CN117858049A - 车路协同系统及其数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了车路协同系统及其数据处理方法，系统包括路侧感知设备、道路交通管理路侧设备、车载‑路侧单元、路侧边缘计算单元和云端；路侧感知设备、道路交通管理路侧设备及车载‑路侧单元均与路侧边缘计算单元通讯连接；路侧边缘计算单元与云端通讯连接。本申请使得车路协同系统中的路侧边缘计算单元及时接收终端设备上传的任务数据并在满足预设条件的情况下及时处理得到任务处理结果，还能在路侧边缘计算单元中存在异常状态时及时由云端基于拜占庭容错多副本策略辅助排除故障，不仅提升了车路协同系统中的数据处理效率，而且保证数据的安全性和私密性。

Description

车路协同系统及其数据处理方法

技术领域

本申请涉及智慧交通技术领域，尤其涉及车路协同系统及其数据处理方法。

背景技术

随着物联网的快速发展，大量物联设备接入网络会产生海量的数据。尽管物联网中的云端，其数据处理能力也在不断增强，但海量数据的传输会给网络造成很大的压力，网络的宽带将成为瓶颈。

同时对于一些延迟敏感的应用而言，例如在车路协同系统的场景中，车路协同系统中云端计算较高的延迟不能很好的满足应用需求。通过在车路协同系统引入边缘计算服务，在靠近数据源头的地方执行计算任务，无需将终端设备产生的数据传送到云端。但是越来越多的数据在边缘端进行处理，边缘端相比较云端，具有小型化、多接入分布式更贴近用户的特性，海量的数据无需再上传至云端进行处理，实现在网络边缘侧对数据的处理，减少请求响应时间、减少网络带宽的同时保障数据的安全性和私密性。

但是车路协同系统中目前部署的多个边缘端，可能属于不同的运营商，不同边缘端的服务器中存储的数据无法实现共享，导致数据无法在边缘端与边缘端、边缘端与云端之间高效的流通，从而限制了数据处理效率的提升，也无法保障边缘端中数据存储的稳定性。

发明内容

本申请实施例提供了车路协同系统及其数据处理方法，能够使得车路协同系统中的路侧边缘计算单元及时接收终端设备上传的任务数据并在满足预设条件的情况下及时处理得到任务处理结果，还能在路侧边缘计算单元中存在异常状态时及时由云端基于拜占庭容错多副本策略辅助排除故障，不仅提升了车路协同系统中的数据处理效率，而且保证数据的安全性和私密性。

第一方面，本申请实施例提供了一种车路协同系统，其包括：路侧感知设备、道路交通管理路侧设备、车载-路侧单元、路侧边缘计算单元和云端；所述路侧感知设备、所述道路交通管理路侧设备及所述车载-路侧单元均与所述路侧边缘计算单元通讯连接；所述路侧边缘计算单元与所述云端通讯连接；

所述路侧边缘计算单元，用于接收所述路侧感知设备、所述道路交通管理路侧设备或所述车载-路侧单元上传的任务数据并将与所述任务数据对应的任务信息上传至云端，在云端确定所述路侧边缘计算单元对应的当前节点状态为正常状态且具备任务处理所需系统资源时所述路侧边缘计算单元对所述任务数据进行处理得到任务处理结果；或在云端确定所述路侧边缘计算单元对应的当前节点状态为异常状态时，基于预设的拜占庭容错多副本策略对应消除异常状态。

第二方面，本申请实施例提供了一种车路协同系统的数据处理方法，其包括：

路侧边缘计算单元获取路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元上传的任务数据，并将与所述任务数据对应的任务信息发送至云端；

所述云端基于所述任务信息确定所述路侧边缘计算单元为正常状态且具备任务处理所需系统资源时，则将任务处理指令发送至所述路侧边缘计算单元；

所述路侧边缘计算单元接收所述任务处理指令，并对所述任务数据在本地进行数据处理，得到对应的任务处理结果并发送至与所述任务数据对应的所述路侧感知设备、所述道路交通管理路侧设备或所述车载-路侧单元；

所述云端基于所述任务信息确定所述路侧边缘计算单元为异常状态时，则基于预设的拜占庭容错多副本策略对应消除异常状态；

所述路侧边缘计算单元在消除异常状态后，对所述任务数据在本地进行数据处理或上传至云端，得到对应的任务处理结果并发送至与所述任务数据对应的所述路侧感知设备、所述道路交通管理路侧设备或所述车载-路侧单元。

