一种以编队为中心的混合交通系统可靠广播方法技术方案

本发明专利技术涉及通信领域，特别涉及一种以编队为中心的混合交通系统可靠广播方法。本发明专利技术以无人驾驶编队为中心组成无线基础服务集。其中编队车辆使用TDMA协议，其他车辆使用CSMA/CA协议。本发明专利技术选择部分编队成员作为本基础服务集内的CTS响应者，为由人驾驶的自由车辆的广播通信实现了RTS/CTS功能，通过为广播通信引入RTS/CTS机制，从而使得广播通信能够拥有重传的能力，从而提高广播通信的可靠性。本发明专利技术充分利用了混合交通系统中的拓扑结构特点，能够大大降低无线通信中发生碰撞造成的性能损耗，从而提高网络通信效率。

【技术实现步骤摘要】
一种以编队为中心的混合交通系统可靠广播方法
本专利技术涉及通信领域，特别涉及一种以编队为中心的混合交通系统可靠广播方法。
技术介绍
无人驾驶技术不断成熟，将无人驾驶车辆组成无人驾驶编队可以大大提高驾驶通行效率，减少能源消耗。编队内部车辆之间的间距可以非常短，并且，编队内车辆的拓扑结构可以在相当长的时间内保持稳定。目前存在不少为这样的编队系统专门设计的通信系统，它们大部分采用了无冲突的协议设计方式，例如采用时分复用(TDMA)的方法。在现实应用场景中，无人驾驶编队将和传统的由人驾驶的车辆并存。这种无人驾驶编队和由人驾驶的车辆并存的交通系统，称为混合交通系统。混合交通系统中，由人驾驶的车辆的通信性能常常被忽视。可以预见，在未来很长一段时间内，混合交通系统将会是主要的交通运行模式。混合交通系统中，由人驾驶车辆的运动状态难以预测，其拓扑结果不稳定，因此一般在由人驾驶的车辆中，仍然使用基于基于竞争的通信协议。目前车联网通信的车间通信标准是车辆环境中的无线接入协议(WirelessAccessinVehicularEnvironments,WAVE)。其中WAVE的数据链路层使用IEEE802.11p标准的载波侦听多路接入/碰撞避免(CSMA/CA)机制。CSMA/CA不需要车间同步，但是在CSMA/CA中，各个节点需要通过竞争的方式获取对于控制信道的访问权。在高密度网络场景下，竞争带来的性能损耗会降低通信的效率和有效性。在WAVE协议中，75MHz的带宽被划分为7个信道，包含一个控制信道和六个服务信道。控制信道负责传输控制信息和安全相关的信息。按照WAVE中的IEEE1609.4标准，车辆对于标准中定义的多个信道的访问，在时间上被分割成长度为100ms的同步间隔，每个同步间隔又被分割为长度各为50ms的控制信道间隔和服务信道间隔，分别用来访问控制信道和服务信道。车辆对于服务信道的访问权分配需要在控制信道上进行协商，因此服务信道的通信效率同样受到控制信道通信性能和可靠性的制约。由于传输消息类型的特点，在控制信道上一般都是多/广播方式，而在服务信道上是单播方式。其中，由于缺少预先指定的目标节点，控制信道使用的广播通信天然无法使用ACK和RTS/CTS等机制来确保传输的可靠性，但控制信道又专门用来传输控制与安全相关的信息，服务信道的资源调度也在控制信道上进行。控制信道上使用CSMA机制带来的不可靠性会给车辆间多信道通信性能带很大的不确定性，甚至进而危及行车安全。因此针对混合交通系统设计可靠的广播通信协议对于整体的通信性能与鲁棒性具有非常重要的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了填补已有技术的空白之处，提出一种以编队为中心的混合交通系统可靠广播方法。本专利技术充分利用了混合交通系统中的拓扑结构特点，能够大大降低无线通信中发生碰撞造成的性能损耗，从而提高网络通信效率。另外，本专利技术通过为广播通信引入RTS/CTS机制，从而使得广播通信能够拥有重传的能力，从而提高广播通信的可靠性。