CN112752229B - 一种车队多跳通信方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车队多跳通信方法、装置、存储介质及电子设备，能够根据车队的拓扑结构，为车辆节点确定其在多跳广播时的角色，从而使得车辆节点按照其角色对广播报文进行处理，以此实现广播报文由源节点到目标节点的转发。基于本发明能够提高车队中车辆间通信的稳定性，从而解决车队长度过长导致的尾车与头车通信不稳定的问题，有效提高车队的通信质量。

Description

一种车队多跳通信方法、装置、存储介质及电子设备
技术领域
本发明涉及编队行驶、车联网技术领域，更具体地说，涉及一种车队多跳通信方法、装置、存储介质及电子设备。
背景技术
随着经济的发展，中国汽车的保有量越来越多，造成了道路拥堵，环境污染等问题，同时每年因为交通事故造成的伤亡率也居高不下，汽车智能化的浪潮让人们看到了解决这些问题的希望，但是单车智能不能在系统层面解决道路拥堵，环境污染的问题，于是如何利用V2X(vehicle to everything，车物互联无线通信技术)技术使车辆可以形成编队行驶是当下研究的热点。
由此，针对自动驾驶车队的编队行驶，人们也研究了很多技术，用以降低因驾驶员疲劳驾驶引发交通事故的概率，提高车队行驶的安全，同时通过缩短编队中车辆的间距，提高交通通行能力。
而在多车编队行驶过程中由于车辆数量的增加或车辆长度较大，很容易导致车队总长度较长，从而使得尾车与头车的通信不稳定。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种车队多跳通信方法、装置、存储介质及电子设备，技术方案如下：
一种车队多跳通信方法，所述方法应用于车队中的车辆节点，所述方法包括：
获取车队的拓扑结构，所述拓扑结构用于指示所述车队中不同车辆节点间的位置关系；
基于所述拓扑结构确定所述车辆节点在多跳广播时的角色；
获取广播报文，并基于所述车辆节点的角色对所述广播报文进行处理，以实现所述广播报文由源节点被转发至目标节点。
优选的，所述获取车队的拓扑结构，包括：
监测编队指令，所述编队指令能够指示所述拓扑结构由第一状态切换为第二状态；
如果监测到所述编队指令，则更新所述拓扑结构。
优选的，所述基于所述拓扑结构确定所述车辆节点在多跳广播时的角色，包括：
确定所述车队在多跳广播时的报文跳跃次数；
获取所述车队的报文方向，并基于所述报文方向和所述报文跳跃次数确定所述拓扑结构中不同车辆节点的角色。
优选的，所述确定所述车队在多跳广播时的报文跳跃次数，包括：
获取所述车队允许的最大报文时延；
根据所述最大报文时延计算报文跳跃次数。
优选的，所述车辆节点的角色为源节点、目标节点和转发节点中的一个；
所述基于所述车辆节点的角色对所述广播报文进行处理，包括：
如果所述车辆节点为所述源节点，则将所述广播报文发出；
如果所述车辆节点为所述目标节点，则解析所述广播报文，并基于解析结果将所述广播报文丢弃或发给所述车辆节点的上层应用；
如果所述车辆节点为所述转发节点，则解析所述广播报文，并基于解析结果将所述广播报文丢弃或转发。
一种车队多跳通信装置，所述装置包括：
拓扑获取模块，用于获取车队的拓扑结构，所述拓扑结构用于指示所述车队中不同车辆节点间的位置关系；
角色确定模块，用于基于所述拓扑结构确定所述车辆节点在多跳广播时的角色；
报文处理模块，用于获取广播报文，并基于所述车辆节点的角色对所述广播报文进行处理，以实现所述广播报文由源节点被转发至目标节点。
优选的，所述角色确定模块，具体用于：
确定所述车队在多跳广播时的报文跳跃次数；获取所述车队的报文方向，并基于所述报文方向和所述报文跳跃次数确定所述拓扑结构中不同车辆节点的角色。
优选的，所述车辆节点的角色为源节点、目标节点和转发节点中的一个；
所述报文处理模块，具体用于：
如果所述车辆节点为所述源节点，则将所述广播报文发出；如果所述车辆节点为所述目标节点，则解析所述广播报文，并基于解析结果将所述广播报文丢弃或发给所述车辆节点的上层应用；如果所述车辆节点为所述转发节点，则解析所述广播报文，并基于解析结果将所述广播报文丢弃或转发。
一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或所述指令被处理器执行时实现任一项所述的车队多跳通信方法的步骤。
一种电子设备，包括处理器，存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或所述指令被所述处理器执行时实现任一项所述的车队多跳通信方法的步骤。