本申请实施例提供了车路协同系统及其数据处理方法，系统包括路侧感知设备、道路交通管理路侧设备、车载-路侧单元、路侧边缘计算单元和云端；路侧边缘计算单元，用于接收路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元上传的任务数据并将与任务数据对应的任务信息上传至云端，在云端确定路侧边缘计算单元对应的当前节点状态为正常状态且具备任务处理所需系统资源时路侧边缘计算单元对任务数据进行处理得到任务处理结果；或在云端确定路侧边缘计算单元对应的当前节点状态为异常状态时，基于预设的拜占庭容错多副本策略对应消除异常状态。本申请使得车路协同系统中的路侧边缘计算单元及时接收终端设备上传的任务数据并在满足预设条件的情况下及时处理得到任务处理结果，还能在路侧边缘计算单元中存在异常状态时及时由云端基于拜占庭容错多副本策略辅助排除故障，不仅提升了车路协同系统中的数据处理效率，而且保证数据的安全性和私密性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的车路协同系统的结构框图示意图；

图2为本申请实施例提供的车路协同系统的数据处理方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的车路协同系统的数据处理方法的子流程示意图；

图4为本申请实施例提供的车路协同系统的数据处理方法中二副本策略对应的状态转移示意图；

图5为本申请实施例提供的车路协同系统的数据处理方法的另一子流程示意图；

图6为本申请实施例提供的车路协同系统的数据处理方法中三副本策略对应的状态转移示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1是本申请实施例提供的车路协同系统的结构框图示意图。如图1所示，该车路协同系统包括路侧感知设备10、道路交通管理路侧设备20、车载-路侧单元30、路侧边缘计算单元40和云端50；路侧感知设备10、道路交通管理路侧设备20及车载-路侧单元30均与路侧边缘计算单元40通讯连接；路侧边缘计算单元40与云端50通讯连接；

路侧边缘计算单元40，用于接收路侧感知设备10、道路交通管理路侧设备20或车载-路侧单元30上传的任务数据并将与任务数据对应的任务信息上传至云端50，在云端50确定路侧边缘计算单元40对应的当前节点状态为正常状态且具备任务处理所需系统资源时路侧边缘计算单元40对任务数据进行处理得到任务处理结果；或在云端50确定路侧边缘计算单元40对应的当前节点状态为异常状态时，基于预设的拜占庭容错多副本策略对应消除异常状态。

在本实施例中，路侧感知设备10具体为激光雷达、毫米波雷达、摄像机等设备。道路交通管理路侧设备20具体为交通事件检测设备、道路交通信息控制机、可变诱导标志等设备。请再次参考图1，车载-路侧单元30包括车载单元31和路侧单元32。车载单元31是OBU(OBU全称是On board Unit，是采用DSRC技术与车载-路侧单元进行通讯的微波装置，其中DSRC技术是指一种无线通信技术，且车载单元可存储车辆身份识别数据)。路侧单元32是RSU(RSU全称是Road Side Unit，是一种安装在路侧，采用DSRC技术与车载单元进行通讯以实现车辆身份识别的设备)。路侧边缘计算单元40则可视为一种边缘服务器，其可接收路侧感知设备10、道路交通管理路侧设备20、车载-路侧单元30等设备的数据并进行本地处理，而且还可将其接收到的数据上传云端进行处理。云端50则视为云服务器，其可接收路侧边缘计算单元40上传的数据并进行处理。

其中，具体部署车路协同系统时，可以部署多个路侧感知设备10、多个道路交通管理路侧设备20、多个车载-路侧单元30、以及多个路侧边缘计算单元40。例如，在区域1部署有n1个路侧感知设备10、n2个道路交通管理路侧设备20、n3个车载-路侧单元30、以及n4个路侧边缘计算单元40(其中，n1、n2、n3和n4均为正整数)；在区域2部署有n11个路侧感知设备10、n12个道路交通管理路侧设备20、n13个车载-路侧单元30、以及n14个路侧边缘计算单元40(其中，n11、n12、n13和n14均为正整数)。但无论实际应用中在多个区域中均采用上述架构部署路侧感知设备10、道路交通管理路侧设备20、车载-路侧单元30及路侧边缘计算单元40，各区域中的若干个路侧感知设备10、若干个道路交通管理路侧设备20、若干个车载-路侧单元30与若干个路侧边缘计算单元40及云端50进行相同交互方式的数据通讯。

具体的，本申请中以一个区域中部署的若干个路侧感知设备10、若干个道路交通管理路侧设备20、若干个车载-路侧单元30与若干个路侧边缘计算单元40为例，更具体如区域1中部署的n1个路侧感知设备10、n2个道路交通管理路侧设备20、n3个车载-路侧单元30、以及n4个路侧边缘计算单元40为例来说明本申请的技术方案。在区域1中部署的n1个路侧感知设备10、n2个道路交通管理路侧设备20、n3个车载-路侧单元30均可以将采集到的数据传输至n4个路侧边缘计算单元40中的其中一个路侧边缘计算单元，而且接收到数据的路侧边缘计算单元除了在本地处理数据，还能将数据传输至云端50进行处理。

其中，在车路协同系统中包括的若干个路侧边缘计算单元中，每一个路侧边缘计算单元均具有如下功能：即用于接收路侧感知设备10、道路交通管理路侧设备20或车载-路侧单元30上传的任务数据并将与任务数据对应的任务信息上传至云端50，在云端50确定路侧边缘计算单元40对应的当前节点状态为正常状态且具备任务处理所需系统资源时路侧边缘计算单元40对任务数据进行处理得到任务处理结果；或在云端50确定路侧边缘计算单元40对应的当前节点状态为异常状态时，基于预设的拜占庭容错多副本策略对应消除异常状态。

