CN114363841B - 一种车路系统混合通信系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车路协同混合模式通信系统及方法，系统包括应用数据处理模块，接收来自车端和/或路端的业务场景数据，校验后生成业务消息帧，或生成业务场景数据分发至车端和/或路端的应用处理程序；协议栈数据封装模块，解析消息帧后生成消息集，对消息集进行二进制编码得到二进制数据流，或将解码后的二进制数据流根据业务场景类型重构为消息帧；数据传输模块，对二进制数据流按照业务场景对应的传输协议进行编码，或校验二进制数据流的传输协议，根据传输协议进行解码；设备抽象模块，发送数据包至不同设备端或从不同设备接收数据包。本发明实现跨通信终端、跨通信制式、跨业务类型、跨系统平台的通信，融合了对系统的运行监测管理，提供了更加高效、稳定的通信。

Description

一种车路系统混合通信系统及方法
技术领域
本发明属于智能驾驶通信领域，具体涉及一种车路协同混合通信系统及方法。
背景技术
智能交通运输系统(ITS，Intelligent Traffic System)是目前世界交通运输领域的前沿领域，已成为世界各国极力投注资源推动的重点之一，被认为是提高道路交通的可靠性、安全性和减少环境污染的有效手段之一。车路协同是未来ITS的核心，车路协同系统是基于先进的传感和无线通信等技术的，能够实现车与车、车与路间动态实时信息交互，完成全时空动态交通信息采集和融合，从而保障在复杂交通环境下车辆行驶安全、实现道路交通主动控制、提高路网运行效率的新一代智能交通系统。
在现有的标准化通信协议栈中，不同业务产生的数据差异极大，如感知共享业务产生的数据内容包括但不限于：目标的类型、位置、姿态、速度、加速度、航向角、历史轨迹、预测轨迹等，而自主泊车业务产生的数据内容包括但不限于：驾驶行为建议、道路、路径引导、引导速度、引导位置等，因此有必要实现对数据的统一处理，以确保在车路协同系统中不同业务场景下都可以使用本通信系统进行数据传输。且车路协同系统在不同业务场景下对数据的服务质量与传输时延要求不同，如高精度地图版本对齐及动态更新业务，需要保证数据准确性，而对传输时延没有明确的要求；感知共享业务则要求传输时延在100ms以内，且车端需要在路端一定范围内(如300米)。在不同的业务场景下，会通过不同的通信设备传输数据，因此本文提出一种车路协同混合模式通信系统的设计，支持多种车路协同业务场景的处理，也支持使用不同通信设备进行传输数据。专利CN105976609A中提供了一种车辆数据处理系统及方法，以解决现有技术中行驶车辆无法及时获取前方路况的问题，该系统描述的车辆可以通过获取前车的感知信息，并转换为车辆自身可使用的感知信息，并作出相应的决策规划，但该系统的应用场景较为单一，并且只支持通过V2X(vehicle toeverything)通信模块传输消息。专利CN 112333662 A中提出了一种V2X通信系统及通信方法，该系统通过中间件将不同V2X场景下的消息转换为对应标准指定的消息集，并基于通信模块的传输层协议进行传输，该系统中依赖实现的中间件完成对不同业务场景的消息转换，但无法解决不同通信设备间差异的问题，且没有对应的监测模块，无法保证系统的稳定运行。
鉴于此，目前亟待提出一种车路协同混合通信系统及方法。
发明内容
为此，本发明提出一种车路协同混合通信系统及方法，实现跨通信终端、跨通信制式、跨业务类型、跨系统平台的通信，融合了对系统的运行监测管理，提供了更加高效、稳定的通信。
本发明的车路协同混合通信方法，用于发送时，包括如下步骤：
用于发送时，包括如下步骤：
接收来自车端和/或路端的业务数据，根据业务数据的业务场景类型校验后生成消息帧；所述消息帧包括消息体和消息体标识，所述消息体记录业务数据信息，所述消息体标识记录消息体类型；
解析所述消息帧后封装为V2X协议栈消息集或自定义消息集，校验后编码生成二进制数据流；
将二进制数据流根据业务数据的业务场景类型所对应的传输协议进行编码；
根据设备端的类型执行写操作，然后将编码后的二进制数据流生成相应设备类型的数据包，分发至设备端；
用于接收时，包括如下步骤：
执行对不同设备的读操作，接收来自设备端的数据包，解析为二进制数据流；
校验二进制数据流的传输协议，根据传输协议进行解码为消息集；
将解码后的消息集根据业务场景类型重构为消息帧；
解析所述消息帧，从所述消息帧中提取消息体并根据消息体标识生成业务数据，然后根据业务场景类型分发至车端和/或路端的业务处理程序。