本发明提供一种车队多跳通信方法、装置、存储介质及电子设备，能够根据车队的拓扑结构，为车辆节点确定其在多跳广播时的角色，从而使得车辆节点按照其角色对广播报文进行处理，以此实现广播报文由源节点到目标节点的转发。基于本发明能够提高车队中车辆间通信的稳定性，从而解决车队长度过长导致的尾车与头车通信不稳定的问题，有效提高车队的通信质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的车队多跳通信方法的方法流程图；
图2本发明实施例提供的场景示意图；
图3为本发明实施例提供的另一场景示意图；
图4为本发明实施例提供的协议栈示意图；
图5为本发明实施例提供的再一场景示意图；
图6为本发明实施例提供的车队多跳通信装置的结构示意图。
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做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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明实施例提供一种车队多跳通信方法，该方法基于车队拓扑结构，应用于车队中的车辆节点，该方法的方法流程图如图1所示，包括如下步骤：
S10，获取车队的拓扑结构，拓扑结构用于指示车队中不同车辆节点间的位置关系。
在车队编队行驶过程中，车辆在车队中的相对位置并非固定的，经常会发生变化，而一旦与其他车辆的相对位置发生变化后，车辆互联过程中的物理布局也会发生变化，即车队的拓扑结构发生了变化。
参见图2所示的场景示意图。原编队的拓扑结构为“A车、B车、C车、D车和E车”，重新编队的拓扑结构为“B车、A车D车、E车和、C车”。
由此，本发明实施例中，可以按照一定时间间隔来监测车队的拓扑结构，以获得最新的拓扑结构。由此，当车队的拓扑结构发生改变，报文的转发依然能够实现。
当然，在其他一些实施例中，为提高获得拓扑结构的速度，可以监测编队指令，编队指令能够指示拓扑结构由第一状态切换为第二状态；如果监测到编队指令，则更新拓扑结构。
具体的，该编队指令可以由车队的管理者发出，还可以识别车队驾驶员的对话语音，比如可以通过语音识别的技术识别其中诸如“A车和B车换位”等关键语句，以此确定车队进行重新编队，从而获得最新的拓扑结构。
S20，基于拓扑结构确定车辆节点在多跳广播时的角色。
多跳广播(Topologic HopBroadcast，THB)是指广播内容由广播源经由多次转发完成传输的广播方式，有着覆盖范围广、传输效率高等特点。本发明实施例中，广播报文，即THB报文在拓扑结构中跳跃时，由源节点广播发出、经由转发节点转发，最终跳跃到目标节点。其中，源节点是指广播报文的生产者，目标节点是指广播报文的消费者，转发节点则是指广播报文的中间商。
广播报文的跳跃具有如下特点：
1)广播报文沿拓扑结构的转发节点，由车队头部向尾部方向跳跃(或相反)；
2)广播报文经过一个或多个转发节点跳跃到目标节点；
3)广播报文的转发是一种路由转发技术，具有路由特点。
需要说明的是，广播报文包含了本车(广播者)编号、需要车队间共享的运动学信息和失效状态等车队行驶中通信传输的信息。
此外，在确定车辆节点在多跳广播的角色时，可以按照车辆节点位于拓扑结构中的位置确定其参与多跳广播时的角色，角色分为源节点、目标节点和转发节点。当然，对于未被分配角色的车辆节点，其不参与多跳广播。
参见图3所示的场景示意图。本发明实施例中，车辆节点的应用层能够感知车队的拓扑结构，当车队中包含五辆成员车辆时，将作为头车的A车作为源节点、作为中间车的C车作为转发节点、作为尾车的E车作为目标节点，其他车辆节点则不参与多跳广播。
当车队的队形发生变化时，动态识别车队的拓扑结构，源节点、转发节点和目标节点的角色会随着编队结构的改变分别赋予新拓扑结构中B车、D车和C车的头车、中间车和尾车。广播报文中则封装有应用层所提供的相关信息，比如上述源节点、转发节点和目标节点的车辆信息。
具体实现过程中，步骤S20“基于拓扑结构确定车辆节点在多跳广播时的角色”可以采用如下步骤：
确定车队在多跳广播时的报文跳跃次数；获取车队的报文方向，并基于报文方向和报文跳跃次数确定拓扑结构中不同车辆节点的角色。
本发明实施例中，车辆的应用层能够智能确定其在多跳广播时的角色，由于报文的转发会在一定程度上增加部分时延，报文转发的次数越多、时延就会越大，因此对于有时延要求的车队来说，可以设置报文跳跃次数，即报文被转发的次数，进一步结合报文方向(即报文被转发的方向，比如从头车到尾车，再比如从尾车到头车)来确定拓扑结构中各车辆节点的角色。
一般来说，广播报文是从车队的一端到另一端，以头车到尾车为例，其将作为头车的车辆节点作为源节点、作为尾车的车辆节点作为目标节点，而在确定转发节点时，可以基于报文跳跃次数确定头车与尾车间选择转发节点的节点间隔，从而按照此节点间隔依次确定转发节点。