首先，以路侧边缘计算单元40接收路侧感知设备10、道路交通管理路侧设备20或车载-路侧单元30上传的任务数据并将与任务数据对应的任务信息上传至云端50的场景为例。当与区域1中的路侧感知设备10、道路交通管理路侧设备20或车载-路侧单元30中任意一个或多个设备/单元向区域1中的其中一个路侧边缘计算单元40上传任务数据时，为了满足延迟敏感型终端设备低延时的访问需求，是路侧感知设备10、道路交通管理路侧设备20或车载-路侧单元30中任意一个或多个设备/单元向区域1中与其通讯距离最近且设备状态正常的路侧边缘计算单元40发送任务数据。在路侧边缘计算单元40接收到了任务数据后，并不一定在本地执行任务数据处理，在各路侧边缘计算单元将本地的系统资源信息上传至云端50进行汇总后，需要云端先判断区域1中接收了任务数据的路侧边缘计算单元40在当前节点状态为正常状态的前提下本地系统资源是否支持对当前任务数据的处理。如果区域1中接收了任务数据的路侧边缘计算单元40在当前节点状态为正常状态的前提下本地系统资源支持对当前任务数据的处理，则路侧边缘计算单元40对任务数据进行处理得到任务处理结果，并将任务处理结果发送至对应的设备/单元。

由于车路协同系统中存在若干个路侧边缘计算单元，若当前需处理任务数据的路侧边缘计算单元存在异常状态无法正常对任务数据进行处理时，则需要云端50基于预设的拜占庭容错多副本策略对应消除异常状态(在此过程中还可以结合其他的路侧边缘计算单元来共同消除异常状态)。在消除了路侧边缘计算单元的异常状态后，则可以正常进行后续的任务数据处理。

路侧边缘计算单元存在异常情况的可能原因有设备本身故障、数据受到恶意攻击、遭遇网络堵塞或中断等原因，之后可基于拜占庭容错多副本策略来处理上述异常情况，从而消除路侧边缘计算单元的异常状态。

其中，车路协同系统中的路侧边缘计算单元40和云端50还可以视为区块链节点，以利用区块链来记录路侧感知设备10、道路交通管理路侧设备20、车载-路侧单元30等终端设备的行为记录，以对终端设备的行为记录留痕，便于后续设备行为审计，保证车路协同系统这一端边云系统的安全性。

在一实施例中，如图1所示，路侧边缘计算单元40还用于：

若确定任务信息中包括紧急类型数据，则在路侧边缘计算单元的本地对任务信息对应的任务数据进行数据处理，得到对应的第一当前任务处理结果，并将第一当前任务处理结果发送至任务信息对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。

在本实施例中，在路侧边缘计算单元40接收到任务数据，且云端50对该路侧边缘计算单元40已经完成了资源系统的确认并确定其具有足够的系统资源来处理任务数据时，还需要进一步确认任务数据对应的任务信息中对应的是普通类型数据或是紧急类型数据。当路侧边缘计算单元40确定任务信息中包括紧急类型数据，则表示任务数据需要被及时处理，此时为了提高数据处理效率，避免过多的数据通讯交互，可以直接在路侧边缘计算单元40的本地进行数据处理，得到对应的第一当前任务处理结果，并将第一当前任务处理结果发送至任务信息对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。其中，紧急类型数据包括交通事故数据、道路拥堵状态数据、实时路况数据、以及以有效时间为主要字段的各类信息数据等。

在一实施例中，如图1所示，路侧边缘计算单元40还用于：

若确定任务信息中包括普通类型数据，则由路侧边缘计算单元将任务信息对应的任务数据发送至云端进行数据处理，得到对应的第二当前任务处理结果，并将第二当前任务处理结果发送至任务信息对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。

在本实施例中，当路侧边缘计算单元40确定任务信息中包括普通类型数据，则表示任务数据不需要被立即处理且可在一段时间后再获取到处理结果也是可被接受的，此时则由路侧边缘计算单元40将任务信息发送至云端50进行数据处理，得到对应的第二当前任务处理结果，并将第二当前任务处理结果发送至任务信息对应的路侧感知设备10、道路交通管理路侧设备20或车载-路侧单元30。其中，普通类型数据包括车辆位置数据、车辆速度数据、车辆方向数据、车辆刹车状态、车辆自身安全信息数据等。

本申请实施例还提供一种车路协同系统的数据处理方法，应用用于前述车路协同系统的任一实施例。具体地，请参阅图2，图2是本申请实施例提供的车路协同系统的数据处理方法的方法流程示意图。如图2所示，该车路协同系统的数据处理方法具体包括下述步骤S110-S150。

