CN103544838B - 一种基于车车多跳协作通信的路况信息获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于车车多跳协作通信的路况信息，请求车辆首先发送一个携带自身位置和目的地位置的路况信息请求包，该请求包被从请求车辆位置到目的地位置之间的节点经过有向多跳协作中继转发至距离目的地位置一跳范围内的车辆，在这些车辆选择一个车辆作为应答车辆对路况请求进行应答；应答车辆确定从目的地位置到请求车辆位置的可选路径，应答包沿着可选路径经有向多跳协作中继转发至请求车辆，且在中继转发过程中，每个中继车辆在应答包中加入该车辆的位置和速度信息；请求车辆收到应答包后，根据应答包中车辆的位置信息和速度信息，获得每条可选路径各路段的路况情况并显示，为路径选择提供参考。采用本发明可以提高获取路况信息的时效性和准确性。

Description

一种基于车车多跳协作通信的路况信息获取方法

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于车车多跳协作通信的路况信息获取方法。

背景技术

近年来随着经济的增长和人们生活水平的提高，汽车保有量迅速增加，给道路交通，尤其是城市道路交通带来巨大压力。虽然新建和拓宽道路能够改善城市交通现状，但是仍难解决车辆迅速增加而频繁出现的交通拥塞问题。及时获取前方路况信息一方面给出行带来极大的方便，另一方面可以缓解交通拥塞。

现有方法是通过在道路上部署大量的检测设备或探测车辆来获取路面的交通路况信息，然后把信息发送到处理中心，处理中心集中对信息加工处理后发布到相应的信息平台供用户查询或者通过广播电台广播。这种分布式采集后传输到处理中心集中处理，然后再发布的方法增大了时间延迟，降低了信息的时效性。例如，通过交通广播电台广播的交通信息大约有10分钟以上的时间延迟。

其中，路况信息获取的方法主要有两种：一种是部署检测设备或探测车辆，然后，采集信息、处理信息、再传输到服务平台、并发布或供用户查询。终端用户向信息中心提出请求，信息中心根据终端用户的请求，把处理后的信息反馈给终端用户，该方法时间延迟大，路况采集范围受采集设备的分布限制。另一种是基于图像/视频的路况信息获取方法，该方法通过连接拍摄终端和客户端把拍摄的内容直接传给客户端供用户参考。拍摄图像/视频范围有限，仅能获取拍摄范围内的路况信息，此外还要求系统有足够高的数据传送速率以保证传送图像/视频的完整和流畅。

当前，车车通信技术迅速发展，并用于解决交通安全、交通拥堵等问题。在路况信息获取方面，主要是车车通信与车路通信相结合从信息中心或者发布平台上获取。由于信息采集方式与处理方式同现有其他方法一样，因此这种获取路况信息的过程仍有较大的时延，降低了信息的参考价值。此外，在基于车联网的路况信息获取方法中，所有车辆作为路况信息采集设备，记录自身的行驶路段、行驶距离、行驶时间，并记录采集时间戳、车辆标识，通过车车通信分享给周围邻居车辆。然后，车辆通过处理周围车辆发来的信息获取周围的路况信息。该方法仅能获取车辆附近的路况信息，不能针对性地获取所需路径上的路况信息。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于车车多跳协作通信的路况信息获取方法，为请求路况信息的车辆提供即时、准确的路况信息。