当然，在广播报文经过多个转发节点时，还可以获取车队最高可接受的报文时延，即车队允许的最大报文时延，以该最大报文时延来计算报文跳跃次数。具体的，可以获取车队中广播报文被转发一次的单位时延，将最大报文时延与该单位时延的比值作为报文跳跃次数。而车辆的应用层在提供广播报文封装的相关信息时，还可以将该最大报文时延包含在其中。
S30，获取广播报文，并基于车辆节点的角色对广播报文进行处理，以实现广播报文由源节点被转发至目标节点。
参见图4所示的协议栈示意图。本发明实施例在车辆节点的协议栈中增加广播报文的管理层(THB Mgt.Layer)，其紧邻V2X网络层协议栈(Network Stack)，负责处理广播报文(THB Info)。
在确定车辆节点角色后，广播报文在拓扑结构中跳跃时，由源节点广播发出、经由转发节点转发，最终跳跃到目标节点。参见图5所示的场景示意图。源节点(1Source)的应用层提供封装所需的信息，即车辆类型信息，进一步发出广播报文，经第一次跳跃到转发节点(3Forwarder)，转发节点(3Forwarder)转发广播报文，经第二次跳跃到目标节点(5Destination)
当然，转发节点为多个时，可以进一步分为一级转发节点、二级转发节点等等。
以一级转发节点和二级转发节点为例，源节点作为一级转发节点的上级节点、一级转发节点作为二级转发节点的上级节点，二级转发节点作为目标节点的上级节点。源节点在将广播报文发出后，其负责将源节点发出的广播报文转发给二级节点，而二级节点则将一级节点所转发的广播报文转发给目标节点。
基于多跳通信的原理，对于一级转发节点来说，其只能转发源节点发出的广播报文。同样，二级转发节点也只能转发一级节点所转发的广播报文，即便其接收到源节点发出的广播报文，其也不能转发，只能丢弃。同样，目标节点只能接收二级转发接收所转发的广播报文，即便其接收到源节点发出的广播报文或者一级转发节点所转发的广播报文，其也不能发给本车的上层应用，只能丢弃。
由此，对于车辆节点来说，其角色确定后，其工作内容就已经固定，其作为源节点时，响应用户操作将通信内容封装至广播报文中，将广播报文发出；其作为转发节点时，接收广播报文，并通过解析广播报文识别封装在其中的信息，可以根据广播报文中封装的信息确定其上级节点、以及发出/转发该广播报文的实际车辆节点，如果该实际车辆节点并非其上级节点，则丢弃该广播报文，反之，如果该实际车辆节点为其上级节点，则转发该广播报文；
同样，其作为目标节点时，接收广播报文，并通过解析广播报文识别封装在其中的信息，可以根据广播报文中封装的信息确定其上级节点、以及发出/转发该广播报文的实际车辆节点，如果该实际车辆节点并非其上级节点，则丢弃该广播报文，反之，如果该实际车辆节点为其上级节点，则将广播报文发给本车的上层应用。
本发明实施例提供的车队多跳通信方法，能够根据车队的拓扑结构，为车辆节点确定其在多跳广播时的角色，从而使得车辆节点按照其角色对广播报文进行处理，以此实现广播报文由源节点到目标节点的转发。基于本发明能够提高车队中车辆间通信的稳定性，从而解决车队长度过长导致的尾车与头车通信不稳定的问题，有效提高车队的通信质量。
基于上述实施例提供的车队多跳通信方法，本发明实施例则对应提供执行上述车队多跳通信方法的装置，该装置的结构示意图如图6所示，包括：
拓扑获取模块10，用于获取车队的拓扑结构，拓扑结构用于指示车队中不同车辆节点间的位置关系；
角色确定模块20，用于基于拓扑结构确定车辆节点在多跳广播时的角色；
报文处理模块30，用于获取广播报文，并基于车辆节点的角色对广播报文进行处理，以实现广播报文由源节点被转发至目标节点。
可选的，拓扑获取模块10，具体用于：
监测编队指令，编队指令能够指示拓扑结构由第一状态切换为第二状态；如果监测到编队指令，则更新拓扑结构。
可选的，角色确定模块20，具体用于：
确定车队在多跳广播时的报文跳跃次数；获取车队的报文方向，并基于报文方向和报文跳跃次数确定拓扑结构中不同车辆节点的角色。
可选的，用于确定车队在多跳广播时的报文跳跃次数的角色确定模块20，具体用于：
获取车队允许的最大报文时延；根据最大报文时延计算报文跳跃次数。
可选的，车辆节点的角色为源节点、目标节点和转发节点中的一个；
报文处理模块30，具体用于：
如果车辆节点为源节点，则将广播报文发出；如果车辆节点为目标节点，则解析广播报文，并基于解析结果将广播报文丢弃或发给车辆节点的上层应用；如果车辆节点为转发节点，则解析广播报文，并基于解析结果将广播报文丢弃或转发。
本发明实施例提供的车队多跳通信装置，能够根据车队的拓扑结构，为车辆节点确定其在多跳广播时的角色，从而使得车辆节点按照其角色对广播报文进行处理，以此实现广播报文由源节点到目标节点的转发。基于本发明能够提高车队中车辆间通信的稳定性，从而解决车队长度过长导致的尾车与头车通信不稳定的问题，有效提高车队的通信质量。
