【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种无人驾驶领域的技术，具体是一种面向行车安全的完全分布式的时分复用控制系统及方法(bubblemac)。
技术介绍
1、现有车联网设计的广播介质访问控制方法(mac)包括集中式方法和分布式方法，其中前者强烈依靠中心控制节点，在没有中心控制节点的情况下无法工作，并消耗大量的信道资源；而后者的通信时延无法保证，尤其是在车辆密度很高的场景下，会遭受隐终端问题导致严重的延迟，以及在高车辆密度场景下会面临信道资源不够分配与车辆节点相互传输冲突等问题。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术难以实现车辆可靠通信、难以在高动态、高密度的车辆场景下可靠工作的缺点，提出一种面向行车安全的分布式时分复用控制系统及方法，考虑到网络中的每个车辆节点具有不同的安全需求(例如，直行车辆最关心前方车辆，而变道车辆关心目标车道前后的车辆)，本专利技术的核心思想是将v2v通信范围与车辆的驾驶安全需求相匹配，仅在相互关注安全的车辆之间交换安全消息，从而极大地提高信道资源的利用率。同车道上具有相互安全关注的车辆形成一种灵活动态的广播链式结构结构。本专利技术结合行车安全感知的功率控制和轻量级动态的链内角色切换，可以避免高度动态的车联网中的接入冲突和合并冲突。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种面向行车安全的分布式时分复用控制系统，包括：行车安全感知的功率控制模块、轻量级链式结构维护模块和无冲突时槽分配模块，其中：行车安全感知的功率控制模块根据车辆
4、本专利技术涉及一种基于上述系统的分布式时分复用介质访问控制方法(bubblemac)，各车辆在初始阶段根据自身和前车的驾驶状态，确定与前车保持的最小安全距离，并根据前后车信标接收情况自适应调整通信范围以覆盖前后车，藉由互相通信覆盖的车辆之间形成链式结构，以识别各自车辆在链内的角色、链的信息，在链的每个链成员的本地进行更新维护并对链式结构中的各角色进行无冲突时槽分配。
5、技术效果
6、本专利技术通过量化行车安全需求，车辆根据彼此安全需求自适应调整通信范围，将信道时槽划分为不相交的资源池并构造动态的广播链式结构，在链式结构中，车辆根据信标接收情况立即知道并更新自己的角色；与现有技术相比，在保证驾驶安全的前提下限制通信范围以提高信道资源的空间利用率，为不同密度和移动属性的车辆分配无冲突时槽，在高度动态的环境中以低通信成本维护链式结构结构。
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1.一种面向行车安全的分布式时分复用控制系统，其特征在于，包括：行车安全感知的功率控制模块、轻量级链式结构维护模块和无冲突时槽分配模块，其中：行车安全感知的功率控制模块根据车辆本地信息与接收到的邻居车辆信息，确定安全距离，进而实现面向相互安全关注的通信功率控制，以节约信道资源；轻量级链式结构维护模块根据是否接收到邻居车辆信息，判断并处理链式结构的生长与断裂，在高度动态环境中实时更新车辆角色；无冲突时槽分配模块根据链式结构中的车辆角色信息，将互不相交的时槽资源分配给各角色，实现无接入碰撞的时槽分配和无合并碰撞的时槽分配，保证车辆间可靠的安全广播；
2.根据权利要求1所述的面向行车安全的分布式时分复用控制系统，其特征是，所述的功率控制，包括：
3.根据权利要求1所述的面向行车安全的分布式时分复用控制系统，其特征是，所述的轻量级链式结构维护是指：当车辆ni与同一车道上其他具有安全关注的车辆建立通信链路时，会形成一个动态灵活的通信链式结构，根据ni能否与前方和后方双向建立安全关注邻居之间的双向链路，链式结构内的车辆能够动态切换角色，造成链式结构的生长和断裂，这使得
4.根据权利要求1所述的面向行车安全的分布式时分复用控制系统，其特征是，所述的无冲突时槽分配是指：时分复用每一帧中的时槽被分成互不相交的集合，用于不同角色车辆的通信，为避免获取冲突，每个车辆节点将OHS集合中的节点的时槽使用情况以及所属链式结构的节点的时槽使用情况作为控制信息加入数据包，节点通过收集其THS中邻居和Chain内节点占用的时槽信息，选择可用的时槽进行使用，为避免合并冲突，在链式结构的扩展或分裂过程中，当车辆角色发生变化时，车辆会从对应的专用时槽集中选择一个新的时槽，当不同车道中的两个链式结构相遇时，接近的链式结构头车会协调链中成员的时槽使用，避免使用前方链式结构中已被占用的时槽。
