CN112585651A - 车辆编队 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在蜂窝电信网络中对车辆进行编队的方法，以及用于实现所述方法的编队服务器，该蜂窝电信网络包括第一接入网络，该第一无线电接入网络包括第一本地编队服务器，该蜂窝电信网络还包括具有中央编队服务器的核心网络，该方法包括以下步骤：中央编队服务器存储与第一车辆队有关的数据，该第一车辆队位于与第一无线电接入网络相关联的第一地理区域中；中央编队服务器将与第一车辆队有关的数据发送至第一本地编队服务器；该第一本地编队服务器接收来自车辆的加入队的请求；并且作为响应，该第一本地编队服务器识别所述第一车辆队。

Description

车辆编队

技术领域

本发明涉及对车辆进行编队的方法和实现该方法的系统。

背景技术

预计未来的蜂窝网络将支持自主驾驶车辆的编队。编队是具有共同路线的多个自主驾驶车辆经由无线通信协作以便作为一组一起紧密行驶的车辆来驾驶的情况。车辆可通过在队中操作而具有改进的驾驶体验，诸如通过跟随领队车辆的各个车辆的改进的空气动力学来提高总体燃料效率。对车辆编队的初步研究利用车辆到车辆(V2V)通信，因此车辆可以交换与其编队可用性和其操作参数有关的数据。领队车辆通常充当主车辆/控制器，并且跟随领队车辆的所有车辆都将充当从车辆。然而，这限制了车辆仅在这些V2V通信的最大覆盖范围内与其它车辆形成队。

形成车辆队的另选方法是使用蜂窝网络中的专用应用服务器(“编队服务器”)。车辆然后可以将相关路线信息(诸如，其位置和目的地)发送到编队服务器，并且编队服务器可以识别合适的队以供其加入部分或全部行程。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种在蜂窝电信网络中对车辆进行编队的方法，所述蜂窝电信网络包括第一接入网络，该第一无线电接入网络包括第一本地编队服务器，所述蜂窝电信网络还包括具有中央编队服务器的核心网络，所述方法包括以下步骤：所述中央编队服务器存储与第一车辆队有关的数据，所述第一车辆队位于与所述第一无线电接入网络相关联的第一地理区域中；所述中央编队服务器将与所述第一车辆队有关的数据发送至第一本地编队服务器；所述第一本地编队服务器接收来自车辆的加入队的请求；并且作为响应，所述第一本地编队服务器识别所述第一车辆队。

所述方法还可以包括以下步骤：所述第一本地编队服务器向所述中央编队服务器发送更新消息，所述更新消息指示所述车辆已加入第一队。

所述蜂窝电信网络还可以包括第二无线电接入网络，该第二无线电接入网络包括与第二地理区域相关联的第二本地编队服务器，并且所述方法还可以包括以下步骤：所述中央编队服务器确定所述第一队已经移动到所述第二地理区域的位置；以及所述中央编队服务器将与所述第一车辆队有关的数据发送至所述第二本地编队服务器。

根据本发明的第二方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该程序由计算机执行时，使计算机执行本发明的第一方面的方法。该计算机程序可以存储在计算机可读数据载体上。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于蜂窝电信网络的第一本地编队服务器，所述蜂窝电信网络具有包括中央编队服务器的核心网络，所述第一本地编队服务器包括：收发器，所述收发器被配置成从所述中央编队服务器接收与第一车辆队有关的数据；存储器，所述存储器用于存储与第一车辆队有关的数据；以及处理器，其中，所述收发器还被配置成接收来自车辆的加入队的请求，并且作为响应，所述处理器被配置成识别所述第一车辆队。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将参照附图通过仅以示例的方式描述本发明的实施方式，其中：

图1是本发明的蜂窝电信网络的实施方式的示意图；

图2是图1的实施方式的车辆的示意图；

图3是本发明的方法的第一实施方式的流程图；以及

图4是本发明的方法的第二实施方式的流程图。

具体实施方式

现在将参照图1描述第一实施方式。图1例示了具有基站10和覆盖区域15的蜂窝电信网络1。图1还例示了具有(在该示例中)三个道路A、B、C的道路网络，所有这三个道路至少部分地在基站10的覆盖区域15内。车辆的第一队20和第二队30分别沿道路B和道路C行驶。图1还例示了不是第一队20和第二队30的成员的新车辆40，该新车辆40沿着道路A进入基站10的覆盖区域15。

蜂窝电信网络1包括无线电接入网络(RAN)和核心网络50。RAN包括基站10(并且可能包括一个或更多个其它基站)和本地编队高速缓存60。本地编队高速缓存60存储与基站10的覆盖区域内的所有队有关的数据(这将在下面更详细地讨论)。RAN还包括用户面功能(UPF)，用于用户数据分组在用户设备(诸如新车辆40)与数据网络(DN)之间的路由和转发。