S110、路侧边缘计算单元获取路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元上传的任务数据，并将与任务数据对应的任务信息发送至云端。

在本实施例中，请同时参考图1，具体部署车路协同系统时，可以部署多个路侧感知设备10、多个道路交通管理路侧设备20、多个车载-路侧单元30、以及多个路侧边缘计算单元40。例如，在区域1部署有n1个路侧感知设备10、n2个道路交通管理路侧设备20、n3个车载-路侧单元30、以及n4个路侧边缘计算单元40(其中，n1、n2、n3和n4均为正整数)；在区域2部署有n11个路侧感知设备10、n12个道路交通管理路侧设备20、n13个车载-路侧单元30、以及n14个路侧边缘计算单元40(其中，n11、n12、n13和n14均为正整数)。但无论实际应用中在多个区域中均采用上述架构部署路侧感知设备10、道路交通管理路侧设备20、车载-路侧单元30及路侧边缘计算单元40，各区域中的若干个路侧感知设备10、若干个道路交通管理路侧设备20、若干个车载-路侧单元30与若干个路侧边缘计算单元40及云端50进行相同交互方式的数据通讯。

具体的，本申请中以一个区域中部署的若干个路侧感知设备10、若干个道路交通管理路侧设备20、若干个车载-路侧单元30与若干个路侧边缘计算单元40为例，更具体如区域1中部署的n1个路侧感知设备10、n2个道路交通管理路侧设备20、n3个车载-路侧单元30、以及n4个路侧边缘计算单元40为例来说明本申请的技术方案。在区域1中部署的n1个路侧感知设备10、n2个道路交通管理路侧设备20、n3个车载-路侧单元30均可以将采集到的数据传输至n4个路侧边缘计算单元40中的其中一个路侧边缘计算单元，而且接收到数据的路侧边缘计算单元除了在本地处理数据，还能将数据传输至云端50进行处理。

当然，当路侧边缘计算单元40获取到路侧感知设备10、道路交通管理路侧设备20或车载-路侧单元30上传的任务数据时，则可以先由路侧边缘计算单元40获取任务数据中包括的任务信息(在任务信息中至少包括了执行任务数据所需的系统资源)，在路侧边缘计算单元40解析获取到了所示任务数据中对应的任务信息后，将任务信息上传至云端。

S120、云端基于任务信息确定路侧边缘计算单元为正常状态且具备任务处理所需系统资源时，将任务处理指令发送至路侧边缘计算单元。

在本实施例中，为了确定步骤S110中的路侧边缘计算单元是否具有本地处理任务数据的能力，需要由云端来基于任务信息来判断路侧边缘计算单元是否为正常状态且是否具备任务处理所需系统资源。当云端确定了路侧边缘计算单元为正常状态且具备任务处理所需系统资源时，则表示该路侧边缘计算单元可被选定为目标路侧边缘计算单元来进行任务数据的处理，此时由云端生成与任务信息对应的任务处理指令并发送至路侧边缘计算单元，之后由路侧边缘计算单元对任务数据进行本地处理即可。

在一实施例中，在步骤S120之前还包括：

云端中的任务调度管理器获取任务信息；

任务调度管理器将任务信息发送至任务调度队列以进行存储；

任务调度队列中的任务信息在任务调度队列首位被获取到时，则获取任务信息对应的任务处理所需系统资源，以及与路侧边缘计算单元对应的当前系统剩余资源及当前节点状态，并确定任务信息对应的任务处理所需系统资源与当前系统剩余资源的大小比较结果；

任务调度队列若确定当前节点状态为正常状态、且大小比较结果为当前系统剩余资源大于或等于任务信息对应的任务处理所需系统资源，则以路侧边缘计算单元作为最优边缘计算节点，并判定路侧边缘计算单元为正常状态且具备任务处理所需系统资源。

在本实施例中，在云端中部署有任务调度管理器，当步骤S110中所提及的路侧边缘计算单元向云端上传了任务信息后，在该任务信息中包括的与任务数据处理对应的所需计算资源种类和数量是对应被任务调度管理器获取。在云端中，还部署了与任务调度管理器对应的任务调度队列，任务调度管理器也是按照先进先出的原则将所接收到的各任务信息依次发送至任务调度队列中。在云端中还可以基于边缘服务器资源虚拟化对各个与云端通讯连接的路侧边缘计算单元进行资源的统一管理，即在云端中的边缘服务器资源虚拟化界面中，能显示各个与云端通讯连接的路侧边缘计算单元的最新状态的节点状态及系统剩余资源。当任务调度队列中的任务信息在任务调度队列首位被获取到时，需要从边缘服务器资源虚拟化界面对应的后台数据中获取到与路侧边缘计算单元对应的当前系统剩余资源及当前节点状态。此时云端需要判断该路侧边缘计算单元的当前节点状态是否为正常状态、且判断当前系统剩余资源是否小于任务信息对应的任务处理所需系统资源。当任务调度队列若确定当前节点状态为正常状态、且大小比较结果为当前系统剩余资源大于或等于任务信息对应的任务处理所需系统资源，则以路侧边缘计算单元作为最优边缘计算节点，并判定路侧边缘计算单元为正常状态且具备任务处理所需系统资源。可见，基于云端统一管理各个路侧边缘计算单元的节点状态及当前系统剩余资源，能有效且快速的确定各个路侧边缘计算单元是否适合本地执行任务数据处理。

