CN111885065B - 一种基于v2x的车载终端消息预处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于V2X的车载终端消息预处理系统，属于智能网联汽车技术领域。该系统包括消息代理模块、通信网络管理模块、中间件组件总线接口模块、信息安全组件模块和日志管理组件模块；消息代理模块包括：车身消息接收模块、威胁区域划分模块、威胁等级划分模块、消息属性模块、消息优先级分配模块、消息处理抛弃模块和消息调度模块；威胁区域划分模块：将车身感知范围划分为三个不同等级风险的区域，根据等级选择优先处理或无视。威胁等级划分模块：计算出不同的划分区域的威胁程度。本发明能提高车载终端处理安全消息的实时性，增加V2X车载终端实时消息的吞吐量。

Description

一种基于V2X的车载终端消息预处理系统

技术领域

本发明属于智能网联汽车技术领域，涉及一种基于V2X的车载终端消息预处理系统。

背景技术

随着信息通讯技术在汽车行业中的应用不端深入，当今的智能网联汽车的发展迅猛，越来越多的交通对象参与到车联网系统中来，使得交通信息量越来越大，大量的交通信息都需要进行加工处理后再广播出去，为交通参与对象提供可靠高效的交通信息。目前基于车联网的信息预处理效率低，可靠性差，不能满足车联网的通讯需求。因此，亟需一种新的消息预处理方法来解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于V2X的车载终端消息预处理系统，提高车联网的信息预处理效率，保证车联网的通讯质量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于V2X的车载终端消息预处理系统，包括消息代理模块，该模块具体包括：车身消息接收模块、威胁区域划分模块、威胁等级划分模块、消息属性模块、消息优先级分配模块、消息处理抛弃模块和消息调度模块；

所述车身消息接收模块：负责完成应用层软件和底层通信组件发送到中间件的消息帧的接收；

所述威胁区域划分模块：结合路测设备(Rode Side Unit，RSU)传输来的信息以及车身信息，将车身感知范围划分为低风险区、中风险区、高风险区三个区域，当其他车辆信息来源于高风险区的时候优先处理，而低风险区域的其他车辆信息暂时选择无视。

所述威胁等级划分模块：计算出不同的划分区域的威胁程度；

所述消息属性模块：将接收到的消息加工赋予不同的威胁属性；

所述消息优先级分配模块：利用其他车辆的威胁等级结合车身信息，将接收到的信息根据消息的重要性和紧急程度将消息划分为不同等级，消息的等级越高，优先级越高；

所述消息处理抛弃模块：对于威胁等级高的信息接收即处理；威胁等级中的消息接收到后选择性的处理；威胁等级低的消息，设置一个最高处理频率和最低处理频率；

所述消息调度模块：优先提取高优先级队列的消息发送，保证紧急性高的信息优先占用信道发送；对来自底层通信组件发送的主题消息，则通过查询订阅者信息表，发送给订阅该主题消息的应用层软件。

进一步，所述威胁区域划分模块，使用车路协同技术，将车身感知范围划分为前、后、左、右四个区域，并主要利用路测设备传来的交通灯信息、道路路况信息、车联网云平台传来的天气信息、车身所处位置和车身运动状态这五个威胁要素相结合反映出每个区域的威胁程度；再量化威胁程度，将车身四个区域赋予低风险区、中风险区、高风险区这三种不同的威胁等级。

进一步，所述威胁等级划分模块，结合其他车载终端传来的信息与车身信息，并利用威胁区域划分对其他车辆信息进行加权分析，将其他车辆的威胁等级动态的划分为高威胁信息源、中威胁信息源和低威胁信息源。

进一步，利用威胁区域划分对其他车辆信息进行加权分析，具体包括：构建威胁初始矩阵A＝{A₁,A₂,A₃,…,A_n}，衡量威胁程度的属性变量为x₁,x₂,x₃,…,x_m，构建唯一表征车辆A_i，A表示其他车辆集合，x表示威胁属性；构建一个加权规范矩阵，即C＝(c_i,j)_n×m，权重向量为w＝[w₁,w₂,…,w_n]^T，c_i,j＝w_j*x_i,j，i＝1,2,…,n,j＝1,2,…,m，w表示属性权重；