优选地，用于接收时：
对所述二进制数据流按照业务场景对应的传输协议进行编码前，还包括，对所述二进制数据流进行加密和/或压缩。
进一步优选地，用于发送时：
根据传输协议进行解码后，还包括；
检查所述二进制数据流是否进行加密或压缩；
若进行加密，执行解密；
若进行压缩，执行解压缩。
进一步优选地，还包括，
异常消息监测，监测方法中各步骤中的异常情况；
当发生异常情况时分析异常消息类型后记录至车端或路端后上传至云端，然后进行异常提醒；
所述异常消息类型包括消息校验失败、消息解析失败、消息分发异常、消息编码、设备端异常等。
本发明还提供一种车路协同混合通信系统，包括:
应用数据处理模块，接收来自车端和/或路端的业务场景数据，校验后生成消息帧，或
生成业务场景数据分发至车端和/或路端的业务处理程序；
协议栈数据封装模块，解析所述消息帧后生成消息集，对所述消息集进行二进制编码得到二进制数据流，或
将二进制数据流解码后的消息集根据业务场景类型重构为消息帧；
数据传输模块，对所述二进制数据流按照业务场景对应的传输协议进行编码，或
校验二进制数据流的传输协议，根据传输协议进行解码；
设备抽象模块，实现对不同设备的读写功能，将不同的二进制流数据组装成数据包，将数据写入不同的设备，通过设备发送出去，或，
当设备接收到数据后，从设备读取相应的数据包，然后解析成二进制流数据，并递交给数据传输模块。
优选地，还包括，异常消息监测模块，监测系统中其他模块的异常情况，当发生异常情况时分析异常消息类型后记录至车端或路端后上传至云端，然后进行异常提醒。
本发明的上述技术方案，相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明提供统一的应用层数据封装，实现对差异极大的不同业务数据的统一处理。车路协同系统可以应用于多种交通场景，包括但不限于：为自动驾驶车辆提供协同式感知功能、无信号灯路口协作式通行的路权调度管理，绿波车速引导、自主泊车、交通状况识别、异常驾驶行为识别等功能，这些应用场景的消息帧数据内容差异大，而本专利采用标准化通信协议栈，通过对标准协议栈中ASN.1代码描述的消息内容进行填充，并使用UPER(非对齐压缩编码规则，Unaligned Packed Encoding Rules)编码对该消息进行编码，实现了对标准化通信协议栈的处理。
(2)本发明提供统一的设备抽象层，实现了对不同通信设备读、写数据功能，屏蔽通信设备的差异，能够支持4G/5G/V2X/WIFI/无线AP等不同的通信方式，从而实现通信系统使用不同的硬件设备传输数据的功能；
(3)本发明提供了一套完整的“跨通信终端、跨通信制式、跨业务类型、跨系统平台”的车路协同混合模式通信系统，对通信质量进行实时监测、反馈、记录等，可以广泛使用在多种车路协同业务上，如在车端实现跨车端、跨设备、跨平台的实时信息交互；在智能路端单元实现感知数据共享、自主泊车等功能；在传统红绿灯系统上可实现实时为自动驾驶车辆提供红绿灯信息。
附图说明
图1是本发明实施例提供的使用场景示意图；
图2是本发明实施例提供的系统框架示意图；
图3是本发明实施例提供的消息帧格式示意图；
图4是本发明实施例提供的应用数据处理模块发送数据工作流程图；
图5是本发明实施例提供的应用数据处理模块接收数据工作流程图；
图6是本发明实施例提供的协议栈数据封装模块发送数据工作流程图；
图7是本发明实施例提供的协议栈数据封装模块接收数据工作流程图；
图8是本发明实施例提供的数据传输模块发送数据工作流程图；
图9是本发明实施例提供的数据传输模块接收数据工作流程图；
图10是本发明实施例提供的设备抽象模块发送数据工作流程图；
图11是本发明实施例提供的设备抽象模块接收数据工作流程图；
图12是本发明实施例提供的异常监测模块工作流程图。
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。
实施例一：
本发明的车路协同混合通信方法，用于发送时，包括如下步骤：
接收来自车端和/或路端的业务数据，根据业务数据的业务场景类型校验后生成消息帧；所述消息帧包括消息体和消息体标识，所述消息体记录业务数据信息，所述消息体标识记录消息体类型；
解析所述消息帧后封装为V2X协议栈消息集或自定义消息集，校验后编码生成二进制数据流；
将二进制数据流根据业务数据的业务场景类型所对应的传输协议进行编码；
根据设备端的类型执行写操作，然后将编码后的二进制数据流生成相应设备类型的数据包，分发至设备端。