在一实施例中，在任务调度队列中的任务信息在任务调度队列首位被获取到时，则获取任务信息对应的任务处理所需系统资源，以及与路侧边缘计算单元对应的当前系统剩余资源及当前节点状态，并确定任务信息对应的任务处理所需系统资源与当前系统剩余资源的大小比较结果的步骤之后，还包括：

任务调度队列若确定当前节点状态为正常状态、大小比较结果为当前系统剩余资源小于任务信息对应的任务处理所需系统资源、且接收到与任务信息对应的处理时延同意指令，则从路侧边缘计算单元获取与任务信息对应的任务数据；

任务调度队列中的任务数据在任务调度队列首位被获取到时，则以云端作为任务数据的目标计算节点。

在本实施例中，还存在当前节点状态为正常状态、大小比较结果为当前系统剩余资源小于任务信息对应的任务处理所需系统资源的情况，在上述情况下表示步骤S110中提及的路侧边缘计算单元是无法满足本地处理任务数据的要求。此时可以先由云端向与任务数据对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元发送处理时延同意请求，以及时的通知路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元在当前时间段存在路侧边缘计算单元无法处理任务数据且云端无法在短时间内及时处理任务数据的情况，需要在一个预估时延后才能由云端反馈处理结果。若在路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元上操作同意了上述处理时延同意请求，则对应触发产生一个处理时延同意指令，该处理时延同意指令则被发送至云端。在云端接收到该处理时延同意指令后，则将任务数据加入至任务调度队列中进行遵守先进先出原则的任务处理。

S130、路侧边缘计算单元接收任务处理指令，并对任务数据在本地进行数据处理，得到对应的任务处理结果并发送至与任务数据对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。

在本实施例中，当路侧边缘计算单元被云端确定为目标路侧边缘计算单元时，则表示该路侧边缘计算单元为正常状态且具备任务处理所需系统资源，此时在该路侧边缘计算单元的本地对任务数据进行处理，得到对应的任务处理结果。之后该任务处理结果由路侧边缘计算单元发送至与任务数据对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。

S140、云端基于任务信息确定路侧边缘计算单元为异常状态时，则基于预设的拜占庭容错多副本策略对应消除异常状态。

在本实施例中，当云端基于任务信息确定路侧边缘计算单元为异常状态时，则表示步骤S110中提及的路侧边缘计算单元是无法作为最优边缘计算节点对任务数据进行处理。此时可以由云端基于预设的拜占庭容错多副本策略对应消除异常状态。

其中，拜占庭容错多副本策略至少包括二副本策略和三副本策略。在介绍拜占庭容错多副本策略之前，首先对路侧边缘计算单元内的存储结构来说明。更具体的，此时以一个路侧边缘计算单元内的存储结构为例来说明。在一个路侧边缘计算单元内设置有多个存储节点，每一个存储节点中均设置有一个硬盘，云端可以协助同一个路侧边缘计算单元中不同的存储节点之间通信，而且还可以协助不同的路侧边缘计算单元之间的跨设备通信。

其中，二副本策略是将同一份数据复制成两份副本数据，然后将这两份副本数据分别存储于两个不同的路侧边缘计算单元中，也即一份副本数据存储于一个路侧边缘计算单元的其中一个存储节点中，另一份副本数据存储于另一个路侧边缘计算单元的其中一个存储节点中。

三副本策略是将同一份数据复制成三份副本数据，然后将这三份副本数据分别存储于两个不同的路侧边缘计算单元中，也即第一份副本数据存储于一个路侧边缘计算单元的其中一个存储节点中(例如记为第一存储节点)，第二份副本数据存储于第一存储节点所在的路侧边缘计算单元中的另一个存储节点中(例如记为第二存储节点)，第三份副本数据存储于另一个路侧边缘计算单元的其中一个存储节点中(例如记为第三存储节点)。