基于上述实施例提供的车队多跳通信方法，本发明实施例还提供一种可读存储介质，可读存储介质上存储程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现如上述实施例的车队多跳通信方法的步骤。
基于上述实施例提供的车队多跳通信方法，本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器，存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现如上述实施例的车队多跳通信方法的步骤。
以上对本发明所提供的一种车队多跳通信方法、装置、存储介质及电子设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种车队多跳通信方法，其特征在于，所述方法应用于车队中的车辆节点，所述方法包括：
获取车队的拓扑结构，所述拓扑结构用于指示所述车队中不同车辆节点间的位置关系；
基于所述拓扑结构确定所述车辆节点在多跳广播时的角色；
获取广播报文，并基于所述车辆节点的角色对所述广播报文进行处理，以实现所述广播报文由源节点被转发至目标节点；
所述基于所述拓扑结构确定所述车辆节点在多跳广播时的角色，包括：
确定所述车队在多跳广播时的报文跳跃次数；
获取所述车队的报文方向，并基于所述报文方向和所述报文跳跃次数确定所述拓扑结构中不同车辆节点的角色；
其中，所述拓扑结构中未被分配角色的所述车辆节点不参与多跳广播。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取车队的拓扑结构，包括：
监测编队指令，所述编队指令能够指示所述拓扑结构由第一状态切换为第二状态；
如果监测到所述编队指令，则更新所述拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述车队在多跳广播时的报文跳跃次数，包括：
获取所述车队允许的最大报文时延；
根据所述最大报文时延计算报文跳跃次数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆节点的角色为源节点、目标节点和转发节点中的一个；
所述基于所述车辆节点的角色对所述广播报文进行处理，包括：
如果所述车辆节点为所述源节点，则将所述广播报文发出；
如果所述车辆节点为所述目标节点，则解析所述广播报文，并基于解析结果将所述广播报文丢弃或发给所述车辆节点的上层应用；
如果所述车辆节点为所述转发节点，则解析所述广播报文，并基于解析结果将所述广播报文丢弃或转发。
5.一种车队多跳通信装置，其特征在于，所述装置包括：
拓扑获取模块，用于获取车队的拓扑结构，所述拓扑结构用于指示所述车队中不同车辆节点间的位置关系；
角色确定模块，用于基于所述拓扑结构确定所述车辆节点在多跳广播时的角色；
报文处理模块，用于获取广播报文，并基于所述车辆节点的角色对所述广播报文进行处理，以实现所述广播报文由源节点被转发至目标节点；
所述角色确定模块，具体用于：
确定所述车队在多跳广播时的报文跳跃次数；获取所述车队的报文方向，并基于所述报文方向和所述报文跳跃次数确定所述拓扑结构中不同车辆节点的角色；其中，所述拓扑结构中未被分配角色的所述车辆节点不参与多跳广播。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述车辆节点的角色为源节点、目标节点和转发节点中的一个；
所述报文处理模块，具体用于：
如果所述车辆节点为所述源节点，则将所述广播报文发出；如果所述车辆节点为所述目标节点，则解析所述广播报文，并基于解析结果将所述广播报文丢弃或发给所述车辆节点的上层应用；如果所述车辆节点为所述转发节点，则解析所述广播报文，并基于解析结果将所述广播报文丢弃或转发。
7.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或所述指令被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的车队多跳通信方法的步骤。
8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器，存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或所述指令被所述处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的车队多跳通信方法的步骤。
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