本发明的车路协同混合模式通信方法，用于接收时，包括如下步骤：
执行对不同设备的读操作，接收来自设备端的数据包，解析为二进制数据流；
校验二进制数据流的传输协议，根据传输协议进行解码为消息集；
将解码后的消息集根据业务场景类型重构为消息帧；
解析所述消息帧，从所述消息帧中提取消息体并根据消息体标识生成业务数据，然后根据业务场景类型分发至车端和/或路端的业务处理程序。
优选地，根据传输协议进行解码后，还包括；
检查所述二进制数据流是否进行加密或压缩；
若进行加密，执行解密；
若进行压缩，执行解压缩。
进一步优选地，所述消息帧包括，
消息体标识，记录硬件类型和数据类型；
消息体，记录具体的数据信息。
进一步优选地，还包括，
异常消息监测，监测方法中各步骤中的异常情况；
当发生异常情况时分析异常消息类型后记录至车端或路端后上传至云端，然后进行异常提醒；
所述异常消息类型包括消息校验失败、消息解析失败、消息分发异常、消息编码、设备端异常。
本发明还提供一种车路协同混合通信系统，包括，
应用数据处理模块，接收来自车端和/或路端的业务场景数据，校验后生成消息帧，或
生成业务场景数据分发至车端和/或路端的应用处理程序；
协议栈数据封装模块，解析所述消息帧后生成消息集，对所述消息集进行二进制编码得到二进制数据流，或
将解码后的二进制数据流根据业务场景类型重构为消息帧；
数据传输模块，对所述二进制数据流按照业务场景对应的传输协议进行编码，或
校验二进制数据流的传输协议，根据传输协议进行解码；
设备抽象模块，发送信息至设备端，或，
接收来自设备端的信息。
优选地，还包括，异常消息监测模块，监测系统中其他模块的异常情况，当发生异常情况时分析异常消息类型后记录至车端或路端后上传至云端，然后进行异常提醒。
实施例二。
本实施例根据实施例一的方法及系统提供一种应用于车端和路端的具体实施例。
本实施例的车路协同混合模式通信系统运行在路端单元、车端单元上，实现车端、路端协同工作，如图1所示。
本实施例的车路协同混合模式通信系统包括应用数据处理模块、协议栈数据封装模块，数据传输模块、设备抽象模块以及异常消息监测模块。本实施例的系统框架如图2所示。
应用数据处理模块屏蔽了不同业务数据的差异，实现了统一的处理。此模块根据不同的业务产生的应用数据，生成统一的消息帧并递交给协议栈数据封装模块处理，在消息帧内通过消息体标识描述不同的消息体，消息体具体描述不同的业务数据，消息帧布局如图3所示。
应用数据处理模块在发送数据时工作流程如下：接收不同的业务场景信息并对其进行分析，在校验业务信息后填充消息体，生成统一的消息帧，并递交给协议栈数据封装模块。应用数据处理模块起到承上启下的作用，将多种业务场景数据转换为统一的消息帧，工作流程如图4所示。
应用数据处理模块在接收数据时工作流程如下：解析来自协议栈数据封装模块的消息帧，提取并校验消息体，然后根据消息体进行分发给对应业务进行处理，工作流程如图5所示。
协议栈数据封装模块发送数据时工作流程：获取来自应用数据处理模块的消息帧，并对其进行解析，然后将消息构造成标准V2X协议栈消息集或者自定义消息集，校验后进行编码，将编码产生的二进制数据流递交给数据传输模块，工作流程如图6所示。
协议栈数据封装模块接收数据时工作流程：获取来自数据传输模块的二进制数据流并解码成消息集，在校验后构造消息帧递交给应用数据处理模块，流程图如图7所示。
数据传输模块在发送数据时工作流程：接收来自协议栈数据封装模块的二进制数据流，根据业务需求对数据进行加密、压缩处理，并使用相应传输协议进行编码，最后递交给设备抽象模块，工作流程如图8所示。
协议栈数据封装模块接收数据时工作流程：接收来自设备抽象模块的二进制数据流，并根据通信协议进行解码，判断数据是否有压缩与加密，如果有压缩，则进行解压缩，如果数据进行了加密，则进行解密，并将产生的二进制流数据递交到协议栈数据封装模块处理，工作流程如图9所示。
设备抽象模块发送数据时工作流程：获取来自数据传输模块的二进制流数据，根据使用的通信设备硬件不同，构造不同的消息帧，如以太网帧、USB数据帧、串口数据帧等，实现对不同设备的读、写操作，工作流程如图10所示。
设备抽象模块接收数据时工作流程：设备抽象模块从通信设备读取数据后将其解析为二进制数据流，并递交给数据传输模块，工作流程如图11所示。
异常监测模块的工作流程如下：异常监测模块会收集通信系统中其他模块的异常消息，并对异常消息进行分析，可能出现的异常情况包括但不限于以下内容：消息校验失败、消息解析失败、消息分发异常、硬件设备不工作、编码失败等异常情况。本模块可以在发生各种异常的时候能及时记录，并尝试处理简单的异常情况，避免传输错误的数据，异常监测模块会对异常进行报警处理，在系统内弹窗提示或将异常上报云端平台，工作流程如图12所示。
