[发明专利]基于车辆－簇－通信小区三层架构的数据传输系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于车辆－簇－通信小区三层架构的数据传输系统及方法，该系统包括无线通信装置，其安装于车辆上，在预设区域内划分的每个通信小区的每条单向行驶路段的所有车辆上的无线通信装置均设置为一个簇结构的簇成员；所述无线通信装置包括消息源节点无线通信装置和目的节点无线通信装置；在消息源节点无线通信装置和目的节点无线通信装置归属于同一通信小区的情况下，所述消息源节点无线通信装置用于将源数据包经过簇结构中簇成员的转发传送至目的节点无线通信装置，实现消息源节点无线通信装置与目的节点无线通信装置之间的通信。本发明有效地降低了路网中车辆高速移动给链路带来的不良影响，减少了断链次数，降低了丢包率。

技术领域

本发明属于数据通信领域，尤其涉及一种基于车辆－簇－通信小区三层架构的数据传输系统及方法。

背景技术

道路交通系统是典型的复杂巨系统，依靠传统的智能交通管理方式，单从车辆或道路的角度考虑，很难解决不断恶化的事故频发、交通拥堵以及由此导致的环境污染等问题。无线传感器网络等现代科学技术推动了以车车、车路通信为基础的车路协同技术的发展。车路协同系统(Cooperative Vehicle Infrastructure System,CVIS)基于无线通信、传感器检测等技术获取车辆和道路信息，通过车车、车路通信进行信息交互和共享，以实现车辆和道路基础设施之间的智能协同与配合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目的。车路协同系统不仅是国际智能交通领域研究的热点问题之一，更是各国智能交通发展路线图中的关键环节，并将主导未来智能交通的发展方向。

车路协同系统中的“车”指的是装配有车辆状态监测、无线通信等设备的车辆单元，“路”指的是路侧设施，如信号控制器、信息基站等。一定范围内的车车、车路之间相互交换信息，并自动连接建立一种移动的无线传感器网络，即车辆自组织网络(Vehicle Ad hocNetworks,VANET)。车辆自组织网络中车车、车路之间的可靠通信是实现车路协同的基础。通过车载终端对车辆及道路状态信息的准确检测和无线通信网络的实时信息传输，可以实现车路协同系统中数据的高效共享，并服务于各种高实时性和高可靠性的车路协同应用。

车路协同系统在应用层面上主要体现在两个方面：一是面向安全的应用，如车车主动避撞、危险路段预警与控制等；二是面向效率的应用，如交通信号的协调控制、实时动态路径诱导等。近年来，国内外学者相继开展了一系列面向安全的车路协同应用研究，并取得了一些满意的阶段性成果。

随着交通需求的不断提高，以改善交通运行效率为目标的车路协同控制技术及其相关理论，也逐渐引起国内外学者的重视。有别于面向安全的车路协同技术研究，面向效率的车路协同技术通常以宏观路网及其建立的通信网络为研究对象，网络一般包含有海量的车辆节点并覆盖大范围的地理空间，具有大规模通信网络的特点。例如，在基于车路协同的交通诱导系统中，道路交通状态的获取和最优路径规划，都需要以整个城市路网中的行驶车辆和道路及交通设施为对象进行研究，诱导系统不仅需要实时采集和处理来自路网中各个道路或区域的交通状态信息，还必须通过车路通信网络将实时的交通状态信息准确传输至目标车辆。

然而，车路通信网络的自组织、分布式及拓扑易变等特性给大规模车路通信网络的数据传输带来了严峻挑战。在车路通信网络中，消息源节点和目的节点之间的地理距离越远，通信链路建立过程中需要考虑的节点数越多，在此情形下，网络规模激增，直接导致数据传输路由的建立与维护需要更加庞大的控制开销。另外，随着网络规模的增大，路网交通状态的随机性增强，车辆分布及运动规律更加难以预测，网络拓扑更具多变性，使得数据传输路由的维护更加困难。

大规模车路通信网络中数据传输的低可靠性和时延已成为制约车路协同系统相关应用的瓶颈，研究适应其高性能要求的数据传输方法与通信协议，对于推动大规模车路通信网络的研究，以及车路协同技术的发展都具有十分重要的理论和现实意义。

发明内容