体可以为：根据标准化的各信道的性能函数和经归一化处后得到的最终的权重指标矩阵，计算加权后的评价指标，计算公式为：
Mi＝∑wi，kYi，k(k＝B，D，J，L)
式中，Mi为加权后的评价指标。
S108、根据计算出的加权后的评价指标判断是否切换通信网络。
该步骤中所述的根据计算出的加权后的评价指标判断是否切换通信网络，具体可以为：
对于各种模式的通信方式，M值最大者为最佳通信网络，若其比当前网络的指标大10％以上，则切换，同时根据M值的大小依次选出其他的备选网络。
多模式的通信模式一直是通信领域的一个研究热点。鉴于单一通信模式下信息传输可靠性差、传输性能不稳定地特点，本发明提供的技术方案，将多模式通信应用于无人矿区车辆。考虑到当前各类路侧与车载传感器的精度与可靠性都较高，通过从通信模式的性能参数入手，利用运筹学中的层次分析法对各参数的影响权重做出系统的评判，进而评估当前的网络状态，为网络的选择与切换提供决策基础。本发明实施例提供的技术方案不需要过于高能耗的信号辐射设备与信号增强设备，仅需要对现有的多模式通信设备进行性能评判，来判断是否切换通信方式以及切换何种通信方式。
图2为本发明提供的面向无人矿区车辆的多模式通信方法的应用实施例的示意图。参考图2所示，本实施例的方法包括如下步骤：
步骤1，获取各信道i的性能函数Xi,k(k＝B,D,J,L)，其中，B为带宽，D为延时，J为抖动，L为丢包率，其中Xi,k(k＝B,D,J,L)为一段数据的平均值，可以每1s取一次数据，根据预先设置好的采样周期T确定数据的规模n，即：
步骤2，将所获得的性能函数标准化，记为Yi,k(k＝B,D,J,L)，由于我们希望带宽越大越好，延时、抖动与丢包率越小越好，我们采取下式的方式进行归一化，从而使得评价指标为越大越好：
Yi,k(k＝B)＝Xi,k,(k＝B)/X0,k(k＝B)
Yi,k(k＝D,J,L)＝1—Xi,k,(k＝D,J,L)/X0,k(k＝D,J,L)
其中，X0,k(k＝B,D,J,L)为标准性能函数，由相应应用的技术指标确定，在解决无人矿区车辆的问题时，一组标准性能函数的取值为：
X0,k(k＝B,D,J,L)＝(50Mbps，150ms，10ms，10％)。
步骤3，构建判断矩阵A，这是一个4×4的矩阵，矩阵中auv表示参数u与参数v的相对重要程度。根据Saaty九分制理论，生成表1所示的判断矩阵A的元素表。表2为一个应用于矿区车辆的判断矩阵的元素实例表。
表2判断矩阵的元素实例表
1 3 5 7
1/3 1 3 5
1/5 1/3 1 3
1/7 1/5 1/3 1
步骤4，对判断矩阵进A行一致性检验，该矩阵的的最大特征值为4.12，矩阵阶数为4，则一致性指标
对4阶矩阵，随机一致性指标RI＝0.90，则检验系数
故满足一致性检验。
步骤5，计算权重指标矩阵W，有:
进行归一化处理，有
得到W。表3为一个应用于矿区车辆的权重指标矩阵W实例表。
表3权重指标矩阵W实例表
归一化前 3.20 1.50 0.67 0.31
归一化后 0.56 0.26 0.12 0.06
步骤6，计算加权后的评价指标Mi，有：
Mi＝ΣWi，kYi，k(k＝B，D，J，L)
步骤7，判断是否切换通信网络。
对于各种模式通信方式，M值最大者为最佳通信网络，若其比当前网络的指标大10％以上，则切换。同时，根据M值的大小依次选出其他的备选网络。
本发明实施例提供的面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信装置包括：获取模块、计算模块、标准化模块、构建模块、检验模块、归一化模块和切换模块。其中，获取模块用于获取各信道的性能参数，所述性能参数包括带宽、延时、抖动、丢包率；计算模块用于根据获取的各信道的性能参数计算各信道的性能函数；标准化模块用于将各信道的性能函数标准化；构建模块用于构建用于表征各信道的性能参数的相对重要程度的判断矩阵；检验模块用于对构建的判断矩阵进行一致性检验；归一化模块用于根据构建的判断矩阵的参数计算权重指标矩阵，并进行归一化处理；所述计算模块还用于计算加权后的评价指标；切换模块用于根据计算出的加权后的评价指标判断是否切换通信网络。
本实施例的面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信装置可以用于执行图1所示方法实施例的方法，其实现原理和所要达到的技术效果类似，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信方法，其特征在于，包括：