本专利技术提出一种以编队为中心的混合交通系统可靠广播方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)将无人驾驶车辆组成的无人驾驶编队及该编队的一跳邻居节点组成的集合作为以该编队为中心的无线基础服务集P-WBSS；其中，所述该编队的一跳邻居节点为由人驾驶的车辆；P-WBSS中，无人驾驶编队内部使用基于TDMA的通信协议，由人驾驶的车辆使用WAVE标准中的CSMA/CA协议；2)无人驾驶编队确认控制信道访问间隔中TDMA段和CSMA段的划分方式；具体方法为：将WAVE中指定的长度为50ms的控制信道间隔分为编队使用的TDMA段和由人驾驶的车辆使用的CSMA段，且TDMA段位于CSMA段之前，编队确定控制信道分配比例后，通过编队成员的周期性广播发送给P-WBSS中的其他车辆；3)无人驾驶编队确定编队成员中的CTS响应者列表；具体步骤如下：3-1)令i＝1；3-2)将该无人驾驶编队的领头车辆作为CTS响应者i并加入CTS响应者列表；3-3)CTS响应者i选择在自身通信范围内最远的同一编队成员作为CTS响应者i+1并加入CTS响应者列表；3-4)令i＝i+1；重复步骤3-3)，直至将编队尾部最后一辆车作为CTS响应者并加入CTS响应者列表，得到最终的CTS响应者列表；4)无人驾驶编队的每个成员各自周期性地在控制信道上发送广播消息；其中，步骤3)中确定响应者列表中的每个CTS响应者广播时在消息中添加CTS响应服务声明帧头CTS-RAH，该帧头中包含发送者的位置和速度信息、P-WBSS的ID以及发送时刻的时间戳；5)当任一由人驾驶的车辆监听到来自任一无人驾驶编队的广播消息时，判定如下：5-1)若该由人驾驶的车辆当前不属于任何一个P-WBSS，则进入步骤5-2)；若该由人驾驶的车辆当前属于任意一个P-WBSS，则进入步骤5-3)；5-2)该由人驾驶的车辆作为该发送消息编队所属的一跳邻居节点加入该编队所属的P-WBSS；加入后，该由人驾驶的车辆的当前P-WBSSID设为该编队所属的P-WBSSID；且该由人驾驶的车辆按照该P-WBSS中无人驾驶编队确认的TDMA段和CSMA段划分结果进行通信；5-3)判定该广播消息是否来自该由人驾驶的车辆当前所属的P-WBSS：若是，则进入步骤6)；若否，则进入步骤5-4)；5-4)若发送该广播消息的无人驾驶编队是位于该由人驾驶的车辆同向行驶的前方最近的编队，则该由人驾驶的车辆清空本地CTS响应者列表，然后作为该发送消息编队所属的一跳邻居节点加入该编队所属的P-WBSS；加入后，该由人驾驶的车辆的当前P-WBSSID设为该编队所属的P-WBSSID；且该由人驾驶的车辆按照该P-WBSS中无人驾驶编队确认的TDMA段和CSMA段划分结果进行通信；然后进入步骤6)；若发送该广播消息的无人驾驶编队不是位于该由人驾驶的车辆同向行驶的前方最近的编队，则该由人驾驶的车辆仍然处于当前所属的P-WBSS，进入步骤10)；6)判断步骤5)监听到的消息是否是由该无人驾驶编队的CTS响应者发出的：若是，则该由人驾驶的车辆将该CTS响应者及该消息的时间戳加入本地CTS响应者列表，更新本地CTS响应者列表；若否，则不更新本地CTS响应者列表；当该由人驾驶车辆之后继续监听到当前所属P-WBSS中成员周期性在控制信道上发送的广播消息时，若该广播消息是由无人驾驶编队中的CTS响应者发出的，则该由人驾驶的车辆将该CTS响应者及该消息的时间戳加入本地CTS响应者列表，更新本地CTS响应者列表；7)当该由人驾驶的车辆准备在控制信道上发送广播消息时，检查本地CTS响应者列表，根据本地CTS响应者列表中每个响应者发送消息的时间戳，找出发送信息的当前时刻和时间戳的差值在时间差阈值以内的所有时间戳作为可用时间戳，可用时间戳对应的CTS响应者作为当前可用CTS响应者，所有当前可用CTS响应者组成当前可用CTS响应者列表；若当前可用CTS响应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以编队为中心的混合交通系统可靠广播方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n1)将无人驾驶车辆组成的无人驾驶编队及该编队的一跳邻居节点组成的集合作为以该编队为中心的无线基础服务集P-WBSS；其中，所述该编队的一跳邻居节点为由人驾驶的车辆；/nP-WBSS中，无人驾驶编队内部使用基于TDMA的通信协议，由人驾驶的车辆使用WAVE标准中的CSMA/CA协议；/n2)无人驾驶编队确认控制信道访问间隔中TDMA段和CSMA段的划分方式；