路侧边缘计算单元因运行故障、节点故障等造成数据丢失的故障，具体存在如下情况：

A1)运行故障，其是一种由电路板芯片烧坏，固件信息丢失或紊乱等造成的硬盘故障，仅能通过替换硬盘进行修复；

A2)节点故障，其是一种由软件故障、硬件故障和服务器过热等造成的故障；一旦节点发生故障，也会导致其上挂载的硬盘发生故障；

A3)设备故障，其是一种由于断电原因造成的故障。一旦设备发生故障，也会导致其上部署的存储节点不可访问。

在一实施例中，如图3所示，作为步骤S140的第一实施例，步骤S140包括：

S141a、云端确定路侧边缘计算单元采用的二副本策略，则获取与路侧边缘计算单元对应的第一目标路侧边缘计算单元，以及第一目标路侧边缘计算单元中的第一目标存储节点；

S142a、基于拜占庭容错多副本策略对应的多个状态和多个状态之间的转换条件、及第一目标存储节点确定路侧边缘计算单元的第一目标排障策略；

S143a、基于第一目标排障策略的执行以对路侧边缘计算单元消除异常状态。

在本实施例中，在云端预设的二副本策略中设置了多个状态及多个状态之间的转换条件，例如在二副本策略中的多个状态参考如下表1和图4：

表1

其中，表1中的系统表示路侧边缘计算单元。同样的，在后续的三副本策略中设置的多个状态也是参考如上表1中设置的多个状态。

当确定了步骤S110所提及的路侧边缘计算单元存在故障时，则需要基于该路侧边缘计算单元及第一目标路侧边缘计算单元来确定系统中的故障总数量及预警总数量，从而确定路侧边缘计算单元与第一目标路侧边缘计算单元中的当前状态是S₁状态还是S₂状态，或是其他状态。

在二副本策略中，其对应的二副本冗余机制使得路侧边缘计算单元中的故障只能发生一次，如果同一路侧边缘计算单元中再次发生故障，则会发送数据丢失的情况。因路侧边缘计算单元中的故障是可修复的，故能有效避免路侧边缘计算单元进入数据丢失的状态。

在二副本策略中，所设置的多个状态之间的转换条件具体参考如下表2：

表2

当云端获取到了拜占庭容错多副本策略对应的多个状态和多个状态之间的转换条件，还获取到了路侧边缘计算单元的故障状态或预警状态后，则基于拜占庭容错多副本策略对应的多个状态和多个状态之间的转换条件、及第一目标存储节点确定路侧边缘计算单元的第一目标排障策略。之后基于第一目标排障策略的执行以对路侧边缘计算单元消除异常状态。

由于在上述过程中，采用二副本策略中的主动容错机制，在该采用了二副本策略的车路协同系统中的路侧边缘计算单元只有预警发生(包括一个预警或多个预警发生)、只有一个故障发生、以及一个故障和预警(包括一个预警或多个预警发生)同时发生的状态。预警状态P_i的引入降低了系统发生故障时直接进入系统数据丢失状态的概率。

在一实施例中，如图5所示，作为步骤S140的第二实施例，步骤S140包括：

S141b、云端确定路侧边缘计算单元采用的三副本策略，则获取与路侧边缘计算单元对应的第二目标路侧边缘计算单元以及第二目标路侧边缘计算单元中的第二目标存储节点，或获取与路侧边缘计算单元对应的第三目标存储节点；

S142b、基于拜占庭容错多副本策略对应的多个状态和多个状态之间的转换条件、及第二目标存储节点确定路侧边缘计算单元的第二目标排障策略；或者基于拜占庭容错多副本策略对应的多个状态和多个状态之间的转换条件、及第三目标存储节点确定路侧边缘计算单元的第二目标排障策略；

S143b、基于第二目标排障策略的执行以对路侧边缘计算单元消除异常状态。

其中，第三目标存储节点设置于路侧边缘计算单元中。

在本实施例中，在云端预设的三副本策略中设置了多个状态及多个状态之间的转换条件，例如在三副本策略中的多个状态参考如上表1和如下图6。三副本策略中描述了车路协同系统中的路侧边缘计算单元组成的设备存储系统在采用三副本策略以保障系统可靠性的基础上系统状态的变化情况。

当云端获取到了三副本策略对应的多个状态和多个状态之间的转换条件，还获取到了路侧边缘计算单元的故障状态或预警状态后，则基于拜占庭容错多副本策略对应的多个状态和多个状态之间的转换条件、及第二目标存储节点确定路侧边缘计算单元的第二目标排障策略；或者基于拜占庭容错多副本策略对应的多个状态和多个状态之间的转换条件、及第三目标存储节点确定路侧边缘计算单元的第二目标排障策略。之后基于第二目标排障策略的执行以对路侧边缘计算单元消除异常状态。

同样的，在三副本策略中采用主动容错机制，在该采用了三副本策略的车路协同系统中的路侧边缘计算单元从正常运行到发生数据丢失，经历了只有预警发生(包括一个预警或多个预警发生)、只有一个故障发生、有两个故障发生，一个故障和预警(包括一个预警或多个预警发生)同时发生、以及两个故障和预警(包括一个预警或多个预警发生)同时发生的状态。同理，预警状态P_i的引入降低了系统发生故障时直接进入系统数据丢失状态的概率。

S150、路侧边缘计算单元在消除异常状态后，对任务数据在本地进行数据处理或上传至云端，得到对应的任务处理结果并发送至与任务数据对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。

在本实施例中，当路侧边缘计算单元消除了异常状态后，则还可以继续对任务数据在本地进行数据处理或上传至云端，得到对应的处理结果，所得到的处理结果发送至与任务数据对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。

