CN116866991A - 一种车路协同智能驾驶的数据帧处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车路协同智能驾驶的数据帧处理系统及方法，属于数据传输技术领域。系统包括数据帧采集组件、第一处理单元和第二处理单元。数据帧采集组件采集数据帧并发送至第一处理单元。第一处理单元根据信息传输规则处理接收的数据帧。第二处理单元建立信息传输规则。本申请中，第一处理单元基于数据帧的不同优先级传输数据帧。第二处理单元能够直接地确定该蜂窝车联网的数据帧的优先级，对该蜂窝车联网的数据帧进行处理，而无需进行信息处理的判断。在此信息处理中，不但降低了第二处理单元的系统硬件资源占用率，而且还提高了数据的处理时效，提升了数据支持车联网场景的应用价值。

Description

一种车路协同智能驾驶的数据帧处理系统及方法

技术领域

本发明涉及数据传输技术领域，尤其涉及一种车路协同智能驾驶的数据帧处理系统及方法，属于ipc分类号H04W。

背景技术

车路协同自动驾驶汽车（也称智能网联汽车或智能汽车或自动驾驶汽车）是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与车（V2V）、车与路（V2I）、车与人（V2P）、车与网（V2N）、车与图（V2M）和车与云（V2C）等智能信息交互、共享，具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能，可实现“安全、高效、舒适、节能”行驶，并最终可实现替代人来操作的智能移动空间和应用终端的新一代汽车。在车路协同自动驾驶技术中，提供车与车、车与路、车与人、车与网、车与图及车与云等之间通信的就是蜂窝车联网技术。通过车侧安装车载智能终端（Onboard Unit，OBU）和路侧部署路侧智能终端（Roadside Unit，RSU），在蜂窝网车联网通信范围内，就可通过车载智能终端定时向外广播技术安全消息数据帧，同时还能够接收其他车辆车载智能终端和路侧智能终端发出诸如基础安全消息、路侧安全消息、路侧基础设施、地图、信号相位和时间、事件信息等多种交通数据信息，实现车与车、车与路、车与人、车与网、车与图及车与云等之间实施高质量通信。

在此信息传输处理过程中，蜂窝车联网处理单元将接收数量众多的蜂窝车联网数据帧，并将所有数据帧传输至上层应用负责分析和处理。大量的数据传输入上层应用中，导致上层应用对该数据的分析和处理会占用其大量的计算和存储资源，并且对事关所有交通参与者安全相关的场景也存在负面影响。

中国专利申请CN112839319A公开了一种蜂窝车联网信息处理方法、装置、系统、终端及存储介质。该专利包括通过路侧端感知和采集路面信息并发送车端。车端根据接收到的路面信息以及车端当前运动状态生成车端控制策略，从而调整车端运行状态或发送预警提示。该专利通过蜂窝车联网CV2X技术，构建车辆协同信息处理系统，实现车联网V2X，以解决现有车联网V2X信息作业流程中依赖车载终端自身感知设备，依赖移动网络所带来的问题，对智慧公路、自动驾驶、辅助驾驶等领域产生显著的能效提升。但是该专利的缺陷在于：所有的蜂窝车联网信息均由终端或计算机进行同步处理，导致该系统的硬件要求过高。对于发生的紧急情况，由于存在的计算负荷，该系统不能及时调整车辆运行状态或发送预警提示。事关所有交通参与者安全相关的场景，提高数据的处理速度以及预警或调控速度是非常重要的。该专利仅对控制策略进行统筹规划而未考虑车辆协调信息所带来的高数据量级，导致在实际蜂窝车联网中，上层应用不能实时分析和处理相关数据。尤其对于车路协同自动驾驶来说，该大数量级带来的上层应用分析和处理的延迟问题是不可忽视的。

中国专利申请CN116017354A公开了一种用于蜂窝车联网的方法及其装置。该方法包括：由处理器确定与车联网V2X服务对应的服务优先级组；以及由处理器基于所述服务优先级组，确定是否将异常资源池中的资源用于所述V2X服务。但是该专利的缺陷在于：该优先级组的建立均是由操作人员进行的定性优先级判断，通过对各服务数据的优先级的建立去实现资源的分配。但是该方式未考虑服务数据的属性，包括属性信息、接收时间以及接收频率等，导致该优先级的建立方法不存在可变性。本发明通过信息传输规则的建立，并且通过第二处理单元的自助机器学习，去确定不同类别的数据帧的接收频率，从而根据接收频率确定不同类别的蜂窝车联网数据帧的优先级。对于出现事故或灾害等而导致多个车辆发生了重大损伤的情况下，仍能实时改变信息传输规则，从而获取在当前事件下，优先权最高的数据帧。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

现有技术对于在蜂窝车联网数据帧的处理过程中，通常是在蜂窝车联网处理单元将接收到的所有蜂窝车联网数据帧均发送至上层应用之后，由上层应用对各蜂窝车联网数据帧进行处理，导致上层应用的数据分析处理出现对系统软硬件资源占用率高等问题。

针对现有技术之不足，本发明提供了一种车路协同智能驾驶的数据帧处理系统，系统至少包括数据帧采集组件、第一处理单元和第二处理单元。数据帧采集组件至少采集蜂窝车联网的数据帧并发送至第一处理单元。第一处理单元根据信息传输规则处理接收的数据帧。优选地，第二处理单元被配置为按照以下步骤建立信息传输规则：读取车联网的数据帧的属性信息，并且对数据帧进行分类，以获取数据帧的若干个类别；根据若干个类别中数据帧的接收时间，确定相应类别的数据帧的接收频率；根据接收频率确定相应类别的数据帧的优先级；将确定的优先级与属性信息关联，作为信息传输规则。本发明通过第一处理单元在各蜂窝车联网数据帧网络流程中对数据帧进行处理，并且通过信息传输规则进行优先级判断，减轻上层应用的数据处理的压力，降低资源占用率。第二处理单元依据不同类别的蜂窝车联网的数据帧的接收频率不同，通过接收频率对各蜂窝车联网的数据帧进行区分。第二处理单元通过持续接收第一处理单元发送的各蜂窝车联网的数据帧，对各蜂窝车联网的数据帧进行机器学习，确定不同类别的蜂窝车联网数据帧的接收频率，从而根据接收频率确定不同类别的蜂窝车联网数据帧的优先级。