本发明提供统一的应用层数据封装，实现对差异极大的不同业务数据的统一处理。车路协同系统可以应用于多种交通场景，包括但不限于：为自动驾驶车辆提供协同式感知功能、无信号灯路口协作式通行的路权调度管理，绿波车速引导、自主泊车、交通状况识别、异常驾驶行为识别等功能，这些应用场景的消息帧数据内容差异大，而本专利采用标准化通信协议栈，通过对标准协议栈中ASN.1代码描述的消息内容进行填充，并使用UPER(非对齐压缩编码规则，Unaligned Packed Encoding Rules)编码对该消息进行编码，实现了对标准化通信协议栈的处理。
本发明提供统一的设备抽象层，实现了对不同通信设备读、写数据功能，屏蔽通信设备的差异，能够支持4G/5G/V2X/WIFI/无线AP等不同的通信方式，从而实现通信系统使用不同的硬件设备传输数据的功能；
本发明提供了一套完整的“跨通信终端、跨通信制式、跨业务类型、跨系统平台”的车路协同混合模式通信系统，对通信质量进行实时监测、反馈、记录等，可以广泛使用在多种车路协同业务上，如在车端实现跨车端、跨设备、跨平台的实时信息交互；在智能路端单元实现感知数据共享、自主泊车等功能；在传统红绿灯系统上可实现实时为自动驾驶车辆提供红绿灯信息。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种车路协同混合模式通信方法，其特征在于，
用于发送时，包括如下步骤：
接收来自车端和/或路端的业务数据，根据业务数据的业务场景类型校验后生成消息帧；所述消息帧包括消息体和消息体标识，所述消息体记录业务数据信息，所述消息体标识记录消息体类型；
解析所述消息帧后封装为V2X协议栈消息集或自定义消息集，校验后编码生成二进制数据流；
将二进制数据流根据业务数据的业务场景类型所对应的传输协议进行编码；
根据设备端的类型执行写操作，然后将编码后的二进制数据流生成相应设备类型的数据包，分发至设备端；
用于接收时，包括如下步骤：
执行对不同设备的读操作，接收来自设备端的数据包，解析为二进制数据流；
校验二进制数据流的传输协议，根据传输协议进行解码为消息集；
将解码后的消息集根据业务场景类型重构为消息帧；
解析所述消息帧，从所述消息帧中提取消息体并根据消息体标识生成业务数据，然后根据业务场景类型分发至车端和/或路端的业务处理程序。
2.根据权利要求1所述的车路协同混合模式通信方法，其特征在于，用于接收时：
对所述二进制数据流按照业务场景对应的传输协议进行编码前，还包括，对所述二进制数据流进行加密和/或压缩。
3.根据权利要求1所述的车路协同混合模式通信方法，其特征在于，用于发送时：
根据传输协议进行解码后，还包括；
检查所述二进制数据流是否进行加密或压缩；
若进行加密，执行解密；
若进行压缩，执行解压缩。
4.根据权利要求1所述的车路协同混合模式通信方法，其特征在于，还包括，
异常消息监测，监测方法中各步骤中的异常情况；
当发生异常情况时分析异常消息类型后记录至车端或路端后上传至云端，然后进行异常提醒；
所述异常消息类型包括消息校验失败、消息解析失败、消息分发异常、消息编码、设备端异常。
5.一种车路协同混合通信系统，其特征在于，用于车端和/或路端，包括：
应用数据处理模块，接收来自车端和/或路端的业务场景数据，校验后生成消息帧，或生成业务场景数据分发至车端和/或路端的业务处理程序；
协议栈数据封装模块，解析所述消息帧后生成消息集，对所述消息集进行二进制编码得到二进制数据流，或
将二进制数据流解码后的消息集根据业务场景类型重构为消息帧；
数据传输模块，对所述二进制数据流按照业务场景对应的传输协议进行编码，或
校验二进制数据流的传输协议，根据传输协议进行解码；
设备抽象模块，实现对不同设备的读写功能，将不同的二进制流数据组装成数据包，将数据写入不同的设备，通过设备发送出去，或，
当设备接收到数据后，从设备读取相应的数据包，然后解析成二进制流数据，并递交给数据传输模块。
6.根据权利要求5所述的车路协同混合通信系统，其特征在于，还包括，异常消息监测模块，监测系统中其他模块的异常情况，当发生异常情况时分析异常消息类型后记录至车端或路端后上传至云端，然后进行异常提醒。
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