/n具体方法为：将WAVE中指定的长度为50ms的控制信道间隔分为编队使用的TDMA段和由人驾驶的车辆使用的CSMA段，且TDMA段位于CSMA段之前，编队确定控制信道分配比例后，通过编队成员的周期性广播发送给P-WBSS中的其他车辆；/n3)无人驾驶编队确定编队成员中的CTS响应者列表；具体步骤如下：/n3-1)令i＝1；/n3-2)将该无人驾驶编队的领头车辆作为CTS响应者i并加入CTS响应者列表；/n3-3)CTS响应者i选择在自身通信范围内最远的同一编队成员作为CTS响应者i+1并加入CTS响应者列表；/n3-4)令i＝i+1；重复步骤3-3)，直至将编队尾部最后一辆车作为CTS响应者并加入CTS响应者列表，得到最终的CTS响应者列表；/n4)无人驾驶编队的每个成员各自周期性地在控制信道上发送广播消息；其中，步骤3)中确定响应者列表中的每个CTS响应者广播时在消息中添加CTS响应服务声明帧头CTS-RAH，该帧头中包含发送者的位置和速度信息、P-WBSS的ID以及发送时刻的时间戳；/n5)当任一由人驾驶的车辆监听到来自任一无人驾驶编队的广播消息时，判定如下：/n5-1)若该由人驾驶的车辆当前不属于任何一个P-WBSS，则进入步骤5-2)；若该由人驾驶的车辆当前属于任意一个P-WBSS，则进入步骤5-3)；/n5-2)该由人驾驶的车辆作为该发送消息编队所属的一跳邻居节点加入该编队所属的P-WBSS；加入后，该由人驾驶的车辆的当前P-WBSSID设为该编队所属的P-WBSSID；且该由人驾驶的车辆按照该P-WBSS中无人驾驶编队确认的TDMA段和CSMA段划分结果进行通信；/n5-3)判定该广播消息是否来自该由人驾驶的车辆当前所属的P-WBSS：若是，则进入步骤6)；若否，则进入步骤5-4)；/n5-4)若发送该广播消息的无人驾驶编队是位于该由人驾驶的车辆同向行驶的前方最近的编队，则该由人驾驶的车辆清空本地CTS响应者列表，然后作为该发送消息编队所属的一跳邻居节点加入该编队所属的P-WBSS；加入后，该由人驾驶的车辆的当前P-WBSSID设为该编队所属的P-WBSSID；且该由人驾驶的车辆按照该P-WBSS中无人驾驶编队确认的TDMA段和CSMA段划分结果进行通信；然后进入步骤6)；/n若发送该广播消息的无人驾驶编队不是位于该由人驾驶的车辆同向行驶的前方最近的编队，则该由人驾驶的车辆仍然处于当前所属的P-WBSS，进入步骤10)；/n6)判断步骤5)监听到的消息是否是由该无人驾驶编队的CTS响应者发出的：若是，则该由人驾驶的车辆将该CTS响应者及该消息的时间戳加入本地CTS响应者列表，更新本地CTS响应者列表；若否，则不更新本地CTS响应者列表；/n当该由人驾驶车辆之后继续监听到当前所属P-WBSS中成员周期性在控制信道上发送的广播消息时，若该广播消息是由无人驾驶编队中的CTS响应者发出的，则该由人驾驶的车辆将该CTS响应者及该消息的时间戳加入本地CTS响应者列表，更新本地CTS响应者列表；/n7)当该由人驾驶的车辆准备在控制信道上发送广播消息时，检查本地CTS响应者列表，根据本地CTS响应者列表中每个响应者发送消息的时间戳，找出发送信息的当前时刻和时间戳的差值在时间差阈值以内的所有时间戳作为可用时间戳，可用时间戳对应的CTS响应者作为当前可用CTS响应者，所有当前可用CTS响应者组成当前可用CTS响应者列表；/n若当前可用CTS响应者列表不为空，则根据由人驾驶的车辆自身与每个当前可用CTS响应者的相对位置找出距离该由人驾驶车辆最近的当前可用CTS响应者作为目标CTS响应者，进入步骤(8)；/n若当前可用CTS响应者列表为空，则该由人驾驶的车辆直接发送广播消息，然后进入步骤10)；/n8)该由人驾驶的车辆向目标CTS响应者发送RTS请求；/n当作为非目标CTS响应者的其他车辆监听到此RTS请求时，非目标CTS响应者相应更新自己的网络分配向量；/n当目标CTS响应者收到RTS请求时，检查本地的网络分配向量状态，并判断是否发送CTS响应；/n9)若发送RTS请求的车辆收到目标CTS响应者发送的CTS响应，则向该目标CTS响应者发送广播消息；其他监听到该CTS响应的车辆相应更新自己的网络分配向量...