根据一种优选的实施方式，第一处理单元根据信息传输规则处理接收的数据帧的步骤至少包括：读取接收到的数据帧中的数据帧标识；在信息传输规则中查找读取的数据帧标识对应的优先级，并且作为数据帧的优先级；根据确定的优先级，通过相应的数据传输通路发送数据帧至第二处理单元。本发明确定优先级的方法，能够使得优先级与数据帧深度关联，并且信息传输规则随若干个数据帧改变而进行优化调整，因此最终的优先级确定误差小，能够实时更新。

根据一种优选的实施方式，第一处理单元还被配置为：根据第二处理单元的信息传输规则以及接收到的数据帧的属性信息判断数据帧是否有效。本实施例通过对数据帧的有效性进行判断，从而直接丢弃无效的数据帧，以提升数据帧的处理速率。

根据一种优选的实施方式，第二处理单元还被配置为：将接收到的数据帧进行分析以获取车辆的行驶状态；在检测车辆的行驶状态或所采集的数据帧出现异常的情况下，基于异常情况的发生改变信息传输规则中对若干个类别数据帧的优先级的授予。本发明的第二处理单元通过对数据帧的实时分析，在发生意外事故或灾害的情况下，能够针对信息传输规则进行优先级的授予，并且下放至第一处理单元和数据帧采集组件，从而快速处理突发事故。

根据一种优选的实施方式，系统还包括边缘服务器，在第二处理单元基于更改后的信息传输规则获取若干个数据帧的情况下，第二处理单元还基于数据帧的处理时延进行数据帧的卸载判决以及卸载调度。优选地，第二处理单元基于确定的卸载判决以及卸载调度更新信息传输规则，以将卸载的若干个数据帧传输至边缘服务器。本发明通过对数据帧进行的卸载判决以及卸载调度，提高了第二处理单元以及边缘服务器的计算资源利用率，保障在突发事故发生时，对数据的实时高效处理，并且通过蜂窝车联网有效防止了相关事故的关联发生。

根据一种优选的实施方式，第二处理单元还被配置为：基于数据帧的卸载调度进行若干个类别的数据帧的再调度。优选地，第二处理单元基于异常的数据帧的属性信息将若干个待处理的数据帧进行分类。第二处理单元获取异常的数据帧在虚拟机上处理的所需时间，并且第二处理单元基于优先级、数据量以及传输速率进行异常的数据帧处理的价值判断。第二处理单元遍历若干个异常的数据帧以将满足边缘服务器处理需求的异常的数据帧卸载调度入边缘服务器。本发明通过信息传输规则的预先制订、更改以及后续更新，满足了车联网场景下的各种突发事故的数据处理需求，解决了高数量级数据帧不能低时延处理的问题，使得第二处理单元以及边缘服务器的资源得到最大化利用。

本发明还涉及一种车路协同智能驾驶的数据帧处理方法，方法至少包括：采集蜂窝车联网的数据帧；根据信息传输规则处理数据帧。方法还包括：读取车联网的数据帧的属性信息，并且对数据帧进行分类，以获取数据帧的若干个类别；根据若干个类别中数据帧的接收时间，确定相应类别的数据帧的接收频率；根据接收频率确定相应类别的数据帧的优先级；将确定的优先级与属性信息关联，作为信息传输规则。

根据一种优选的实施方式，根据信息传输规则处理数据帧的步骤至少包括：读取接收到的数据帧中的数据帧标识；在信息传输规则中查找读取的数据帧标识对应的优先级，并且作为数据帧的优先级；根据确定的优先级，通过相应的数据传输通路发送数据帧至第二处理单元。

根据一种优选的实施方式，方法还包括：根据第二处理单元的信息传输规则以及接收到的数据帧的属性信息判断数据帧是否有效。

根据一种优选的实施方式，将接收到的数据帧进行分析以获取车辆的行驶状态；在检测车辆行驶状态或所采集的数据帧出现异常的情况下，基于异常情况的发生改变信息传输规则中对各类别数据帧的优先级的授予。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的一种车路协同智能驾驶的数据帧处理方法的拓扑示意图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的一种车路协同智能驾驶的数据帧处理方法的简化流程示意图。

附图标记列表

1：数据帧采集组件；2：第一处理单元；3：第二处理单元。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

实施例1

本发明提供一种车路协同智能驾驶的数据帧处理系统及方法，本发明还提供一种车路协同自动驾驶相关的车联网数据帧处理系统及方法。

本实施例提供一种处理单元，该处理单元能够运行自动驾驶相关的车联网数据帧处理方法的编码程序。

相关现有技术对于在蜂窝车联网数据帧的处理过程中，通常是在蜂窝车联网处理单元将接收到的所有蜂窝车联网数据帧均发送至上层应用之后，由上层应用对各蜂窝车联网数据帧进行处理，导致上层应用的数据分析处理出现对系统软硬件资源占用率高等问题。

对此，本申请基于Linux iptables用户层网关程序架构，通过在蜂窝车联网数据帧网络流程中放置检测点，在每个检测点登记处理函数进行处理，并实现信息传输规则。

本实施例的原理在于：

数据帧采集组件1采集车路协同自动驾驶相关的数据帧，并且发送至处理单元。处理单元将接收到的各蜂窝车联网数据帧，经过检测点处理函数进行处理，根据信息传输规则确定各蜂窝车联网数据帧的优先级之后发送至上层应用。上层应用能够直接根据接收到的蜂窝车联网数据帧的优先级，对蜂窝车联网数据帧进行处理，而无需再进行分析处理。在此信息处理中，不但降低了上层应用系统硬件资源占用率，而且还提高了数据的处理时效，提升了数据支持车联网场景的应用价值。