核心网络50包括用于UE的接入管理和移动性管理的接入和移动性管理功能(AMF)、用于管理UE会话和策略实施的会话管理功能(SMF)以及用于支持统一策略框架以治理网络行为的策略控制功能(PCF)。核心网络50还包括UPF和本领域技术人员众所周知的其它几个功能。

核心网络50还包括编队服务器100和主编队高速缓存110。编队服务器100与AMF相关联，并且具有接受来自蜂窝网络中的任何车辆成为队的成员的请求的功能。响应于该请求，编队服务器100将利用用于车辆加入现有队或形成新队的指令来做出响应。主编队高速缓存110包括队数据的数据库，该数据库具有：第一数据库表，该第一数据库表标识蜂窝网络中的各个队以及各个队的成员(即，作为队的成员的各个车辆的标识符)；第二数据库表，该第二数据库表标识网络中的各个本地编队高速缓存及其相关联的基站和相关联的地理区域；以及第三数据库表，该第三数据库表标识网络中已向编队服务器注册的各个辆车、其当前位置及其编队优选方案。第一数据库表在执行本发明的方法的第一实施方式和第二实施方式(如下所述)时被更新。第二数据库表被操作员预先配置，使得各个本地编队高速缓存与特定地理区域(通常是RAN中一个或更多个基站的覆盖区域)相关联。第三数据库表被编队服务器100通过定期(例如每分钟一次)轮询利用各个车辆的当前位置来更新，并在编队服务器100接收到包括该数据的消息后，利用各个车辆的编队优选方案来更新。编队服务器和主/本地编队高速缓存的功能将在下面更详细地说明。

在该实施方式中，基站10被配置成经由广播系统信息块(SIB)消息为编队服务器100广告信息。因此，基站10与编队服务器100通信以确定其可用。在确认其可用之后，基站10配置SIB消息，使得SIB消息指示编队服务器100可用并且标识关于编队服务器100允许UE连接到它的信息(例如，其IP地址)。然后，基站10广播关于其覆盖区域15的SIB消息，包括编队服务器信息。

在图2中更详细地示出了用于实现本发明的实施方式的新车辆40的处理单元。在该实施方式中，新车辆40包括收发器41、处理器43和存储器45，它们均经由总线47连接并且被配置成与蜂窝网络1的RAN通信。收发器41还被配置成与车辆的全球导航卫星系统(GNSS)系统通信。存储器45包括通用订户身份模块(USIM)。该USIM存储标识数据以唯一地标识蜂窝网络1中的新车辆40，并且在该实施方式中，USIM还存储编队优选数据以标识新车辆加入队的优选方案。

新车辆40还包括使新车辆40能够被驱动的典型驱动元件(诸如车轮、发动机、燃料储存系统等)，并且在该实施方式中包括自主驾驶元件(诸如雷达系统、激光系统、GNSS、计算机视觉处理平台等)，以使新车辆40能够被自主驾驶(即几乎没有或没有人工输入)。通过手动驾驶车辆也可以实现本发明的技术益处，但是该实施方式将在自主驾驶车辆的背景下描述。

现在将参照图3描述本发明的方法的第一实施方式。该实施方式涉及以下场景(如图1所示)，其中，第一队10和第二队20存在于基站10的覆盖区域15中，并且新车辆40正在进入覆盖区域15。在描述此方法的步骤之前，应注意的是，第一队20和第二队30的各个成员已与编队服务器100建立了数据连接。这些数据连接允许编队服务器100以及第一队20和第二队30的各个成员交换数据(例如，各个车辆的当前位置和/或传感器信息)，并且允许编队服务器100向第一队20和第二队30的一个或更多个成员发出命令。此外，编队服务器100在主编队高速缓存110中存储第一队20和第二队30的详细信息(例如，各个队的成员、各个队的路线、各个队的各个成员的目的地、各个队的各个成员的当前位置等)。由于第一队20和第二队30在与本地编队高速缓存60相关联的地理区域内(如在主编队高速缓存110的第二数据库表中配置的)，所以该数据也被推送到与基站10相关联的本地编队高速缓存60。

在第一步(S1)中，基站10广播关于其覆盖区域15的SIB消息，包括编队服务器100的IP地址。在步骤S3中，新车辆40进入基站10的覆盖区域15，并经由其收发器41检测SIB消息。新车辆40从SIB消息解码编队服务器信息，使得其识别出编队服务器100的IP地址。在步骤S4中，新车辆40使用嵌入在SIB消息内的IP地址与编队服务器100建立数据连接。