为实现上述发明目的，本发明基于车车多跳协作通信的路况信息获取方法，包括以下步骤：

S1：路况信息请求车辆进行实时定位，获取自身位置，并设定将要前往的目的地位置；

S2：请求车辆计算并选择请求车辆位置与目的地位置之间的可选路径，生成每条可选路径的路况信息请求包，请求包携带自身位置、目的地位置和该可选路径信息；

S3：请求包由每条可选路径上的车辆采用有向多跳协作进行中继传播，发送至距离目的地位置一跳范围内距离目的地位置最近的车辆，由该车辆作为应答车辆；

S4：应答车辆根据接收到的请求包生成路况信息应答包，应答包中的自身位置、目的地位置和该可选路径信息和接收到的请求包一致；

S5：应答包由每条可选路径上驶向目的地的车辆采用有向多跳协作进行中继传播，发送至请求车辆，每个中继车辆都会在应答包中加入其自身位置和当前速度；

S6：请求车辆接收应答包，对应答包中的数据进行处理，根据应答包中各中继车辆的位置信息和速度信息，获得每条可选路径上各路段的路况情况，并将可选路径的路况进行显示。

其中，步骤S2中可选路径为请求车辆位置与目的地位置之间所有可能路径的前K条最短路径。

其中，K＝α×N，其中α为预设的百分比，N为请求车辆位置与目的地位置之间所有可能路径的数目。

其中，步骤S3中有向多跳协作采用基于竞争的协作方法，具体方法为：请求车辆及每个中继车辆将请求包广播，每个接收到的车辆判断其是否位于请求包中的可选路径上，如果不是，不作任何操作；如果是，判断其是否位于距离目的地位置一跳位置内，如果不是，根据请求包中的位置信息和自身位置设置一个等待时间，等待时间与该车辆和目的地位置之间的距离成正比，在等待时间内如果接收到其他车辆广播的请求包，则不作任何操作，否则作为中继车辆对请求包进行广播；如果位于距离目的地位置一跳位置内，则广播其位置信息，如果接收到其他距离目的地位置更近的车辆广播的位置信息，则不作任何操作，如果未接收到，则作为应答车辆进行应答。

其中，步骤S3中有向多跳协作采用基于位置的协作方法，具体方法为：请求车辆及每个中继车辆广播状态询问消息，接收到的车辆回复自身位置，从中选择位于请求包中的可选路径上、距离目的地位置最近的车辆作为中继车辆，向其发送路况信息请求包。

其中，步骤S5中有向多跳协作采用基于竞争的协作方法，具体方法为：应答车辆及每个中继车辆将应答包广播，每个接收到的车辆判断其是否位于应答包中的可选路径上，如果不是，不作任何操作；如果是，根据应答包中的位置信息和自身位置设置一个等待时间，等待时间与该车辆和请求车辆之间的距离成正比，在等待时间内如果接收到其他车辆广播的应答包，则不作任何操作，否则作为中继车辆对应答包进行广播。

其中，步骤S5中有向多跳协作采用基于位置的协作方法，具体方法为：应答车辆及每个中继车辆广播状态询问消息，接收到的车辆回复自身位置，从中选择位于应答包中的可选路径上、驶向目的地、距离请求车辆位置最近的车辆作为中继车辆，向其发送路况信息应答包。

其中，步骤S5中中继车辆在加入其自身位置和当前速度时，是按照中继的先后顺序进行加入的。

其中，步骤S6可选路径的路况进行显示时，根据设定的速度分级标准对应答包中的速度信息进行分级显示。

其中，分级显示时将不同级别的速度信息采用不同的颜色显示。

本发明基于车车多跳协作通信的路况信息，请求车辆首先发送一个携带自身位置和目的地位置的路况信息请求包，该请求包被从请求车辆位置到目的地位置之间的节点经过有向多跳协作中继转发至距离目的地位置一跳范围内的车辆，在这些车辆选择一个车辆作为应答车辆对路况请求进行应答；应答车辆确定从目的地位置到请求车辆位置的可选路径，应答包沿着可选路径经有向多跳协作中继转发至请求车辆，且在中继转发过程中，每个中继车辆在应答包中加入该车辆的位置和速度信息；请求车辆收到应答包后，根据应答包中车辆的位置信息和速度信息，获得每条可选路径各路段的路况情况并显示，为路径选择提供参考。

本发明具有以下有益效果：

1）、通过车辆在传播应答数据包时加载自身的位置和速度信息，从而为请求路况的车辆提供即时的路况信息，提高了获取路况信息的时效性；

2）、可以更好地针对从请求车辆位置到目的地位置之间的路径获取路况信息，提高获取路况信息的准确性；

3）、采用本发明不需要部署交通信息检测或采集设备，也不需要建设信息处理和管理中心或者平台，节约了部署成本。

附图说明

图1是本发明实施例的交通场景示意图；

图2是本发明实施例采用的车载装置结构图；

图3是本发明基于车车多跳协作通信的路况信息获取方法的一种具体实施方式流程图；

图4是本发明实施例的路况信息请求包的帧结构示意图；

图5是本发明实施例的路况信息应答包的帧结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明实施例的交通场景示意图。如图1所示，本实施例中，位于起始位置A的车辆C欲获得从位置A到目的地位置B之间的路径上的路况信息。