以下结合附图对本申请中的车路协同智能驾驶的数据帧处理系统及方法进行详述。本发明的车路协同智能驾驶的数据帧处理系统包括至少一个数据帧采集组件1和至少一个处理单元。处理单元至少设置有两个，分别是第一处理单元2和第二处理单元3。若干个数据帧采集组件1以有线和/或无线的方式与第一处理单元2和第二处理单元3连接，从而将采集的数据帧发送至第一处理单元2和/或第二处理单元3。优选地，第一处理单元2例如是蜂窝车联网处理单元，第二处理单元3例如是上层应用。需要说明的是，本领域的技术人员可以清楚地了解到第一处理单元2和/或第二处理单元3所涉及的车路协同智能驾驶的数据帧处理方法可借助软件结合必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机、计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

如图2所示，为本申请一个优先实施例提供的一种车路协同智能驾驶的数据帧处理方法的流程示意图。在接收到由若干个数据帧采集组件1发送的数据帧后，第一处理单元2被配置为按照以下步骤处理接收的数据帧。

步骤S1：根据信息传输规则判断接收到的数据帧是否有效。

优选地，步骤S1：根据第二处理单元3的信息传输规则判断接收到的数据帧是否有效，在判断结果为是的情况下，执行步骤S2；在判断结果为否的情况下，丢弃该数据帧。

进一步优选地，其中，根据第二处理单元3的信息传输规则判断接收到的数据帧是否有效的具体步骤为：判断收到的数据帧的数据帧标识是否有效；

和/或，判断收到的数据帧的数据帧长度是否有效；

和/或，判断收到的数据帧的数据帧内容是否有效；

和/或，判断收到的数据帧的接收频率是否有效。

在判断结果均为是的情况下，判定收到的蜂窝车联网数据帧有效，否则判定收到的蜂窝车联网数据帧无效。

本实施例通过对数据帧的有效性进行判断，从而直接丢弃无效的数据帧，以提升数据帧的处理速率。

步骤S2：根据信息传输规则确定数据帧的优先级。

本申请中的数据帧例如是蜂窝车联网数据帧。优选地，蜂窝车联网数据帧至少包括基础安全消息、路侧安全消息、路侧基础设施、地图、信号相位和时间、事件信息等多种交通数据帧信息。优选地，数据帧带有自身的属性信息。优选地，属性信息包括数据帧标识、数据帧长度、数据帧内容等。

优选地，信息传输规则包括数据帧的属性信息与优先级的对应关系。不同数据帧的优先级，可以在实际应用中根据需要自行设定。本发明通过对不同数据帧进行区分，优化了各蜂窝车联网的安全类应用场景。

其中，步骤S2至少包括以下步骤S201~S202：

步骤S201：读取接收到的数据帧中的数据帧标识；

步骤S202：在信息传输规则中查找读取的数据帧标识对应的优先级，并且作为数据帧的优先级。

步骤S3：根据确定的优先级，将数据帧保存至相应的队列。

由于各数据帧的接收频率较小，本实施例的第一处理单元2基于确定的优先级，将数据帧保存至相应的队列，从而确保各数据帧的有序发送。

步骤S4：根据确定的优先级，通过相应的数据传输通路发送数据帧至第二处理单元3。

优选地，步骤S4：按照队列中数据帧的保存顺序，通过对应数据传输通路将数据帧依次发送至第二处理单元3。

根据一种优选的实施方式，第一处理单元2还被配置为按照以下步骤与第二处理单元3建立数据传输通路并且获取信息传输规则。

S5：与第二处理单元3建立第二数据传输通路。

具体地，第一处理单元2通过Linux iptables与第二处理单元3建立第二数据传输通路。

S6：基于第二数据传输通路获取第二处理单元3的信息传输规则。

S7：根据该信息传输规则，确定接收到的各数据帧的优先级，并通过相应的第二数据传输通路发送至第二处理单元3。

本实施例的第一处理单元2通过Linux iptables与第二处理单元3建立第二数据传输通路，并在第二数据传输通路建立完成后，接收第二处理单元3通过第二数据传输通路发送的信息传输规则。在接收到数据帧采集组件1发送的数据帧时，第一处理单元2根据该信息传输规则，确定接收到的各蜂窝车联网数据帧的优先级，并通过相应的第二数据传输通路发送数据帧至第二处理单元3。第二处理单元3能够直接识别该数据帧的优先级，从而根据优先级直接对各蜂窝车联网的数据帧进行处理，可有效地减少第二处理单元3的系统资源的占用率，提升了蜂窝车联网的数据帧的处理效率。第二处理单元将优先级与各类别蜂窝车联网的数据帧的属性信息建立关联作为信息传输规则。由此，第二处理单元能够直接识别第一处理单元传输的数据帧的优先级，从而根据优先级直接对各蜂窝车联网的数据帧进行处理，提升第二处理单元对系统软硬件资源占用效率。

其中，第一处理单元2还被配置为：

与第二处理单元3建立与数据帧的优先级对应的第一数据传输通路。

具体地，处理单元通过Linux iptables与第二处理单元3建立与优先级对应的其他数据传输通路。

根据一种优选的实施方式，第二处理单元3被配置为按照以下步骤构建信息传输规则。

A1：持续接收第一处理单元2发送的各蜂窝车联网的数据帧。

A2：对各蜂窝车联网的数据帧进行学习，以生成信息传输规则。

具体地，第二处理单元3能够持续接收第一处理单元2发送的各蜂窝车联网的数据帧，并在数据发送的时间长度上等于预设时间长度时，执行步骤A2；第二处理单元3还能够统计接收到的蜂窝车联网的数据帧的数量，当到达预设数量时，执行步骤A2。优选地，预设时长和预设数量，在实际应用中均可根据需求自行设定。本实施例中，在第二处理单元3接收到第一处理单元2发送的各蜂窝车联网的数据帧的情况下，第二处理单元3还记录各蜂窝车联网的数据帧的接收时间。第二处理单元3通过机器学习的方式生成信息传输规则。该方式建立的信息传输规则能够根据蜂窝车联网范围内，出现的突发事件进行优先级授予的改变，有助于第二处理单元3快速获取优先权最高的数据帧，提高数据处理效率。