5.一种基于权利要求1-4中任一所述系统的分布式时分复用介质访问控制方法，其特征在于，各车辆在初始阶段根据自身和前车的驾驶状态，确定与前车保持的最小安全距离，并根据前后车信标接收情况自适应调整通信范围以覆盖前后车，藉由互相通信覆盖的车辆之间形成链式结构，以识别各自车辆在链内的角色、链的信息，在链的每个链成员的本地进行更新维护并对链式结构中的各角色进行无冲突时槽分配。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，具体包括：
7.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述的识别各自车辆在链内的角色是指：通过确认本车ni能否收到同车道车辆的信标与并前方和后方双向建立安全关注邻居之间的双向链路，决定本车的角色并使得链式结构的生长或断裂，其中：链式结构的生长即向链中添加新节点的过程，包括：孤立车辆遇到孤立车辆、孤立车辆遇到链式结构、链式结构遇到孤立车辆以及两个链式结构的相遇；链式结构的断裂是指：当链中两个车辆之间的距离由于速度差异逐渐增加，直到超过后车的dsafe时，链式结构发生断裂。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的互不相交的时槽资源划分是指：为避免数据传输冲突，车辆根据其在链式结构中的角色选择时槽，每一帧的时槽资源被分成三个互不相交的集合，即L用于左方向的节点，R用于右方向的节点，T用于固定的路边单元；L和R进一步分成四个子集，即H用于头车节点，I用于中间车节点，T用于尾车节点，S用于孤立车节点，将帧划分为三个互不相交的时槽集L、R和F，其中：F预留为RSU使用的资源，L和R分别与左侧和右侧道路车辆使用的资源；
9.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的无接入碰撞的时槽分配是指：利用不相交的时槽集合和动态的链内角色变化来消除包传输过程中的接入碰撞和合并碰撞，车辆节点ni不仅广播自己的行驶状态和决策，还共享OHS集合中的车辆和其所在的链式结构的时槽使用信息，道路上的车辆首先应监听信道，确定其THS节点和所属链式结构中节点占用的时槽并确定未被占用的时槽集合O，车辆在可用时槽集合与对应所属集合的交集中随机选择一个时槽接入；
10.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的无合并碰撞的时槽分配，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种面向行车安全的分布式时分复用控制系统，其特征在于，包括：行车安全感知的功率控制模块、轻量级链式结构维护模块和无冲突时槽分配模块，其中：行车安全感知的功率控制模块根据车辆本地信息与接收到的邻居车辆信息，确定安全距离，进而实现面向相互安全关注的通信功率控制，以节约信道资源；轻量级链式结构维护模块根据是否接收到邻居车辆信息，判断并处理链式结构的生长与断裂，在高度动态环境中实时更新车辆角色；无冲突时槽分配模块根据链式结构中的车辆角色信息，将互不相交的时槽资源分配给各角色，实现无接入碰撞的时槽分配和无合并碰撞的时槽分配，保证车辆间可靠的安全广播；
2.根据权利要求1所述的面向行车安全的分布式时分复用控制系统，其特征是，所述的功率控制，包括：
3.根据权利要求1所述的面向行车安全的分布式时分复用控制系统，其特征是，所述的轻量级链式结构维护是指：当车辆ni与同一车道上其他具有安全关注的车辆建立通信链路时，会形成一个动态灵活的通信链式结构，根据ni能否与前方和后方双向建立安全关注邻居之间的双向链路，链式结构内的车辆能够动态切换角色，造成链式结构的生长和断裂，这使得链式结构的生长和断裂过程非常轻量。
4.根据权利要求1所述的面向行车安全的分布式时分复用控制系统，其特征是，所述的无冲突时槽分配是指：时分复用每一帧中的时槽被分成互不相交的集合，用于不同角色车辆的通信，为避免获取冲突，每个车辆节点将ohs集合中的节点的时槽使用情况以及所属链式结构的节点的时槽使用情况作为控制信息加入数据包，节点通过收集其ths中邻居和chain内节点占用的时槽信息，选择可用的时槽进行使用，为避免合并冲突，在链式结构的扩展或分裂过程中，当车辆角色发生变化时，车辆会从对应的专用时槽集中选择一个新的时槽，当不同车道中的两个链式结构相遇时，接近的链式结构头车会协调链中成员的时槽使用，避免使用前方链式结构中已被占用的时槽。
5.一种基于权利要求1-4中任一所述系统的分布式时分复用介质访问控制方法，其特征在于，各车辆在初始阶段根据自身和前车的...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱弘恣，蔡云翔，胡发成，时良仁，过敏意，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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