在一实施例中，作为步骤S150的第一实施例，步骤S150包括：

若确定任务信息中包括紧急类型数据，则在路侧边缘计算单元的本地对任务信息对应的任务数据进行数据处理，得到对应的第一当前任务处理结果，并将第一当前任务处理结果发送至任务信息对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。

在本实施例中，当路侧边缘计算单元消除了异常状态后(若该过程是一个短暂的处理过程，耗时较短，对后续的任务数据处理的等待时间影响较小)，若进一步确定其接收到任务数据中包括紧急类型数据，则表示任务数据需要被及时处理，此时为了提高数据处理效率，避免过多的数据通讯交互，可以直接在路侧边缘计算单元40的本地进行数据处理，得到对应的第一当前任务处理结果，并将第一当前任务处理结果发送至任务信息对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。其中，紧急类型数据包括交通事故数据、道路拥堵状态数据、实时路况数据、以及以有效时间为主要字段的各类信息数据等。

在一实施例中，作为步骤S150的第二实施例，步骤S150包括：

若确定任务信息中包括普通类型数据，则由路侧边缘计算单元将任务信息对应的任务数据发送至云端进行数据处理，得到对应的第二当前任务处理结果，并将第二当前任务处理结果发送至任务信息对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。

在本实施例中，路侧边缘计算单元确定任务信息中包括普通类型数据，则表示任务数据不需要被立即处理且可在一段时间后再获取到处理结果也是可被接受的，此时则由路侧边缘计算单元将任务信息发送至云端进行数据处理，得到对应的第二当前任务处理结果，并将第二当前任务处理结果发送至任务信息对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。其中，普通类型数据包括车辆位置数据、车辆速度数据、车辆方向数据、车辆刹车状态、车辆自身安全信息数据等。

本申请中的车路系统是一种端边云系统，可以划分为云层(即云端)、边缘层(即路侧边缘计算单元)及终端层(即侧感知设备、道路交通管理路侧设备及车载-路侧单元)。云层具有充足的存储和计算资源，负责数据的全量存储，另外采用基于区块链的多副本存储机制保证拜占庭容错下的数据一致性；边缘层负责处理终端采集的数据，由于边缘层设备能力有限，因此仅缓存部分云端数据用来提供低延时的访问服务，同时采用基于区块链的多副本机制保证拜占庭容错下边缘缓存数据多副本之间数据一致性；终端层负责收集环境中的数据并向边缘层请求计算服务。

该方法实现了车路协同系统中的路侧边缘计算单元及时接收终端设备上传的任务数据并在满足预设条件的情况下及时处理得到任务处理结果，还能在路侧边缘计算单元中存在异常状态时及时由云端基于拜占庭容错多副本策略辅助排除故障，不仅提升了车路协同系统中的数据处理效率，而且保证数据的安全性和私密性。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种车路协同系统，其特征在于，包括：路侧感知设备、道路交通管理路侧设备、车载-路侧单元、路侧边缘计算单元和云端；所述路侧感知设备、所述道路交通管理路侧设备及所述车载-路侧单元均与所述路侧边缘计算单元通讯连接；所述路侧边缘计算单元与所述云端通讯连接；

所述路侧边缘计算单元，用于接收所述路侧感知设备、所述道路交通管理路侧设备或所述车载-路侧单元上传的任务数据并将与所述任务数据对应的任务信息上传至所述云端，在所述云端确定所述路侧边缘计算单元对应的当前节点状态为正常状态且具备任务处理所需系统资源时所述路侧边缘计算单元对所述任务数据进行处理得到任务处理结果；或在所述云端确定所述路侧边缘计算单元对应的当前节点状态为异常状态时，基于预设的拜占庭容错多副本策略对应消除异常状态。

2.根据权利要求1所述的车路协同系统，其特征在于，所述路侧边缘计算单元还用于：

若确定所述任务信息中包括紧急类型数据，则在所述路侧边缘计算单元的本地对所述任务信息对应的所述任务数据进行数据处理，得到对应的第一当前任务处理结果，并将所述第一当前任务处理结果发送至所述任务信息对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。

3.根据权利要求2所述的车路协同系统，其特征在于，所述路侧边缘计算单元还用于：

若确定所述任务信息中包括普通类型数据，则由所述路侧边缘计算单元将所述任务信息对应的所述任务数据发送至所述云端进行数据处理，得到对应的第二当前任务处理结果，并将所述第二当前任务处理结果发送至所述任务信息对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。

4.一种车路协同系统的数据处理方法，其特征在于，应用于如权利要求1-3任一项所述的车路协同系统，所述车路协同系统的数据处理方法包括：

路侧边缘计算单元获取路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元上传的任务数据，并将与所述任务数据对应的任务信息发送至云端；

