CN115087018A - 一种远程驾驶无线网络实时通信检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程驾驶无线网络实时通信检测系统及方法，该方法包括：用户远程唤醒车辆，并请求启动远程驾驶车辆；车辆启动网络通信质量检测；实时记录一段时间内信号的通信延迟，得到时间段内信号的最大传输时间，若最大传输时间小于或等于远程驾驶功能要求的最低通信延迟时间，则表示当前通信质量满足远程驾驶功能要求；用户启动远程驾驶车辆，车辆在行驶过程中周期性地进行网络通信质量检测，直到完成行驶任务。本发明解决了车辆远程驾驶模式下由于网络波动或者中断不满足功能需求，从而造成车辆周围交通行驶环境数据、远程驾驶车辆行驶状态数据无法上传或者远程驾驶台架控制信号传输延迟、丢失，进而影响远程驾驶行驶任务的安全性的问题。

Description

一种远程驾驶无线网络实时通信检测系统及方法

技术领域

本发明涉及智能驾驶技术领域，尤其涉及一种远程驾驶无线网络实时通信检测系统及方法。

背景技术

远程控制技术是当今国内外研究的重要前沿课题。2015年1月，福特公司利用当时现有的设备和标准4G-LTE技术对数千英里外的汽车进行了遥控驾驶的测试。2019年11月，5G远程驾驶亮相进博会，根据5G远程驾驶现场的演示视频来看,用户在展厅内操控方向盘,即可远程驾驶在室外的汽车进行行驶转弯等一系列动作。

无线网络实时监测系统的概念提出已久,但是目前应用不是十分广泛，有部分省市开始推广应用。爱立信、大唐移动等移动设备提供商提供该系统服务，但因其价格昂贵而不能实现终端的大量部署以获取海量测试数据。车辆与控制室间的信息联系以及稳定回传是远程驾驶技术研究的关键问题。如何保持车辆与网络不间断连接以及车辆终端实时视频传输是研究远程驾驶技术的重点。端到端时延这一指标尤为重要。不管是车与车(V2V)之间进行通信，或者是车与基站进行通信，都需要严格控制端到端时延的大小，从而保证汽车的安全行驶。

现有技术中存在以下缺陷：

1、现有技术方案中虽然给出了5G网络的远程驾驶系统，但无线网络质量会受到周围环境的影响，系统没有给出网络检测的方法，会出现网络中断或波动造成通信受阻，进而影响车辆行驶安全；由于5G网络并不会覆盖全部道路，降低了远程驾驶功能的实用价值。

2、现有技术方案中虽然给出了网络检测方法，但是缺少详细的网络筛选计算过程以及最优网络的筛选方法；也缺少在出现网络通信质量问题时，如何解除车辆行驶风险的方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种远程驾驶无线网络实时通信检测系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种远程驾驶无线网络实时通信检测系统，该系统包括：

感知传感器，用于获取车辆行驶环境信息；

域控制器，用于根据获取的车辆行驶环境信息控制车辆自动驾驶；并进行网络通信质量检测，实时记录一段时间内信号的通信延迟，得到时间段内信号的最大传输时间，若最大传输时间小于或等于远程驾驶功能要求的最低通信延迟时间，则表示当前通信质量满足远程驾驶功能要求；

移动控制端，用于远程驾驶车辆。

进一步地，本发明的感知传感器包括：激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达和车载摄像机。

进一步地，本发明的该系统还包括：

执行器，用于控制车辆底盘使车辆稳定行驶；

车载网联终端，用于发送本车行驶状态信息，接收V2X信息转发给域控制器，转发调度云平台下发的控制信息；

调度云平台，用于接收远程车辆反馈的车辆行驶环境信息和行驶状态信息，并发送远程驾驶控制信息。

本发明提供一种远程驾驶无线网络实时通信检测方法，该方法包括以下步骤：

用户远程唤醒车辆，并请求启动远程驾驶车辆；

车辆启动网络通信质量检测；

实时记录一段时间内信号的通信延迟，得到时间段内信号的最大传输时间，若最大传输时间小于或等于远程驾驶功能要求的最低通信延迟时间，则表示当前通信质量满足远程驾驶功能要求；