【技术特征摘要】
1.一种以编队为中心的混合交通系统可靠广播方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)将无人驾驶车辆组成的无人驾驶编队及该编队的一跳邻居节点组成的集合作为以该编队为中心的无线基础服务集P-WBSS；其中，所述该编队的一跳邻居节点为由人驾驶的车辆；
P-WBSS中，无人驾驶编队内部使用基于TDMA的通信协议，由人驾驶的车辆使用WAVE标准中的CSMA/CA协议；
2)无人驾驶编队确认控制信道访问间隔中TDMA段和CSMA段的划分方式；
具体方法为：将WAVE中指定的长度为50ms的控制信道间隔分为编队使用的TDMA段和由人驾驶的车辆使用的CSMA段，且TDMA段位于CSMA段之前，编队确定控制信道分配比例后，通过编队成员的周期性广播发送给P-WBSS中的其他车辆；
3)无人驾驶编队确定编队成员中的CTS响应者列表；具体步骤如下：
3-1)令i＝1；
3-2)将该无人驾驶编队的领头车辆作为CTS响应者i并加入CTS响应者列表；
3-3)CTS响应者i选择在自身通信范围内最远的同一编队成员作为CTS响应者i+1并加入CTS响应者列表；
3-4)令i＝i+1；重复步骤3-3)，直至将编队尾部最后一辆车作为CTS响应者并加入CTS响应者列表，得到最终的CTS响应者列表；
4)无人驾驶编队的每个成员各自周期性地在控制信道上发送广播消息；其中，步骤3)中确定响应者列表中的每个CTS响应者广播时在消息中添加CTS响应服务声明帧头CTS-RAH，该帧头中包含发送者的位置和速度信息、P-WBSS的ID以及发送时刻的时间戳；
5)当任一由人驾驶的车辆监听到来自任一无人驾驶编队的广播消息时，判定如下：
5-1)若该由人驾驶的车辆当前不属于任何一个P-WBSS，则进入步骤5-2)；若该由人驾驶的车辆当前属于任意一个P-WBSS，则进入步骤5-3)；
5-2)该由人驾驶的车辆作为该发送消息编队所属的一跳邻居节点加入该编队所属的P-WBSS；加入后，该由人驾驶的车辆的当前P-WBSSID设为该编队所属的P-WBSSID；且该由人驾驶的车辆按照该P-WBSS中无人驾驶编队确认的TDMA段和CSMA段划分结果进行通信；
5-3)判定该广播消息是否来自该由人驾驶的车辆当前所属的P-WBSS：若是，则进入步骤6)；若否，则进入步骤5-4)；
5-4)若发送该广播消息的无人驾驶编队是位于该由人驾驶的车辆同向行驶的前方最近的编队，则该由人驾驶的车辆清空本地CTS响应者列表，然后作为该发送消息编队所属的一跳邻居节点加入该编队所属的P-WBSS；加入后，该由人驾驶的车辆的当前P-WBSSID设为该编队所属的P-WBSSID；且该由人驾驶的车辆按照该P-WBSS中无人驾驶编队确认的TDMA段和CSMA段划分结果进行通信；然后进入步骤6)；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑，黄延，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11