图2是本发明实施例采用的车载装置结构图。如图2所示，本发明实施例中车辆采用的转载装置包括GPS车载终端201、专用无线短距离通信单元202、信息处理单元203。GPS车载终端201存储有电子地图，主要用于定位以及路径计算，专用无线短距离通信单元202主要用于进行车车通信，信息处理单元203主要用于数据包中的数据信息加载与提取。

图3是本发明基于车车多跳协作通信的路况信息获取方法的一种具体实施方式流程图。如图3所示，本发明基于车车多跳协作通信的路况信息获取方法包括以下步骤：

S301：请求车辆自动定位并设定目的地：

图1中路况信息请求车辆C采用GPS车载终端进行实时定位，获取自身位置A，并在GPS车载终端的电子地图中设定将要前往的目的地位置B，本实施例中为道路1和道路6的交叉路口。

S302：请求车辆发送请求包：

请求车辆C采用GPS车载终端计算并选择请求车辆位置A与目的地位置B之间的可选路径，生成每条可选路径的路况信息请求包，请求包携带自身位置、目的地位置和该可选路径信息。

由于道路纵横交错，请求车辆位置与目的地位置的可能路径有数条甚至数十条，如果都进行路况请求和应答，那么耗费的时间和资源会非常多。因此在实际中，通常选择请求车辆位置与目的地位置之间所有可能路径的前K条最短路径作为可选路径。K值可以直接设置，也可以采用公式K＝α×N计算，其中α为预设的百分比，N为请求车辆位置与目的地位置之间所有可能路径的数目。在本实施例中，选择两条可选路径，路径1为：“道路3→道路5→道路2→道路6”，路径2为：“道路3→道路7→道路6”。

图4是本发明实施例的路况信息请求包的帧结构示意图。如图4所示，请求包包括帧控制字段、请求者位置、目的地位置和可选路径，帧控制字段除了常用的控制标志位外，还包含了标志该数据包是路况信息请求包的标志编码。请求包中各部分的大小根据实际需要设置。可见，本实施例中，请求车辆C将生成两个请求包，分别携带路径1和路径2的信息。

S303：中继车辆对请求包进行有向多跳协作传播至应答车辆：

请求包由每条可选路径上的车辆采用有向多跳协作进行中继传播，发送至距离目的地位置一跳范围内距离目的地位置最近的车辆，由该车辆作为应答车辆。

请求包的传播过程根据有向多跳协作的具体方法的不同会有所区别，本实施例中可以采用两种方法：

（1）、基于竞争的协作方法

请求车辆C及每个中继车辆通过专用无线短距离通信单元将请求包广播，每个接收到的车辆判断其是否位于请求包中的可选路径上，如果不是，不作任何操作；如果是，判断其是否位于距离目的地位置一跳位置内，如果不是，根据请求包中的位置信息和自身位置设置一个等待时间，等待时间与该车辆和目的地位置之间的距离成正比，即该车辆距离目的地位置越远，设置的等待时间越长，在等待时间内如果接收到其他车辆广播的请求包，则不作任何操作，否则作为中继车辆对请求包进行广播；如果位于距离目的地位置一跳位置内，则广播其位置信息，如果接收到其他距离目的地位置更近的车辆广播的位置信息，则不作任何操作，如果未接收到，则作为应答车辆进行应答。

在此方法中，为了减少专用无线短距离通信中的通信流量，车辆在接收到请求包时，还可以判断是否接收过同样的请求包，如果是第一次接收才转入处理流程，如果已接收过可以直接丢弃。

（2）、基于位置的协作方法

请求车辆C广播状态询问消息，接收到的车辆回复自身位置，从中选择位于可选路径上、距离目的地位置B最近的车辆作为中继车辆，向其发送路况信息请求包。中继车辆接收到请求包后采用同样方法寻找下一个中继车辆，继续发送路况信息请求包。当有距离目的地位置一跳范围内的车辆接收到路况信息请求包时，即该车辆作为应答车辆进行应答，而不再继续中继转发请求包。

由于可选路径有可能存在交叉或者重叠路段，那么有可能同一个中继车辆会为不同可选路径的请求包提供中继转发。此处仅以路径1为“道路3→道路5→道路2→道路6”为例，请求车辆C发送的请求包在路径1上经过中继车辆a、b、c、d进行有向多跳协作传播。