用户启动远程驾驶车辆，车辆在行驶过程中周期性地进行网络通信质量检测，直到完成行驶任务。

进一步地，本发明的该方法中远程唤醒车辆的方法还包括：采集车辆周围的视频数据并上传，用户根据车辆周围的视频数据观察车辆周围交通环境。

进一步地，本发明的该方法中上传车辆周围视频数据的方法还包括：根据车辆周围的视频数据获取车辆周围交通环境信息，对视频数据进行拼接和压缩，并将视频数据与上行状态数据同时上传，同时上传时进行帧同步。

进一步地，本发明的该方法中记录的通信延迟为：

当信号的数据包没有发生重传时，端到端的延迟为最小值DELAY_min1：

DELAY_min1＝T_PD+T_FA+T_TP+T_RPD+T_EC+T_ET

当信号的数据包发生n次传输差错时，端到端的传输延迟为DELAY_n：

DELAY_n＝T_PD+T_FA+T_TP+T_RPD+T_EC+T_ET+n*TR_Pd

其中，用户设备处理时延为T_PD；同时上传视频数据与上行状态数据时进行帧同步的帧同步时间为T_FA；信号数据包传输时间间隔为T_TP；基站接收到数据进行相应的传输处理，基站处理时间为T_RPD；基站到分组核心网的传输时间为T_EC；分组核心网的处理时间为T_ET；用户设备收到重传命令处理时间T_RPd。

进一步地，本发明的该方法中判断当前通信质量满足远程驾驶功能要求的方法还包括：

筛选出时间段内信息的最低通信延迟时间τ_E2Emin和最大通信延迟时间τ_E2Emax，设远程驾驶功能要求的最低通信延迟时间为τ_value；

若τ_E2Emin≥τ_value，则说明当前通信质量不满足远程驾驶功能要求，不允许启动远程驾驶功能；

通信延迟时间τ_value与系统设计的远程驾驶行驶速度和要求的制动距离有关，根据以下公式进行求解：

式中，τ₁表示代表驾驶员反映时间，τ′₂表示τ2'消除制动间隙时间，τ″₂表示制动器开始起作用到稳定时间，u₀表示远程驾驶行驶速度，a_bamx表示车辆允许的最大制动加速度，S表示系统设定的制动距离；求解该式得到通信延迟时间τ_value；

若τ_E2Emin≤τ_value≤τ_E2Emax，则筛选出通信延迟时间超过τ_value的次数占比，并根据计算出信号的重传次数n，根据设定的条件，判断当前通信质量是否满足远程驾驶功能要求；

若τ_E2Emax≤τ_value，则说明当前通信质量满足远程驾驶功能要求，允许启动远程驾驶功能。

进一步地，本发明的该方法中周期性地进行网络通信质量检测的方法包括：

若在远程驾驶过程中出现网络通信质量不满足远程驾驶功能要求时，则退出远程驾驶功能，转化为自动驾驶模式，控制车辆靠边停车。

进一步地，本发明的该方法中还包括向用户显示车辆状态的方法：

若当前通信质量不满足远程驾驶功能要求，通过用户界面显示，显示方式包括：红灯亮绿灯不亮；

若当前通信质量满足远程驾驶功能要求，通过用户界面显示，显示方式包括：绿灯亮红灯不亮。

本发明产生的有益效果是：本发明的远程驾驶无线网络实时通信检测系统及方法，解决了车辆远程驾驶模式下由于网络波动或者中断不满足功能需求，从而造成车辆周围交通行驶环境数据、远程驾驶车辆行驶状态数据无法上传或者远程驾驶台架控制信号传输延迟、丢失，进而影响远程驾驶行驶任务的安全性的问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的系统架构图；

图2是本发明实施例的远车驾驶无线网络通信质量检测流程图；

图3是本发明实施例的远程移动端操控界面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例中以下专有名词缩写的释义为：

端到端时延的定义是：数据包从离开源节点的应用层时算起，一直到抵达并被目的节点的应用层成功接收总共经历的时间长度。并且根据业务模型的不同，端到端时延还可分为单程时延和回程时延，其中回程时延还需加上发射端正确接收到应答数据包所需要的时延。

端到端时延τ_E2E是从离开源节点t_a时算起，到目的结点的应用层成功接收时t_b的时间跨度，如式(1)所示：

τ_E2E＝t_b-t_a (1)