确定正理想型解C⁺和负理想型解C^-，

评价目标A_i到正理想点的距离为：

评价目标A_i到负理想点的距离为：

计算各目标与理想点的贴近值：

根据f_i的值进行排序，f_i∈[0,1]，f_i的值越小，代表威胁程度越小。

进一步，所述威胁等级划分模块使用的其他车辆信息和车身信息，主要包括：车辆位置信息、车辆运动状态信息、车辆航向角信息、车辆制动状态信息和车辆转向灯信息，将其他车辆划分高威胁信息源、中威胁信息源、低威胁信息源三种不同的威胁等级。

进一步，消息的属性包括：信息来源威胁等级、信息初始威胁等级、动态威胁等级、有效存在时间和动态优先级属性。

进一步，该系统还包括中间件组件总线接口模块、信息安全组件模块和日志管理组件模块；

所述中间件组件总线接口模块：负责向应用层程序和通信网络管理模块提供接口，接收应用层应用发布的主题消息和通信网络管理模块发送的通信组件发送的报文，发送给消息代理模块；

所述信息安全组件模块：主要负责数据通信的可靠性、加密与解密和数字认证等功能；若存在校验异常信息则发送到日志管理组件模块记录；

所述日志管理组件模块：负责记录信息安全组件模块接收到的异常消息操作和发生日期，应用层软件定期发送日志管理文件给云平台分析。

更进一步，该系统还包括通信网络管理模块：包括消息-网络映射模块、通道接口选择模块和数据协议转换模块；

所述消息-网络映射模块为使用不同网络通信的应用软件提供统一的通信调用接口；

所述通道接口选择模块用于提供主题消息发布对应的通信通道接口；

所述数据协议转换模块将通信模块组件采集的原始数据转换为指定格式的消息报文，发送给中间件组件总线接口模块。

本发明的有益效果在于：本发明系统主要针对车载终端统一对来车身、其他车辆、路侧设备、车联网云平台等异构多源信息进行预处理；该系统基于车路协同技术将车身周围区域按威胁等级划分，并根据威胁估计技术将其他车辆按照威胁等级划分；基于威胁等级策略对消息进行预处理。降低威胁等级低的其他车辆的信息地处理频率，以保证威胁等级高的其他车辆的信息优先处理，从而提高安全消息的实时性，增加V2X车载终端实时消息的吞吐量。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明系统的整体架构图；

图2为消息代理模块的内部架构图；

图3为中间件的消息帧格式定义；

图4为消息预处理框架图；

图5为通信网络管理模块的内部架构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1～图5，图1为一种基于V2X的车载终端消息预处理系统，采用基于中间件的软件架构，包括5个模块：中间件组件总线接口模块、消息代理模块、通信网络管理模块、信息安全组件模块和日志管理组件模块。

如图2所示，消息代理模块使用基于消息的主题订阅-发布模型，包括车身消息接收模块、威胁区域划分模块、威胁等级划分模块、消息属性模块、消息优先级分配模块、消息处理抛弃模块和消息调度模块。

车身消息接收模块负责完成应用层软件和底层通信组件发送到中间件的消息帧的接收。

威胁区域划分模块主要将车身感知范围划分为几个不同的区域。

威胁等级划分模块主要是计算出不同的划分区域的威胁程度。

消息属性模块主要是将接收到的消息加工赋予不同的属性并填充到图3的消息体中。

消息处理抛弃模块是将接收到的消息进行预处理。如图4所示，消息处理抛弃模块具体是将接收到的V2X消息进行预处理，并将接收到的MAP消息、SPAT消息结合车身消息计算出预处理规则并反馈给消息预处理模块，将接收的消息根据其消息属性进行优先级调度发送给车载终端应用层。

消息属性模块是将接收到的消息加工赋予不同的威胁属性。

消息调度模块优先提取高优先级队列的消息发送，保证紧急性高的信息优先占用信道发送；对来自底层通信组件发送的主题消息，则通过查询订阅者信息表，发送给订阅该主题消息的应用层软件。

如图5所示，通信网络管理模块设立了消息-网络映射模块为使用不同网络通信的应用软件提供统一的通信调用接口；通道接口选择模块用于提供主题消息发布对应的通信通道接口；数据协议转换模块将通信模块组件采集的原始数据转换为指定格式的消息报文，发送给中间件组件总线接口模块。