获取各信道的性能参数，所述性能参数包括带宽、延时、抖动、丢包率；
根据获取的各信道的性能参数计算各信道的性能函数；
将各信道的性能函数标准化；
构建用于表征各信道的性能参数的相对重要程度的判断矩阵；
对构建的判断矩阵进行一致性检验；
根据构建的判断矩阵的参数计算权重指标矩阵，并进行归一化处理；
计算加权后的评价指标；
根据计算出的加权后的评价指标判断是否切换通信网络。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据获取的各信道的性能参数计算各信道的性能函数，具体为：
每1s取一次数据，根据预先设置好的采样周期T确定数据的规模n，计算公式为：
计算Xi,k(k＝B,D,J,L)，计算公式为：
式中，Xi,k(k＝B,D,J,L)为规模为n的一段数据的平均值，i为信道标识，B为带宽，D为延时，J为抖动，L为丢包率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将各信道的性能函数标准化，具体为：
将各信道的性能函数Xi,k(k＝B,D,J,L)标准化，记为Yi,k(k＝B,D,J,L)，并且有：
Yi,k(k＝B)＝Xi,k,(k＝B)/X0,k(k＝B)
Yi,k(k＝D,J,L)＝1—Xi,k,(k＝D,J,L)/X0,k(k＝D,J,L)
其中，X0,k(k＝B,D,J,L)为标准性能函数，由相应应用的技术指标确定，在解决无人矿区车辆的问题时，一组标准性能函数的取值为：
X0,k(k＝B,D,J,L)＝(50Mbps，150ms，10ms，10％)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，判断矩阵的构建方法为：
根据九层次分析法，生成表1所示的判断矩阵A的元素表；
表1 判断矩阵A的元素表
参数u与参数v的重要程度 a<sub>uv</sub> 相同重要 1 稍微重要 3 明显重要 5 强烈重要 7 极端重要 9
判断矩阵A为4×4的矩阵，矩阵中auv表示参数u与参数v的相对重要程度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，对构建的判断矩阵进行一致性检验，若检验系数CR＜0.1，则满足一致性检验。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据构建的判断矩阵A的参数计算权重指标矩阵W，并进行归一化处理，具体为：
先对权重指标矩阵W的各元素值进行初步计算，计算公式为：
再进行归一化处理，处理公式为：
经归一化处后即得到最终的权重指标矩阵W。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述计算加权后的评价指标，具体为：根据标准化的各信道的性能函数和经归一化处后得到的最终的权重指标矩阵，计算加权后的评价指标，计算公式为：
Mi＝∑wi，kYi，k(k＝B，D，J，L)
式中，Mi为加权后的评价指标。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据计算出的加权后的评价指标判断是否切换通信网络，具体为：
对于各种模式的通信方式，M值最大者为最佳通信网络，若其比当前网络的指标大10％以上，则切换。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在切换通信网络的同时，还根据M值的大小依次选出其他的备选网络。
10.一种面向矿车无人驾驶运输系统的多模式通信装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取各信道的性能参数，所述性能参数包括带宽、延时、抖动、丢包率；
计算模块，用于根据获取的各信道的性能参数计算各信道的性能函数；
标准化模块，用于将各信道的性能函数标准化；
构建模块，用于构建用于表征各信道的性能参数的相对重要程度的判断矩阵；
检验模块，用于对构建的判断矩阵进行一致性检验；
归一化模块，用于根据构建的判断矩阵的参数计算权重指标矩阵，并进行归一化处理；
所述计算模块还用于计算加权后的评价指标；
切换模块，用于根据计算出的加权后的评价指标判断是否切换通信网络。
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