其中，步骤A2：至少包括以下步骤A201~A205：

步骤A201：读取各蜂窝车联网的数据帧的属性信息。

具体的，读取各蜂窝车联网数据帧的数据帧标识、数据帧长度、数据帧内容等信息。

步骤A202：根据读取的属性信息对各蜂窝车联网的数据帧进行分类，以获取数据帧的若干个类别；

本实施例中，以步骤A201中读取蜂窝车联网数据帧的数据帧长度为例进行说明。具体地，将含有相同数据帧长度的蜂窝车联网数据帧划分至同一类别。

步骤A203：根据若干个类别中蜂窝车联网的数据帧的接收时间，确定相应类别的蜂窝车联网的数据帧的接收频率；

具体地，第二处理单元3基于时间顺序对各类别中蜂窝车联网的数据帧的接收时间进行排序，从而获取排序结果。优选地，第二处理单元3计算排序结果中任意相邻的两个接收时间之间的时间差，根据时间差确定相应类别的蜂窝车联网的数据帧的接收频率。例如，确定基础安全类消息的数据帧的接收频率约为120毫秒一次，信号相位和时间数据帧的接收频率约450毫秒一次，地图数据帧、路侧安全类消息数据帧、路侧设备数据帧的接收频率均约1.2秒一次。

步骤A204：根据接收频率，确定相应类别的蜂窝车联网的数据帧的优先级；

具体地，第二处理单元3对接收频率排序。接收频率越小，相应类别的蜂窝车联网数据帧的优先级越高。即，基础安全类消息数据帧的优先级高于信号相位和时间数据帧的优先级。信号相位和时间数据帧的优先级高于地图数据帧、路侧安全类消息数据帧、路侧设备数据帧的优先级。地图数据帧、路侧安全类消息数据帧、路侧设备数据帧为同一优先级。

步骤A205：将确定的优先级与相应的属性信息关联，作为信息传输规则。

具体地，第二处理单元3依据不同类别的蜂窝车联网的数据帧的接收频率不同，通过接收频率对各蜂窝车联网的数据帧进行区分。由此，本实施例中，第二处理单元3通过持续接收第一处理单元2发送的各蜂窝车联网的数据帧，对各蜂窝车联网的数据帧进行机器学习，确定不同类别的蜂窝车联网数据帧的接收频率，从而根据接收频率确定不同类别的蜂窝车联网数据帧的优先级。第二处理单元3将优先级与各类别蜂窝车联网的数据帧的属性信息建立关联作为信息传输规则。优选地，第二处理单元3将该信息传输规则通过第二数据传输通路发送至第一处理单元2。优选地，第一处理单元2在后续接收到蜂窝车联网的数据帧时，根据蜂窝车联网的数据帧中含有的属性信息，确定数据帧对应的优先级，并通过对应的数据传输通路发送蜂窝车联网的数据帧至第二处理单元3。第二处理单元3能够直接识别该蜂窝车联网数据帧的优先级，从而根据优先级直接对各蜂窝车联网的数据帧进行处理，提升第二处理单元3对系统软硬件资源占用效率。

本申请中，第一处理单元2基于蜂窝车联网的数据帧的不同优先级，与第二处理单元3建立相应的数据传输通路，并接收第二处理单元3预设的信息传输规则或第二处理单元3通过自学习确定的信息传输规则。在第一处理单元2接收到数据帧采集组件1发送的蜂窝车联网的数据帧的情况下，第一处理单元2根据信息传输规则确定该蜂窝车联网的数据帧的优先级，并通过相应的数据传输通路发送至第二处理单元3。第二处理单元3能够直接地确定该蜂窝车联网的数据帧的优先级，对该蜂窝车联网的数据帧进行处理，而无需进行信息处理的判断。在此信息处理中，不但降低了第二处理单元3的系统硬件资源占用率，而且还提高了数据的处理时效，提升了数据支持车联网场景的应用价值。

实施例2

本实施例提供了一种适用于本发明实施例的第一处理单元2和第二处理单元3的数据处理和传输结构，不对本发明实施例的功能和适用范围带来限制。本实施例的系统包括至少一个处理单元、储存单元和用于连接处理单元与储存单元的总线。总线例如是表示几类总线结构中的一种或多种，例如，工业标准体系结构总线、增强型ISA总线以及外围组件互连总线。储存单元包括存储器形式的计算机系统可读介质，例如ROM/RAM、磁碟、光盘。

上述示例中还包括网络环境的实现。处理单元至少包括第一处理单元2和第二处理单元3。第一处理单元2例如是服务器。第二处理单元3为上层应用。第一处理单元2与一个或者多个采集数据帧的数据帧采集组件1进行通信。第一处理单元2还与使得该第一处理单元2能与其他数据终端进行通信的任何终端通信。数据帧采集组件1或任何终端例如是车侧安装的车载智能终端（Onboard Unit，OBU）和/或路侧部署路侧智能终端（Roadside Unit，RSU）等等。该处理单元和各类终端通过蜂窝车联网技术进行通信。第一处理单元2在蜂窝车联网通信范围内，通过与各类终端的数据信息交互，实现各类设备之间的高质量通信。在上述通信过程中，第一处理单元2接收数量众多的蜂窝车联网数据帧，并将所有数据帧传输至第二处理单元3（即，上层应用）。第二处理单元3负责对所有数据帧进行分析和处理，从而实现车路协同的自动驾驶。

第一处理单元2通过运行储存在储存单元中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的车路协同智能驾驶的数据帧处理方法，至少包括以下步骤：