UE，User Equipment，表示用户设备；

eNB，表示演进型的基站；

EPC，表示演进的分组核心网；

NACK，Negative Acknowledgment，表示否认回答。

实施例一：

如图1所示，本发明实施例的远程驾驶无线网络实时通信检测系统，该系统包括：各类感知传感器、域控制器、车载网联终端、网关、调度云平台和移动控制端；其中：

感知传感器，用于获取车辆行驶环境信息；包括：激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达和车载摄像机。

域控制器，用于根据获取的车辆行驶环境信息控制车辆自动驾驶；并进行网络通信质量检测，实时记录一段时间内信号的通信延迟，得到时间段内信号的最大传输时间，若最大传输时间小于或等于远程驾驶功能要求的最低通信延迟时间，则表示当前通信质量满足远程驾驶功能要求；

执行器，用于控制车辆底盘使车辆稳定行驶；

车载网联终端，用于发送本车行驶状态信息，接收V2X信息转发给域控制器，转发调度云平台下发的控制信息；

调度云平台，用于接收远程车辆反馈的车辆行驶环境信息和行驶状态信息，并发送远程驾驶控制信息。

移动控制端，用于远程驾驶车辆。

实施例二：

如图2所示，本发明实施例的远程驾驶无线网络实时通信检测方法，该方法包括以下步骤：

用户远程唤醒车辆，并请求启动远程驾驶车辆；

车辆启动网络通信质量检测；

实时记录一段时间内信号的通信延迟，得到时间段内信号的最大传输时间，若最大传输时间小于或等于远程驾驶功能要求的最低通信延迟时间，则表示当前通信质量满足远程驾驶功能要求；

用户启动远程驾驶车辆，车辆在行驶过程中周期性地进行网络通信质量检测，直到完成行驶任务。

在一种可选的实施方式中，远程唤醒车辆的方法还包括：采集车辆周围的视频数据并上传，用户根据车辆周围的视频数据观察车辆周围交通环境。根据车辆周围的视频数据获取车辆周围交通环境信息，对视频数据进行拼接和压缩，并将视频数据与上行状态数据同时上传，同时上传时进行帧同步。

在一种可选的实施方式中，判断当前通信质量满足远程驾驶功能要求的方法还包括：

筛选出时间段内信息的最低通信延迟时间τ_E2Emin和最大通信延迟时间τ_E2Emax，设远程驾驶功能要求的最低通信延迟时间为τ_value；

若τ_E2Emin≥τ_value，则说明当前通信质量不满足远程驾驶功能要求，不允许启动远程驾驶功能；

若τ_E2Emin≤τ_value≤τ_E2Emax，则筛选出通信延迟时间超过τ_value的次数占比，并根据计算出信号的重传次数n，根据设定的条件，判断当前通信质量是否满足远程驾驶功能要求；

若τ_E2Emax≤τ_value，则说明当前通信质量满足远程驾驶功能要求，允许启动远程驾驶功能。

在一种可选的实施方式中，周期性地进行网络通信质量检测的方法包括：

若在远程驾驶过程中出现网络通信质量不满足远程驾驶功能要求时，则退出远程驾驶功能，转化为自动驾驶模式，控制车辆靠边停车。

实施例三：

1、第一阶段：

用户根据自身需求启动车辆智能远程驾驶模式，用户通过移动控制端远程启动车辆，首先车载网联终端上传车载摄像机采集到的视频数据，然后用户根据观看的车辆周围交通环境进行车辆远程控制驾驶，为确保车辆远程驾驶安全，系统首先要进行网络质量检测，确保网络延迟满足远程驾驶的需求。

从上行链路看，指的是用户设备UE→eNB→网络传输(光缆线路)→EPC的单向时延。用户面时延主要分为发送过程中UE的处理时延、帧同步时延、数据包传输时间间隔以及接收过程中eNB的处理时延。另外，在UE把数据包发送至eNB的过程中，如果遇到网络环境较差或其他意外情况，接收端将无法解码数据包，此时基站会要求UE重新发送一次数据包，即向UE发送否认回答NACK，这也会产生一定的时延。当UE收到NACK指令后，经过UE的处理后，会再次发送数据包。

