[发明专利]一种去红绿灯化网联智能路口的通信系统与协议方法

说明书

本发明公开了一种去红绿灯化网联智能路口的通信系统与协议方法。本发明将CSMA/CA信道侦听及冲突退避思想与VeMAC中时分多址的方法相结合，构建一种可根据信道繁忙程度动态调整工作形态的CVMAC协议，解决了节点信息接入冲突的问题；CVMAC根据估算的信道节点接入密度确定协议类型，在密度低时使用CSMA/CA的协议调度，在密度高时采用VeMAC协议的模式进行传输；本发明还搭建了基于树莓派平台的MAC协议原型验证系统，对场景进行仿真验证，通过大量数据包的统计可以统计出坏包率、通信延时、车辆吞吐量。本发明可有效解决去红绿灯化网联智能路口高密度车辆节点接入调度中心时的数据冲突问题，通过对场景的仿真能够大大降低物理场景验证成本。

技术领域

本发明涉及车联网技术领域，主要涉及去红绿灯化网联智能路口的通信系统与协议方法。

背景技术

随着自动驾驶和车联网等技术的快速发展，无红绿灯十字路口调度场景在智能交通系统领域引起了广泛的关注与研究。解决无红绿灯路口的无碰撞调度问题，除了依靠单车的智能感知与决策能力之外，还很大程度上依靠基于车联通信的车路协同技术。利用车载通信系统实现车路协同，交叉口调度控制中心即可收集周边车辆的行驶信息，通过一定的算法计算出每辆车的最佳行驶参数并将信息返回给受调度车辆，从而实现十字路口的无碰撞调度。

车载通信系统由车辆和路边单位组成，通信节点之间相互提供安全警告、交通数据等信息构建一个实现交通智能化的计算机网络。21世纪初，车辆自组织网络(VANET)作为一种特殊的移动自组织网络(MANET)出现在通信系统应用之中，通过车辆中继的方式实现车辆对车辆(V2V)和车辆对基础设施(V2I)的数据信息交互，其主要目的是为了提高道路交通安全，改善道路交通监控和管理，并将高质量的数据服务扩展到车联网中来。

VANET中的通信就包括专用短程通信(DSRC)，《USDOT's IntelligentTransportation Systems(ITS)》中介绍了搭建DSRC的车载通信系统，在此类系统中，车辆配备了车载单元(OBU)，其收发器与GPS和其他传感器集成在一起，沿道路放置的路侧单元(RSU)作为基础设施。5.9GHz工业科学和医疗(ISM)频带中为DSRC提供了专用的75MHz带宽，它有六个服务信道(SCH)和一个控制信道(CCH)，系统构建对基建规模和节点单元普及率要求较高。

MAC协议负责在车辆之间分配无线资源，目前很多协议在对VANET的MAC制定标准，这些协议的共同目标是解决车辆节点移动性高、网络拓扑结构变化快、时延要求严格和QoS需要大的现实问题。例如：在《IEEE 802.11Standard for Information Tech》中介绍的IEEE 802.11P，它采用载波侦听多路访问(CSMA/CA)，这是一种基于竞争的访问机制，在信道繁忙或冲突的情况下，采用随机退避程序，直到时间介质空闲便发送数据，不过它不使用请求发送/清除发送(RTS/CTS)机制减少隐藏节点。此外，在文章《VeMAC：A TDMA-based MACProtocol for Reliable Broadcast in VANETs》中提出了一种基于分布式TDMA的VeMAC协议，VeMAC是使用两个收发器的多通道协议，CCH和SCH各一个。通过道路上的不同方向设定不同的TDMA时隙来降低时隙的冲突概率。帧的时间同步由GPS 1PPS信号完成，空闲信道的广播信息由车辆单跳集和两跳集自适应确定，车辆节点选择适当的空闲时隙发送数据信息，如果它发现沿他的方向移动的节点的所有时隙都被占用，它将尝试访问相反方向的可用时隙。

综上所述，现有技术存在的问题包括：1)单纯基于随机访问方法竞争机制的通信协议无法适应高密度节点接入的场景，通信延迟大，数据包冲突概率高；2)基于分布式TDMA的VeMAC协议针应对低复杂度节点接入场景时，会造成空闲时隙的浪费，降低系统的传输效率；3)车载通信系统成本高，通信协议物理平台验证难度大；4)去红绿灯化网联智能路口实现难度大，亟需拓展性高、方便移植的车载通信系统设计方法。

发明内容