中间件应用组件模块主要将车联网应用服务共性部分在中间件中按组件形式进行开发和管理，为系统应用开发提供调用，减少应用开发难度。

信息安全组件模块主要负责数据通信的可靠性、加密与解密、数字认证等功能。若存在校验异常信息则发送到日志管理组件模块记录。

日志管理组件模块：负责记录信息安全组件模块接收到的异常消息操作和发生日期，应用层软件定期发送日志管理文件给云平台分析。

上述系统对车载终端消息预处理的具体方法包括以下步骤：

步骤一：在消息没来之前，对消息预处理规则进行初始化，并不继承上一次预处理规则。对消息属性中的信息来源威胁等级S、动态威胁等级S₁、动态优先级P数值初始化为0，使即将到来的消息根据其本身的优先级进行调度，确保初始化后接收消息的时效性和准确性。

步骤二：根据《合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准》即应用数据交互标准，以下称为国标。将V2X消息集定义了5个最基本的消息体：(1)BSM消息，车辆基本安全消息。用来在车辆之间交换安全状态数据，车辆通过该消息的广播，将自身的实时状态告知周围车辆，以此支持一系列协同安全等应用。(2)MAP消息，地图消息。由路侧单元广播，向车辆传递局部区域的地图信息。(3)RSI消息，由路侧单元向周围车载单元发布的交通事件消息以及交通标志标牌信息。(4)RSM消息，路侧安全消息。路侧单元通过路侧本身拥有的相应检测手段，得到其周边交通参与者的实时状态信息(这里交通参与者包括路侧单元本身、周围车辆、非机动车、行人等)，并将这些信息整理成本消息体所定义的格式，作为这些交通参与者的基本安全状态信息(类似于BSM)，广播给周边车辆，支持这些车辆的相关应用。(5)SPAT消息，信号灯消息。包含一个或多个路口信号灯的当前状态信息。

当消息来的时候预处理框架如图4所示，预处理规则已经初始化，所有类型的消息都会接收，利用其中的MAP消息、SPAT消息结合车身信息。根据车身的信息，利用MAP消息定位自身所处在的交通路段结合SPAT消息获取实时动态交通信息，将身感知范围划分为前、后、左、右四个区域，并结合威胁要素将车身四个区域赋予低风险区、中风险区、高风险区这三种不同的威胁等级。当接收到BSM消息时，利用其位置信息确定该消息发出区域，区域的威胁等级与车身信息相结合将发出该类消息的车辆划分为高威胁信息源、中威胁信息源、低威胁信息源三种不同的威胁等级，将该威胁等级填充至图3中的信息来源威胁等级消息属性中。根据以上两个威胁要素即区域的威胁等级和信息来源威胁等级设计预处理规则，对于威胁等级高的信息接收即处理，确保信息的时效性提高OBU防撞预警功能的准确性和实时性。对于威胁等级中的消息接收到后选择性的处理，降低单位时间内对该类消息的处理频率，在确保信息时效性的前提下，减少OBU防撞预警功能的压力，同时提高OBU单位时间内消息吞吐量。对于威胁等级低的消息，会设置一个最高处理频率和最低处理频率，即降低了OBU非防撞预警功能的处理频率，也确保了OBU对潜在危险的评估。最高处理频率和最低处理频率是指，当智能网联设备消息量剧增时，信息的威胁等级很低可以选择不处理，来提高车载设备的单位信息吞吐量，而设置最低处理频率，为了预测潜在威胁的可能性，提高突发事件发生时车载终端的应答能力。当智能网联设备消息较少时，信息的威胁等级很低可以选择实时处理，设置最高处理频率，为了降低车载终端对非需要数据的处理频率，提高车载终端的稳定性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于V2X的车载终端消息预处理系统，其特征在于，该系统包括消息代理模块，该模块具体包括：车身消息接收模块、威胁区域划分模块、威胁等级划分模块、消息属性模块、消息优先级分配模块、消息处理抛弃模块和消息调度模块；

所述车身消息接收模块：负责完成应用层软件和底层通信组件发送到中间件的消息帧的接收；

所述威胁区域划分模块：结合路测设备(Rode Side Unit，RSU)传输来的信息以及车身信息，将车身感知范围划分为低风险区、中风险区、高风险区三个区域，当其他车辆信息来源于高风险区的时候优先处理，而低风险区域的其他车辆信息暂时选择无视；