2、第二阶段：

根据第一阶段的分析，用户首先对车辆进行远程唤醒，车辆在一个远程驾驶周期中只进行一次且不会影响到远程驾驶行驶安全，可以忽略不计，远程驾驶车辆被唤醒之后，需要上传车载摄像机采集到的车辆周围环境信息，由于车载摄像机采集到的视频数据比较大，上行带宽无法满足，因此需要进行视频拼接和压缩，计UE处理时延T_PD，由于车辆的视频数据和行状态数据需要同时上传，因此需要进行帧同步时间，计为帧同步时间T_FA,由于数据周期性发送，数据包传输时间间隔为T_TP,基站接收到数据需要进行相应的传输处理，eNB处理时间为T_RPD,基站到EPC的传输时间计为T_EC,EPC的处理时间为T_ET，eNB发送的NACK反馈时间为T_FB,UE最小调度时间为T_SD,UE收到重传命令处理时间T_RPd。

当数据包没有发生重传时，即数据包第一次传输就成功被接收端所接收时，端到端时延取得最小值。此时，端到端的最小值DELAY_min1为：

DELAY_min1＝T_PD+T_FA+T_TP+T_RPD+T_EC+T_ET (2)

当数据包发生一次传输发生差错时，端到端的传输延迟为DELAY₁：

DELAY₁＝T_PD+T_FA+T_TP+T_RPD+T_EC+T_ET+T_RPd (3)

当数据包发生n次传输发生差错时，端到端的传输延迟为DELAY_n：

DELAY_n＝T_PD+T_FA+T_TP+T_RPD+T_EC+T_ET+n*T_RPd (4)

3、第三阶段：

系统实时记录并统计一段时间内车载网联终端都用户移动端的时间延迟，筛选出记录统计时间段内的信息的最低传输时间τ_E2Emin和最大传输时间τ_E2Emax，假设远程驾驶功能要求的最低通信延迟时间为τ_value。

若τ_E2Emin≥τ_value，则说明当前通信质量不满足远程驾驶功能需求，不允许启动远程驾驶功能，并通过远程移动端界面显示给用户，红灯亮绿灯不亮；

在一种可选的实施方式中，通信延迟τ_value与系统设计的远程驾驶行驶速度和要求的制动距离有关，根据以下公式进行求解：

式中，τ₁＝0.8s，τ′₂＝0.15s，τ″₂＝0.3s，u₀远程驾驶行驶速度，a_bamx＝3m/s²；

若τ_E2Emin≤τ_value≤τ_E2Emax，则筛选出时间延迟超过τ_value的次数占比，并可以根据第二阶段方法计算出某些信号的重传次数n，根据系统提前设定的条件判断此时红灯亮还是绿灯亮。

若τ_E2Emax≤τ_value，则说明当前通信质量满足远程驾驶功能需求，允许启动远程驾驶功能，并通过远程移动端界面显示给用户，绿灯亮红灯不亮。远程移动端界面如图3所示。

4、第四阶段：

系统判定当前通信质量满足远程驾驶功能需求，用户启动远程驾驶功能并远程控制车辆完成本次行驶任务，车辆在行驶过程中周期性地进行网络通信质量的检测，若在远程驾驶过程中出现网络通信质量不满足远程驾驶功能时，则系统提醒用户退出远程驾驶功能然后转化为自动驾驶模式进行靠边停车。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种远程驾驶无线网络实时通信检测系统，其特征在于，该系统包括：

感知传感器，用于获取车辆行驶环境信息；

域控制器，用于根据获取的车辆行驶环境信息控制车辆自动驾驶；并进行网络通信质量检测，实时记录一段时间内信号的通信延迟，得到时间段内信号的最大传输时间，若最大传输时间小于或等于远程驾驶功能要求的最低通信延迟时间，则表示当前通信质量满足远程驾驶功能要求；

移动控制端，用于远程驾驶车辆。

2.根据权利要求1所述的远程驾驶无线网络实时通信检测系统，其特征在于，感知传感器包括：激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达和车载摄像机。