步骤S1：根据信息传输规则判断接收到的数据帧是否有效，在判断结果为是的情况下，执行步骤S2；在判断结果为否的情况下，丢弃该数据帧。

步骤S2：读取接收到的数据帧中的数据帧标识，在信息传输规则中查找读取的数据帧标识对应的优先级，并且作为数据帧的优先级。

步骤S3：根据确定的优先级，将数据帧保存至相应的队列。

步骤S4：按照队列中数据帧的保存顺序，通过对应数据传输通路将数据帧依次发送至第二处理单元3。

需要说明的是，可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码。程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在终端上执行、部分地在终端上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在终端上部分在远程服务器上执行、或者完全在远程服务器或远程终端上执行。在涉及远程终端的情形中，远程终端可以通过任意种类的网络——包括局域网或广域网或蜂窝车联网连接到服务器，或者，可以连接到外部服务器。

实施例3

本实施例是对上述实施例的进一步改进，重复的内容不再赘述。

本发明描述的实施例提供一个第二处理单元3及其建立的信息传输规则以解决现有蜂窝车联网数据分析和处理过程中的不足。由于蜂窝车联网数据帧中至少包括基础安全消息、路侧安全消息、路侧基础设施、地图、信号相位和时间、事件信息等多种交通数据帧信息。较多的数据帧类别导致现有服务器对于处理优先级的判断缺乏很好的标准，即使设置有相关优先级，也是针对数据的重要性进行定性的优先级判断。对于复杂多变的车联网情况来说，定性的优先级判断往往导致关键的安全数据帧信息不能有效进行优先处理或优先采集。尤其是在发生事故或灾害等而导致多个车辆发生了重大损伤的情况下，现有技术仍按照定性优先级判断的方式导致其未考虑事故下数据优先级的灵活多变。如何在最短时间限度以及计算资源限度下进行有效安全信息的处理，是现有技术急需解决的问题。

因此，本发明提出一种车路协同智能驾驶的数据帧处理系统及方法，在发生意外事故或灾害的情况下，能够针对信息传输规则进行优先级的授予，并且下放至第一处理单元2和数据帧采集组件1，从而快速处理突发事故。

根据一种优选的实施方式，第二处理单元3将接收到的数据帧进行分析以获取车辆的行驶状态。数据帧采集组件1部署于车侧或路侧。数据帧采集组件1例如是车载智能终端和/或路侧智能终端。数据帧采集组件1采集车辆行驶过程中的各种行驶状态。例如，在车辆行驶过程中，数据帧采集组件1通过蜂窝车联网以及车辆本身的ECU获取车辆速度、车辆四方（前、后、左、右）加速度、加速踏板按压量、制动踏板按压量、坐标信息、安全气囊状态等有关车辆行驶状态的参数。上述由数据帧采集组件1所采集的行驶状态参数作为行驶数据，并且按时间轴发送至第一处理单元2。第一处理单元2获取的蜂窝车联网数据帧还包括路侧安全消息、路侧基础设施等多种交通数据帧信息。第一处理单元2基于预设信息传输规则进行优先级判断和排序，并且按照优先级的队列发送至第二处理单元3。第二处理单元3对行驶数据进行分析以获取车辆的行驶状态。该预设信息传输规则例如是通过上述车路协同智能驾驶的数据帧处理方法建立的。

优选地，在第二处理单元3检测车辆行驶状态或在所采集的数据帧出现异常的情况下，第二处理单元3更改预设信息传输规则。第二处理单元3基于异常情况的发生改变信息传输规则中对各类别数据帧的优先级的授予。第二处理单元3基于数据帧中的相关参数的波动幅度确定异常情况的发生。上述数据帧相关参数例如是数据帧的数量、种类、时延等。上述波动幅度能够由工作人员设置或由第二处理单元3基于交通数据库中的相关参数进行预设，其作为在判断数据帧的异常情况时，数据帧的数量、种类、时延等相关参数的阈值。上述信息传输规则的更改方式例如是：第二处理单元3通过将各类别数据帧的待授予的优先级与对应数据帧中含有的属性信息进行重新关联。第二处理单元3将重新关联后的数据帧及其属性信息覆盖之前形成的信息传输规则。第二处理单元3将覆盖后的信息传输规则通过第二数据传输通路传输至第一处理单元2，从而完成对之前的信息传输规则的更改。上述车辆行驶状态异常例如是车辆的安全气囊开始工作或车辆所自带的碰撞检测用传感器出现开启信号或大范围车辆速度出现异常降低等。上述数据帧出现异常例如是所需处理的数据帧种类过多、处理量过大，导致上层应用无法进行数据帧的实时处理，导致车载终端、路侧终端以及上层应用的能耗增大。第二处理单元3通过对数据帧异常情况的判断，能够快速辨别车联网中的突发事故，从而及时进行车联网中车辆的交通梳理、预警以及紧急事故的处理（例如调控车流等）。第二处理单元3由此更改信息传输规则，从而使得在发生事故或灾害等而导致多个车辆发生了重大损伤的情况下，第二处理单元3能够获取该事故或灾害相关度高的数据帧，从而在最短时间限度以及计算资源限度下进行有效安全信息的处理。

优选地，第一处理单元2基于更改后的信息传输规则，再次基于优先级发送若干个数据帧。由此，第一处理单元2发送的若干个数据帧附带了优先级，并且第一处理单元2基于该优先级依次发送数据帧。在发生突发事故的情况下，第二处理单元3能够基于该含有优先级的数据帧以及数据帧的传输序列来分析和处理相关数据帧，从而快速判断突发事故的情况，并且发出控制指令或报警信号。上述控制指令是指对车路协同自动驾驶汽车发出的避障、疏通、救援等指令。