所述威胁等级划分模块：计算出不同的划分区域的威胁程度；

所述消息属性模块：将接收到的消息加工赋予不同的威胁属性；

所述消息优先级分配模块：利用其他车辆的威胁等级结合车身信息，将接收到的信息根据消息的重要性和紧急程度将消息划分为不同等级；

所述消息处理抛弃模块：对于威胁等级高的信息接收即处理；威胁等级中的消息接收到后选择性的处理；威胁等级低的消息，设置一个最高处理频率和最低处理频率；

所述消息调度模块：优先提取高优先级队列的消息发送；对来自底层通信组件发送的主题消息，则通过查询订阅者信息表，发送给订阅该主题消息的应用层软件。

2.根据权利要求1所述的车载终端消息预处理系统，其特征在于，所述威胁区域划分模块，使用车路协同技术，将车身感知范围划分为前、后、左、右四个区域，并利用路测设备传来的交通灯信息、道路路况信息、车联网云平台传来的天气信息、车身所处位置和车身运动状态相结合反映出每个区域的威胁程度；再量化威胁程度，将车身四个区域赋予低风险区、中风险区、高风险区这三种不同的威胁等级。

3.根据权利要求1所述的车载终端消息预处理系统，其特征在于，所述威胁等级划分模块，结合其他车载终端传来的信息与车身信息，并利用威胁区域划分对其他车辆信息进行加权分析，将其他车辆的威胁等级动态的划分为高威胁信息源、中威胁信息源和低威胁信息源。

4.根据权利要求3所述的车载终端消息预处理系统，其特征在于，利用威胁区域划分对其他车辆信息进行加权分析，具体包括：构建威胁初始矩阵A＝{A₁，A₂，A₃，...，A_n}，衡量威胁程度的属性变量为x₁，x₂，x₃，...，x_m，构建唯一表征车辆A_i，A表示其他车辆集合，x表示威胁属性；构建一个加权规范矩阵，即C＝(c_i，j)_n×m，权重向量为w＝[w₁，w₂，...，w_n]^T，c_i，j＝w_j*x_i，j，i＝1，2，...，n，j＝1，2，...，m，w表示属性权重；

确定正理想型解C⁺和负理想型解C^-，

评价目标A_i到正理想点的距离为：

评价目标A_i到负理想点的距离为：

计算各目标与理想点的贴近值：

根据f_i的值进行排序，f_i∈[0,1]，f_i的值越小，代表威胁程度越小。

5.根据权利要求3所述的车载终端消息预处理系统，其特征在于，所述威胁等级划分模块使用的其他车辆信息和车身信息，包括：车辆位置信息、车辆运动状态信息、车辆航向角信息、车辆制动状态信息和车辆转向灯信息，将其他车辆划分高威胁信息源、中威胁信息源、低威胁信息源三种不同的威胁等级。

6.根据权利要求1所述的车载终端消息预处理系统，其特征在于，消息的属性包括：信息来源威胁等级、信息初始威胁等级、动态威胁等级、有效存在时间和动态优先级属性。

7.根据权利要求1所述的车载终端消息预处理系统，其特征在于，该系统还包括中间件组件总线接口模块、信息安全组件模块和日志管理组件模块；

所述中间件组件总线接口模块：负责向应用层程序和通信网络管理模块提供接口，接收应用层应用发布的主题消息和通信网络管理模块发送的通信组件发送的报文，发送给消息代理模块；

所述信息安全组件模块：负责数据通信的可靠性、加密与解密和数字认证；若存在校验异常信息则发送到日志管理组件模块记录；

所述日志管理组件模块：负责记录信息安全组件模块接收到的异常消息操作和发生日期，应用层软件定期发送日志管理文件给云平台分析。

8.根据权利要求7所述的车载终端消息预处理系统，其特征在于，该系统还包括通信网络管理模块：包括消息-网络映射模块、通道接口选择模块和数据协议转换模块；

所述消息-网络映射模块为使用不同网络通信的应用软件提供统一的通信调用接口；

所述通道接口选择模块用于提供主题消息发布对应的通信通道接口；

所述数据协议转换模块将通信模块组件采集的原始数据转换为指定格式的消息报文，发送给中间件组件总线接口模块。

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