如果采用的是基于竞争的协作方法，假设此时在目的地位置一跳范围（即圆圈覆盖范围）内的所有车辆，即D、E、F、G都接收到了路径1的请求包，车辆D、E、F、G，在接收到路况信息请求包后都广播其位置信息，选择距离目的地位置最近的车辆作为应答车辆，即车辆D、E、F、G都会接收到来自其他三个车辆的位置信息，如果有车辆根据接收到的位置信息发现有某个车辆距离目的地位置B比其自身更近，那么该车辆就不会作为应答车辆，如果有车辆根据接收到的位置信息发现没有任何一个其他车辆比其自身距离目的地位置B更近，那么该车辆就会作为应答车辆进行应答。本实施例中，车辆D的位置距离目的地位置B最近，因此车辆D是应答车辆。

如果采用的是基于位置的协作方法，那么在中继车辆d选择下一个中继车辆时，通过各车辆回复的位置信息即可确定车辆D距离目的地位置B最近，直接向车辆D发送请求包，车辆D在接收到请求包后，即可判断自己在距离目的地位置B一跳范围内，即会作为应答车辆进行应答。

可见，本发明在应答车辆的确定上，采用的是距离最短优先原则。

S304：应答车辆应答请求：

应答车辆D生成路况信息应答包，应答包中的请求车辆位置、目的地位置和可选路径信息和接收到的请求包一致。图5是本发明实施例的路况信息应答包的帧结构示意图，如图5所示，应答车辆D生成的初始应答包包括帧控制字段、请求者位置、目的地位置、可选路径信息，中继车辆位置及速度由各个中继车辆添加。

S305：中继车辆对应答包进行反向多跳协作传播：

路况信息应答包由每条可选路径上驶向目的地的车辆采用有向多跳协作进行中继传播，发送至请求车辆C，每个中继车辆都会在应答包中加入其自身位置和当前速度。

在应答包的有向多跳协作中，因为是需要从请求车辆位置到目的地位置的路况，因此只能采用驶向目的地的车辆进行中继传播。并且为了便于后期数据处理，每个中继车辆在加入其自身位置和当前速度时，最好按照中继的先后顺序进行加入的，即直接添加在接收到的应答包的末尾。

与步骤S303一样，应答包的有向多跳协作也可以采用两种方法：

（1）、基于竞争的协作方法

应答车辆D及中继车辆通过专用无线短距离通信单元将请求包广播，每个接收到的驶向目的地的车辆判断其是否位于可选路径上，如果不是，不作任何操作，如果是，根据请求包的位置信息和自身位置设置一个等待时间，等待时间与该车辆和目的地位置之间的距离成正比，即该车辆距离目的地位置越远，设置的等待时间越长，在等待时间内如果接收到其他车辆广播已添加位置和速度信息的应答包，则不作任何操作，否则作为中继车辆将应答包进行广播。每个中继车辆在进行应答包广播时都会在应答包中加入其自身位置和当前速度，由中继车辆的GPS车载终端得到。

同样地，在此方法中，为了减少专用无线短距离通信中的通信流量，车辆在接收到应答包时，还可以判断是否接收过同样可选路径的应答包，如果是第一次接收才转入处理流程，如果已接收过可以直接丢弃。

（2）、基于位置的协作方法

应答车辆D广播状态询问消息，接收到的车辆回复自身位置，从中选择驶向目的地的、位于可选路径上、距离请求车辆C位置A最近的车辆作为中继车辆，向其发送路况信息应答包。中继车辆接收到应答包后采用同样方法寻找下一个中继车辆，继续发送路况信息应答包。每个中继车辆在进行应答包传播时都会在应答包中加入其自身位置和当前速度。可见，在最后一次中继传播中，距离请求车辆C位置A最近的车辆即为请求车辆C。

S306：请求车辆C通过专用无线短距离通信单元接收应答包。

S307：请求车辆C从应答包中获取路况并显示：

请求车辆C对应答包中的数据进行处理，根据应答包中车辆的位置信息和速度信息，获得每条可选路径各路段的路况情况，并将可选路径的路况在GPS车载终端的电子地图中进行显示。

在进行可选路径的路况显示时，根据设定的速度分级标准对应答包中的速度信息进行分级显示，例如将速度划分为5级，1级表示非常畅通，2级表示畅通，3级表示轻度拥堵，4级表示中度拥堵，5级表示严重拥堵。在显示时，还可以对不同级别采用不同颜色进行显示，例如1级用绿色显示、2级用浅绿色显示、3级用黄色显示、4级用橙色显示、5级用红色显示。在路段的划分上，可以采用两个中继车辆的中点进行分段。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (10)