例如，第二处理单元3在检测到车辆行驶状态或所采集的数据帧出现异常的情况下，将信息传输规则中，在异常范围内的路侧基础设施信息设置为第一优先级。上述异常范围例如是在异常情况发生时，根据车路协同自动驾驶汽车的定位信息获取车辆位置，以车辆位置为圆心，以预设距离为半径形成的圆。预设距离例如是500米。第二处理单元3将更改后的信息传输规则通过第二数据传输通路传输至第一处理单元2。第一处理单元2以第一优先级获取在异常范围内的路侧基础设施信息，并且快速发送至第二处理单元3。该路侧基础设施信息能够包括路侧可见光摄像头和/或红外摄像头所采集的图像信息、高分辨率激光雷达和/或红外测速设备所采集的速度信息等。优选地，该路侧基础设施信息还能包括任何关于路面的区域感知信息。第二处理单元3对该类信息进行结构化处理，从而获取突发事件发生的原因、经过以及结果，并且由此发出控制指令或报警信号。上述结构化处理是指基于获取的数据帧存在的多源、异质、局部性、时空关联、异步性、信息稀疏性和并发性等特点，提取出与突发事件相关的数据，并且形成对突发事件的进一步分析。第二处理单元3还能够将道路交通信息设置为第一优先级，将车辆流量信息设置为第二优先级。上述道路交通信息例如是红绿灯数据、道路标识数据等等。

本发明的第二处理单元3，通过对信息传输规则的实时更新制订，在面对突发事件的情况下，能够调整信息传输规则中优先级的授予，从而实现对突发事件相关数据的快速处理，并且由此控制车路协同自动驾驶汽车进行相应避障、疏通、救援等。第二处理单元3对信息传输规则的建立实现了车路协同自动驾驶汽车的智能信息交互、共享，通过对环境的感知、突发事件智能决策和车辆协同控制等，使得各终端设备之间实施高质量通信和突发事件优先级决策，节省了上层应用的计算资源。

现有技术中，针对车联网的数据处理方法，往往需要保持低时延以及高可靠性。车载终端由于硬件设施的限制已无法支持低时延以及高密度车辆的本地化数据处理。因此，现有技术通过设置上级应用来集成式处理密集的数据。为了提高上级应用的有效资源使用率，本发明通过上级应用的优先级的规划，从而综合考虑车联网数据的多样性和计算资源的有效性。但在车联网中车辆出现异常状况时，其发送的优先级、计算的优先级以及低时延的优先级均需要进行对应调整。例如，数据帧中所包含的碰撞信息、车速引导、实时路况以及娱乐项目等数据服务不仅需要进行发送优先级的更新，还需要进行计算优先级的选择以及低时延优先级的选择。车联网的数据帧处理具有严格的低时延特性，即，实时数据处理服务是车联网安全的必要条件。车联网车辆数量的激增导致各处理单元数据处理量的激增以及数据处理的多样性。现有技术还未涉及关于该方面的改进及应用。

优选地，在第二处理单元3基于更改后的信息传输规则获取若干个数据帧的情况下，第二处理单元3还基于数据帧的处理时延进行数据帧的卸载判决以及卸载调度。第二处理单元3基于确定的卸载判决以及卸载调度来更新信息传输规则。第二处理单元3将若干个数据帧卸载调度至边缘服务器。第二处理单元3基于数据帧处理所需的低时延对若干个数据帧进行计算优先级和卸载优先级的制订，从而再次更新信息传输规则，以保障异常情况下数据帧处理的完成率。上述卸载调度是指将第二处理单元3所需处理的部分类别的数据帧发送至边缘服务器进行代为处理。卸载调度的根本目的在于保持车联网数据帧处理的低时延。上述卸载判决是指判断若干个数据帧中的某一个数据帧是否需要发送至边缘服务器进行代为处理，其根本目的在于减小对数据帧的处理时延。本发明在此基础上，通过数据帧异常情况下的对数据帧的进一步卸载判决以及卸载调度，提高了计算资源的利用率，保障快速解决异常情况，并且避免相关事故的关联发生。

具体地，本发明的系统还包括边缘服务器。第一处理单元2、第二处理单元3和边缘服务器共同组成对数据帧处理的通信网络架构。在车联网中车辆的高密度导致数据帧处理量激增的情况下，第二处理单元3基于数据帧的属性信息进行卸载判决。由于该高数量级的数据帧处理都交由第二处理单元3进行的话，会导致较大的时延，其不利于车联网的安全性。因此，第二处理单元3对数据帧类别进行卸载判决，以对数据帧的处理进行区别。

优选地，边缘服务器能够集成于数据帧采集组件1的路侧智能终端中。边缘服务器的集成能够用于车联网的低延时和计算密集的需求。集成的边缘服务器能够提供与车辆距离接近且实时的数据服务，避免数据处理激增和数据情况多样性带来的计算延迟。密集部署的边缘服务器构建出有效的车联网通信架构，为数据帧处理提供计算能力，实现数据帧处理的实时性并且降低了处理时延。

优选地，边缘服务器按照覆盖范围相邻且不重叠的方式间隔部署在路侧。边缘服务器具有对应的通信范围。边缘服务器优先处理处于其通信范围内的数据帧。相邻两个边缘服务器按照其通信范围相切的方式部署。由此部署的若干个边缘服务器能够最大限度符合车联网的应用范围，并且减小部署成本。每一个边缘服务器能够负责其通信范围内的数据帧的卸载调度，同时还能够辅助其相邻的另一边缘服务器所不能负担的数据帧处理。

优选地，第二处理单元3基于获取的若干个数据帧与边缘服务器之间的处理时延进行数据帧的卸载判决以及卸载调度。上述处理时延至少包括：数据帧采集组件1将数据帧传输至边缘服务器的第一时延t₁；边缘服务器处理数据帧的执行的第二时延t₂；处理结果从边缘服务器回传至第二处理单元3的第三时延t₃。需要说明的是，由于回传处理结果所需的数据量较小，所以第三时延t₃可忽略不计。即，当该类数据帧卸载至边缘服务器进行处理时，其卸载时延t₄的计算公式为：

t₄=t₁+t₂

优选地，将数据帧传输至边缘服务器的第一时延t₁和边缘服务器处理数据帧的执行的第二时延t₂的计算公式为：

t₁=M₁/V₁

t₂=M₂/V₂

其中，M₁为该类数据帧的数据量大小；V₁为该类数据帧的传输速率；M₂为边缘服务器计算该类数据帧所需的计算量（CPU周期数）；V₂为边缘服务器CPU执行速率。进一步优选地，该类数据帧的传输速率V₁的计算公式为：