3.根据权利要求1所述的远程驾驶无线网络实时通信检测系统，其特征在于，该系统还包括：

执行器，用于控制车辆底盘使车辆稳定行驶；

车载网联终端，用于发送本车行驶状态信息，接收V2X信息转发给域控制器，转发调度云平台下发的控制信息；

调度云平台，用于接收远程车辆反馈的车辆行驶环境信息和行驶状态信息，并发送远程驾驶控制信息。

4.一种远程驾驶无线网络实时通信检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

用户远程唤醒车辆，并请求启动远程驾驶车辆；

车辆启动网络通信质量检测；

实时记录一段时间内信号的通信延迟，得到时间段内信号的最大传输时间，若最大传输时间小于或等于远程驾驶功能要求的最低通信延迟时间，则表示当前通信质量满足远程驾驶功能要求；

用户启动远程驾驶车辆，车辆在行驶过程中周期性地进行网络通信质量检测，直到完成行驶任务。

5.根据权利要求4所述的远程驾驶无线网络实时通信检测方法，其特征在于，该方法中远程唤醒车辆的方法还包括：采集车辆周围的视频数据并上传，用户根据车辆周围的视频数据观察车辆周围交通环境。

6.根据权利要求5所述的远程驾驶无线网络实时通信检测方法，其特征在于，该方法中上传车辆周围视频数据的方法还包括：根据车辆周围的视频数据获取车辆周围交通环境信息，对视频数据进行拼接和压缩，并将视频数据与上行状态数据同时上传，同时上传时进行帧同步。

7.根据权利要求4所述的远程驾驶无线网络实时通信检测方法，其特征在于，该方法中记录的通信延迟为：

当信号的数据包没有发生重传时，端到端的延迟为最小值DELAY_min1：

DELaY_min1＝T_PD+T_FA+T_TP+T_RPD+T_EC+T_ET

当信号的数据包发生n次传输差错时，端到端的传输延迟为DELAY_n：

DELAY_n＝T_PD+T_FA+T_TP+T_RPD+T_EC+T_ET+n*T_RPd

其中，用户设备处理时延为T_PD；同时上传视频数据与上行状态数据时进行帧同步的帧同步时间为T_FA；信号数据包传输时间间隔为T_TP；基站接收到数据进行相应的传输处理，基站处理时间为T_RPD；基站到分组核心网的传输时间为T_EC；分组核心网的处理时间为T_ET；用户设备收到重传命令处理时间T_Rpd。

8.根据权利要求4所述的远程驾驶无线网络实时通信检测方法，其特征在于，该方法中判断当前通信质量满足远程驾驶功能要求的方法还包括：

筛选出时间段内信息的最低通信延迟时间τ_E2Emin和最大通信延迟时间τ_E2Emax，设远程驾驶功能要求的最低通信延迟时间为τ_value；

通信延迟时间τ_value与系统设计的远程驾驶行驶速度和要求的制动距离有关，根据以下公式进行求解：

式中，τ₁表示代表驾驶员反映时间，τ′₂表示τ2'消除制动间隙时间，τ″₂表示制动器开始起作用到稳定时间，u₀表示远程驾驶行驶速度，a_bamx表示车辆允许的最大制动加速度，S表示系统设定的制动距离；求解该式得到通信延迟时间τ_value；

若τ_E2Emin≥τ_value，则说明当前通信质量不满足远程驾驶功能要求，不允许启动远程驾驶功能；

若τ_E2Emin≤τ_value≤τ_E2Emax，则筛选出通信延迟时间超过τ_value的次数占比，并根据计算出信号的重传次数n，根据设定的条件，判断当前通信质量是否满足远程驾驶功能要求；

若τ_E2Emax≤τ_value，则说明当前通信质量满足远程驾驶功能要求，允许启动远程驾驶功能。

9.根据权利要求8所述的远程驾驶无线网络实时通信检测方法，其特征在于，该方法中周期性地进行网络通信质量检测的方法包括：

若在远程驾驶过程中出现网络通信质量不满足远程驾驶功能要求时，则退出远程驾驶功能，转化为自动驾驶模式，控制车辆靠边停车。

10.根据权利要求8所述的远程驾驶无线网络实时通信检测方法，其特征在于，该方法中还包括向用户显示车辆状态的方法：

若当前通信质量不满足远程驾驶功能要求，通过用户界面显示，显示方式包括：红灯亮绿灯不亮；

若当前通信质量满足远程驾驶功能要求，通过用户界面显示，显示方式包括：绿灯亮红灯不亮。

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