1.一种基于车车多跳协作通信的路况信息获取方法，包括步骤S1：路况信息请求车辆进行实时定位，获取自身位置，并设定将要前往的目的地位置，请求车辆计算并选择请求车辆位置与目的地位置之间的可选路径；其特征在于，还包括以下步骤：

S2：请求车辆生成每条可选路径的路况信息请求包，请求包携带请求车辆位置、目的地位置和该可选路径信息；

S3：请求包由每条可选路径上的车辆采用有向多跳协作进行中继传播，发送至距离目的地位置一跳范围内距离目的地位置最近的车辆，由该车辆作为应答车辆；

S4：应答车辆根据接收到的请求包生成路况信息应答包，应答包中的请求车辆位置、目的地位置和可选路径信息和接收到的请求包一致；

S5：应答包由每条可选路径上驶向目的地的车辆采用有向多跳协作进行中继传播，发送至请求车辆，每个中继车辆都会在应答包中加入其自身位置和当前速度；

S6：请求车辆接收应答包，对应答包中的数据进行处理，根据应答包中各中继车辆的位置信息和速度信息，获得每条可选路径上各路段的路况情况，并将可选路径的路况进行显示。

2.根据权利要求1所述的路况信息获取方法，其特征在于，所述步骤S2中可选路径为请求车辆位置与目的地位置之间所有可能路径的前K条最短路径。

3.根据权利要求2所述的路况信息获取方法，其特征在于，所述K＝α×N，其中α为预设的百分比，N为请求车辆位置与目的地位置之间所有可能路径的数目。

4.根据权利要求1所述的路况信息获取方法，其特征在于，所述步骤S3中有向多跳协作采用基于竞争的协作方法，具体方法为：请求车辆及每个中继车辆将请求包广播，每个接收到的车辆判断其是否位于请求包中的可选路径上，如果不是，不作任何操作；如果是，判断其是否位于距离目的地位置一跳位置内，如果不是，根据请求包中的位置信息和自身位置设置一个等待时间，等待时间与该车辆和目的地位置之间的距离成正比，在等待时间内如果接收到其他车辆广播的请求包，则不作任何操作，否则作为中继车辆对请求包进行广播；如果位于距离目的地位置一跳位置内，则广播其位置信息，如果接收到其他距离目的地位置更近的车辆广播的位置信息，则不作任何操作，如果未接收到，则作为应答车辆进行应答。

5.根据权利要求1所述的路况信息获取方法，其特征在于，所述步骤S3中有向多跳协作采用基于位置的协作方法，具体方法为：请求车辆及每个中继车辆广播状态询问消息，接收到的车辆回复自身位置，从中选择位于请求包中的可选路径上、距离目的地位置最近的车辆作为中继车辆，向其发送路况信息请求包；当有距离目的地位置一跳范围内的车辆接收到路况信息请求包时，即该车辆作为应答车辆。

6.根据权利要求1所述的路况信息获取方法，其特征在于，所述步骤S5中有向多跳协作采用基于竞争的协作方法，具体方法为：应答车辆及每个中继车辆将应答包广播，每个接收到的车辆判断其是否位于应答包中的可选路径上，如果不是，不作任何操作；如果是，根据应答包中的位置信息和自身位置设置一个等待时间，等待时间与该车辆和请求车辆之间的距离成正比，在等待时间内如果接收到其他车辆广播的应答包，则不作任何操作，否则作为中继车辆对应答包进行广播。

7.根据权利要求1所述的路况信息获取方法，其特征在于，所述步骤S5中有向多跳协作采用基于位置的协作方法，具体方法为：应答车辆及每个中继车辆广播状态询问消息，接收到的车辆回复自身位置，从中选择位于应答包中的可选路径上、驶向目的地、距离请求车辆位置最近的车辆作为中继车辆，向其发送路况信息应答包。

8.根据权利要求1所述的路况信息获取方法，其特征在于，所述步骤S5中中继车辆在加入其自身位置和当前速度时，是按照中继的先后顺序进行加入的。

9.根据权利要求1至8任一所述的路况信息获取方法，其特征在于，所述步骤S6可选路径的路况进行显示时，根据设定的速度分级标准对应答包中的速度信息进行分级显示。

10.根据权利要求9所述的路况信息获取方法，其特征在于，所述分级显示时将不同级别的速度信息采用不同的颜色显示。