V₁=ω×log₂[1+（P×d^-δ）/N₀]

其中，ω为数据帧上传的信道带宽；P为数据帧采集组件1的发送功率； d^-δ为信道增益；δ为路径损耗参数；N₀为高斯白噪声功率。

优选地，在第二处理单元3检测车辆行驶状态或所采集的数据帧出现异常的情况下，第二处理单元3基于异常的数据帧所需的处理时延进行数据帧的卸载判决。第二处理单元3基于获取的数据帧的处理时延，选择出符合边缘服务器进行处理的数据帧。第二处理单元3以在将数据帧卸载至边缘服务器后，是否能够减小整体异常数据帧的处理时延为准则选择出若干个数据帧进行卸载。第二处理单元3模拟将数据帧卸载至边缘服务器的情景。第二处理单元3将能够减小整体异常数据帧的处理时延的数据帧卸载至边缘服务器。第二处理单元3基于遍历异常的数据帧的方式选择出能够使得总数据帧处理时延减小的数据帧。第二处理单元3基于上述方法进行数据帧的卸载判决。由于第二处理单元3的处理限制，其无法满足数据帧的全部实时处理的需求。因此，第二处理单元3将适合边缘服务器进行处理的该类别数据帧进行卸载调度，以将该类别数据帧卸载至边缘服务器进行处理。例如，第二处理单元3综合考虑该类别数据帧在第二处理单元3上的处理时延以及在边缘服务器上的处理时延，并且基于第二处理单元3所接收的全部的异常数据帧处理量，以在将部分数据帧卸载之后是否能够减小整体异常数据帧的处理时延为准则进行卸载判决。本发明的第二处理单元3通过对数据帧的卸载判决，能够选择出减小总数据帧处理时延的部分数据帧，从而提高车联网的数据帧处理效率，避免边缘服务器出现空闲事件，有效利用车联网中有限的计算资源。

需要说明的是，上述卸载判决并非是指按照之前设定的信息传输规则中的优先级队列进行低优先级数据帧的卸载，而是基于数据帧处理时延进行的卸载调度。即，存在高优先级数据帧和低优先级数据帧同时被卸载调度至边缘服务器的情况，从而减小整体的异常数据帧处理时延。

优选地，第二处理单元3基于卸载判决的结果选择出边缘服务器需要进行处理的数据帧类别。上述卸载判决的结果包括选择出的各数据帧。第二处理单元3记录该选择出的数据帧的类别。第二处理单元3基于选择出的边缘服务器需要的数据帧类别更新信息传输规则，以通过第一处理单元2将该类别数据帧卸载调度至边缘服务器。上述数据帧类别包含在数据帧的属性信息中。即，第二处理单元3通过将数据帧的属性信息与其卸载调度的指令进行关联。第二处理单元3将关联后的数据帧连同其属性信息作为更新后的信息传输规则发送至第一处理单元2。第一处理单元2基于更新后的信息传输规则对接收的数据帧进行选择性发送。第一处理单元2将已进行卸载调度的数据帧发送至对应的边缘服务器，而将剩余数据帧发送至第二处理单元3。本发明面向车联网进行数据帧的选择性处理，将部分数据帧交由边缘服务器进行，由此解放第二处理单元3的计算资源。本发明进一步降低计算资源的空闲时间，高效率、高利用率地进行数据帧统筹规划，提高数据帧成功处理数量。

优选地，第二处理单元3基于数据帧的卸载调度进行若干个类别的数据帧的再调度。上述再调度是指在对数据帧进行卸载调度后，基于数据帧的各信息进行的再次调度。该各信息包括优先级、数据量以及传输速率等。第二处理单元3基于异常的数据帧的属性信息将若干个待处理的数据帧分为及时处理优先级、一般处理优先级和娱乐优先级。第二处理单元3基于异常的数据帧的优先级、数据量以及传输速率进行若干个类别的数据帧的再调度。

具体地，第二处理单元3基于异常的数据帧的属性信息将若干个待处理的数据帧进行分类。及时处理优先级是与异常数据帧相关的数据帧类别。例如，异常数据帧为车辆行驶状态下的车速，与其相关数据帧类别包括车辆的具体位置、当前道路交通状况以及导航信息等。一般处理优先级是与异常数据帧暂不相关的数据帧类别。例如，异常数据帧为车辆行驶状态下的车速，与其暂不相关的数据帧类别包括远离该车辆的路侧基础设施信息和区域信息等。娱乐优先级是与异常数据帧不相关的数据帧类别。例如，车辆的保养信息、网上音乐服务等。在第二处理单元3接收到异常数据帧的情况下，娱乐优先级的数据帧暂停处理。由于娱乐优先级与异常数据帧不相关，并且浪费了第二处理单元3和边缘服务器的计算资源。因此，在出现异常数据帧的情况下，第二处理单元3暂停对娱乐优先级的数据帧处理，以将计算资源均统筹至与异常数据帧相关的计算任务上，从而提高重要数据帧的处理效率。

优选地，第二处理单元3获取该类别的异常数据帧在虚拟机上处理的所需时间，并且第二处理单元3基于优先级、数据量以及传输速率进行该类别的异常数据帧处理的价值判断。即，优先级越低，同时数据量越小、传输速率越低的数据帧卸载调度至边缘服务器的价值越低。第二处理单元3计算各类别异常数据帧的价值参数，并且将各类别异常数据帧按照价值参数升序进行排列。