所述云端基于所述任务信息确定所述路侧边缘计算单元为正常状态且具备任务处理所需系统资源时，则将任务处理指令发送至所述路侧边缘计算单元；

所述路侧边缘计算单元接收所述任务处理指令，并对所述任务数据在本地进行数据处理，得到对应的任务处理结果并发送至与所述任务数据对应的所述路侧感知设备、所述道路交通管理路侧设备或所述车载-路侧单元；

所述云端基于所述任务信息确定所述路侧边缘计算单元为异常状态时，则基于预设的拜占庭容错多副本策略对应消除异常状态；

所述路侧边缘计算单元在消除异常状态后，对所述任务数据在本地进行数据处理或上传至所述云端，得到对应的任务处理结果并发送至与所述任务数据对应的所述路侧感知设备、所述道路交通管理路侧设备或所述车载-路侧单元。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述云端基于所述任务信息确定所述路侧边缘计算单元为正常状态且具备任务处理所需系统资源时，则将任务处理指令发送至所述路侧边缘计算单元的步骤之前，还包括：

所述云端中的任务调度管理器获取所述任务信息；

所述任务调度管理器将所述任务信息发送至任务调度队列以进行存储；

所述任务调度队列中的所述任务信息在任务调度队列首位被获取到时，则获取所述任务信息对应的任务处理所需系统资源，以及与所述路侧边缘计算单元对应的当前系统剩余资源及当前节点状态，并确定所述任务信息对应的任务处理所需系统资源与所述当前系统剩余资源的大小比较结果；

所述任务调度队列若确定所述当前节点状态为正常状态、且所述大小比较结果为所述当前系统剩余资源大于或等于所述任务信息对应的任务处理所需系统资源，则以所述路侧边缘计算单元作为最优边缘计算节点，并判定所述路侧边缘计算单元为正常状态且具备任务处理所需系统资源。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述任务调度队列中的所述任务信息在任务调度队列首位被获取到时，则获取所述任务信息对应的任务处理所需系统资源，以及与所述路侧边缘计算单元对应的当前系统剩余资源及当前节点状态，并确定所述任务信息对应的任务处理所需系统资源与所述当前系统剩余资源的大小比较结果的步骤之后，还包括：

所述任务调度队列若确定所述当前节点状态为正常状态、所述大小比较结果为所述当前系统剩余资源小于所述任务信息对应的任务处理所需系统资源、且接收到与所述任务信息对应的处理时延同意指令，则从所述路侧边缘计算单元获取与所述任务信息对应的任务数据；

所述任务调度队列中的所述任务数据在任务调度队列首位被获取到时，则以所述云端作为所述任务数据的目标计算节点。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于预设的拜占庭容错多副本策略对应消除异常状态，包括：

所述云端确定所述路侧边缘计算单元采用的二副本策略，则获取与所述路侧边缘计算单元对应的第一目标路侧边缘计算单元，以及所述第一目标路侧边缘计算单元中的第一目标存储节点；

基于所述拜占庭容错多副本策略对应的多个状态和多个状态之间的转换条件、及所述第一目标存储节点确定所述路侧边缘计算单元的第一目标排障策略；

基于所述第一目标排障策略的执行以对所述路侧边缘计算单元消除异常状态。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于预设的拜占庭容错多副本策略对应消除异常状态，包括：

所述云端确定所述路侧边缘计算单元采用的三副本策略，则获取与所述路侧边缘计算单元对应的第二目标路侧边缘计算单元以及所述第二目标路侧边缘计算单元中的第二目标存储节点，或获取与所述路侧边缘计算单元对应的第三目标存储节点；其中，所述第三目标存储节点设置于所述路侧边缘计算单元中；

基于所述拜占庭容错多副本策略对应的多个状态和多个状态之间的转换条件、及所述第二目标存储节点确定所述路侧边缘计算单元的第二目标排障策略；或者基于所述拜占庭容错多副本策略对应的多个状态和多个状态之间的转换条件、及所述第三目标存储节点确定所述路侧边缘计算单元的第二目标排障策略；

基于所述第二目标排障策略的执行以对所述路侧边缘计算单元消除异常状态。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述任务数据在本地进行数据处理或上传至云端，得到对应的任务处理结果并发送至与所述任务数据对应的所述路侧感知设备、所述道路交通管理路侧设备或所述车载-路侧单元，包括：

若确定所述任务信息中包括紧急类型数据，则在所述路侧边缘计算单元的本地对所述任务信息对应的所述任务数据进行数据处理，得到对应的第一当前任务处理结果，并将所述第一当前任务处理结果发送至所述任务信息对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述任务数据在本地进行数据处理或上传至云端，得到对应的任务处理结果并发送至与所述任务数据对应的所述路侧感知设备、所述道路交通管理路侧设备或所述车载-路侧单元，包括：

若确定所述任务信息中包括普通类型数据，则由所述路侧边缘计算单元将所述任务信息对应的所述任务数据发送至所述云端进行数据处理，得到对应的第二当前任务处理结果，并将所述第二当前任务处理结果发送至所述任务信息对应的路侧感知设备、道路交通管理路侧设备或车载-路侧单元。