优选地，第二处理单元3遍历若干个各类别异常数据帧以将满足边缘服务器处理需求的异常数据帧卸载调度入该边缘服务器。优选地，第二处理单元3将未被选择的异常数据帧进行升值处理以参与下一轮卸载调度。满足边缘服务器处理需求是指其数据帧的传输距离、处理方式、数据量以及优先级符合该边缘服务器的处理要求，并且不适合将第二处理单元3的计算资源用于该类别数据帧。

本发明通过数据帧的处理时延，在车联网场景下，解决高数据量数据帧的处理问题，使得第二处理单元3的计算资源得到最大化利用。本发明的第二处理单元3综合考虑数据帧优先级、数据量以及传输速率，使得边缘服务器同步参与异常数据帧情况的处理，降低边缘服务器的计算空闲时间，保障高优先级的数据帧得到优先的实时处理，与现有技术仅依靠定性优先级进行数据帧处理判断的方式，进一步提高了计算效率。

在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”“根据一个优选的实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种车路协同智能驾驶的数据帧处理系统，其特征在于，所述系统至少包括数据帧采集组件（1）、第一处理单元（2）和第二处理单元（3），

所述数据帧采集组件（1）至少采集蜂窝车联网的数据帧并发送至所述第一处理单元（2）；

所述第一处理单元（2）根据信息传输规则处理接收的所述数据帧，其中，

所述第二处理单元（3）被配置为按照以下步骤建立所述信息传输规则：

读取车联网的所述数据帧的属性信息，并且对所述数据帧进行分类，以获取所述数据帧的若干个类别；

根据若干个所述类别中所述数据帧的接收时间，确定相应类别的所述数据帧的接收频率；

根据所述接收频率确定相应类别的所述数据帧的优先级；

将确定的所述优先级与所述属性信息关联，作为所述信息传输规则。

2.根据权利要求1所述的车路协同智能驾驶的数据帧处理系统，其特征在于，所述第一处理单元（2）根据所述信息传输规则处理接收的所述数据帧的步骤至少包括：

读取接收到的所述数据帧中的数据帧标识；

在所述信息传输规则中查找读取的所述数据帧标识对应的所述优先级，并且作为所述数据帧的所述优先级；

根据确定的所述优先级，通过相应的数据传输通路发送所述数据帧至所述第二处理单元（3）。

3.根据权利要求2所述的车路协同智能驾驶的数据帧处理系统，其特征在于，所述第一处理单元（2）还被配置为：

根据所述第二处理单元（3）的所述信息传输规则以及接收到的所述数据帧的所述属性信息判断所述数据帧是否有效。

4.根据权利要求3所述的车路协同智能驾驶的数据帧处理系统，其特征在于，所述第二处理单元（3）还被配置为：

将接收到的所述数据帧进行分析以获取车辆的行驶状态；

在检测车辆的所述行驶状态或所采集的所述数据帧出现异常的情况下，基于异常情况的发生改变所述信息传输规则中对若干个所述类别的所述数据帧的所述优先级的授予。

5.根据权利要求4所述的车路协同智能驾驶的数据帧处理系统，其特征在于，所述系统还包括边缘服务器，

在所述第二处理单元（3）基于更改后的所述信息传输规则获取若干个所述数据帧的情况下，所述第二处理单元（3）还基于所述数据帧的处理时延进行所述数据帧的卸载判决以及卸载调度，其中，

所述第二处理单元（3）基于确定的所述卸载判决以及所述卸载调度更新所述信息传输规则，以将卸载的若干个所述数据帧传输至所述边缘服务器。

6.根据权利要求5所述的车路协同智能驾驶的数据帧处理系统，其特征在于，所述第二处理单元（3）还被配置为：

基于所述数据帧的所述卸载调度进行若干个类别的数据帧的再调度，其中，

所述第二处理单元（3）基于异常的所述数据帧的所述属性信息将若干个待处理的所述数据帧进行分类；

所述第二处理单元（3）获取异常的所述数据帧在虚拟机上处理的所需时间，并且所述第二处理单元（3）基于优先级、数据量以及传输速率进行异常的所述数据帧处理的价值判断；

所述第二处理单元（3）遍历异常的若干个所述数据帧以将满足所述边缘服务器处理需求的异常的所述数据帧卸载调度入所述边缘服务器。

7.一种车路协同智能驾驶的数据帧处理方法，其特征在于，所述方法至少包括：

采集蜂窝车联网的数据帧；

根据信息传输规则处理所述数据帧；其中，所述方法还包括：

读取车联网的所述数据帧的属性信息，并且对所述数据帧进行分类，以获取所述数据帧的若干个类别；

根据若干个所述类别中所述数据帧的接收时间，确定相应类别的所述数据帧的接收频率；

根据所述接收频率确定相应类别的所述数据帧的优先级；

将确定的所述优先级与所述属性信息关联，作为所述信息传输规则。

8.根据权利要求7所述的车路协同智能驾驶的数据帧处理方法，其特征在于，所述根据信息传输规则处理所述数据帧的步骤至少包括：

读取接收到的所述数据帧中的数据帧标识；

在所述信息传输规则中查找读取的所述数据帧标识对应的所述优先级，并且作为所述数据帧的所述优先级；

根据确定的所述优先级，通过相应的数据传输通路发送所述数据帧至第二处理单元（3）。

9.根据权利要求8所述的车路协同智能驾驶的数据帧处理方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述第二处理单元（3）的所述信息传输规则以及接收到的所述数据帧的所述属性信息判断所述数据帧是否有效。

10.根据权利要求9所述的车路协同智能驾驶的数据帧处理方法，其特征在于，所述方法还包括：

将接收到的所述数据帧进行分析以获取车辆的行驶状态；

在检测车辆的所述行驶状态或所采集的数据帧出现异常的情况下，基于异常情况的发生改变所述信息传输规则中对若干个所述类别所述数据帧的优先级的授予。