一旦建立了该连接，在步骤S5中，新车辆40准备包括其编队优选数据(存储在其USIM中)的消息，并将该消息发送至编队服务器100。在该实施方式中，编队优选数据指示：

·新车辆的当前位置；

·新车辆的目的地；

·新车辆从其当前位置到其目的地的路线；

·有关新车辆的信息(例如，车辆标识符、品牌、型号、尺寸等)

·新车辆的优选道路类型；

·新车辆的行驶优选时间；

·新车辆的剩余燃油持续时间；和

·新车辆的国际移动订户身份(IMSI)。

在步骤S7中，编队服务器100分析编队优选数据(在来自新车辆40的消息中)和各个队的当前位置(来自上一定期位置更新消息)，以识别出新车辆40要成为成员的队。在此示例中，编队服务器100从主编队高速缓存110检索第一队20和第二队30的路线，然后将它们与新车辆的路线进行匹配(来自编队优选数据)以识别出最合适的队。在这种情况下，如果新车辆40的路线与队的路线交叠达阈值距离，则该队是合适的，并且最合适的队将是具有最大路线交叠的队。在该示例中，编队服务器100将第一队20识别成最合适的队。

在该确定之后，在步骤S8中，编队服务器100基于第一队20的车辆的当前位置(存储在主编队高速缓存110中的第三数据库表中)识别出与第一队20相关联的本地编队高速缓存以及与各个本地编队高速缓存60相关联的地理区域(存储在主编队高速缓存110的第二数据库表中)。在该示例中，编队服务器100识别出本地编队高速缓存60。

在步骤S9中，编队服务器100向本地编队高速缓存60发送指令消息，该指令消息包括新车辆40的标识符、新车辆40将要加入的队的标识符以及关于如何加入队的信息(例如，驾驶指令，使得新车辆40沿着其路线行驶并汇合至第一队20)。本地编队高速缓存60将该数据存储在其相应的第一数据库表中(该第一数据库表存储与主编队高速缓存110的第一数据库表相同的数据)。因此，本地编队高速缓存60更新第一数据库表以指示第一队的成员现在包括新车辆40(这可以被指示成处于预先确认状态)。在步骤S10中，本地编队高速缓存60将指令消息转发到新车辆40。

在接收到指令消息后，新车辆40行驶至第一队20的位置，并且此后成为第一队20的成员。如上所述，第一队的各个成员(包括新车辆40)能够经由它们各自的数据连接与编队服务器100通信。这使编队服务器100能够命令该队中的各个车辆(例如，指示车辆减小其分离距离并更新其队路线信息)，并且使各个车辆能够交换数据(例如，位置和传感器信息)。在步骤S11中，新车辆40向本地编队高速缓存60发送加入确认消息，以确认新车辆40已经成为第一队20的成员。本地编队高速缓存60通过更新第一数据库表中的数据来响应接收到该消息，以确认新车辆40现在是第一队20的成员。

在步骤S13中，本地编队高速缓存60将加入确认消息转发到编队服务器100。编队服务器100通过利用第一队20的新成员的细节更新主编队高速缓存110(即，将新车辆40添加到第一队20)来做出响应。因此，主编队高速缓存110的第一数据库表利用该新信息被更新。

上述实施方式具有优于现有技术的多个优点。首先，编队服务器是蜂窝网络的集成部分，使得其可以作为车辆服务提供，而不是通过数据网络提供的越顶(OTT：Over-The-Top)服务。这样的益处是，可以为服务建立特定的通信特性(例如，通过使用网络切片)，使得与用于互联网业务的服务(例如，尽力而为的通信(best-efforts communications))相比，该服务可以利用相对较高的可靠性和相对较低的时延通信，并且编队服务器可以依靠网络的认证服务来确定是否允许车辆接入编队服务(例如，基于USIM凭据)。

此外，以上实施方式利用来自基站的广播通知来指示在该基站的覆盖区域中该编队服务器可用。这样的益处是，当服务仅在该区域可用时，UE才会请求编队服务。这减少了网络中不必要的信令消息，否则车辆将轮询网络以检查服务可用性。

进一步的益处是，蜂窝网络能够将更新推送到车辆，以存储在其USIM中(在存储器中)。这些更新可包括有关车辆的优选方案(例如，在国外漫游时的编队优选方案)或将新车辆初始化到编队服务的新信息。

现在将参照图4描述本发明的方法的第二实施方式。如上所述，编队服务器100轮询各个队的各个车辆(例如，每分钟)以确定其当前位置。这通常基于车辆的GNSS位置，但也可以使用蜂窝网络中的多个基站从三角测量得出。然而，在接收到各个队的各个车辆的位置时，编队服务器100通过实现以下方法来做出反应。

在步骤S21中，编队服务器100接收来自各个队的各个车辆位置更新消息。在步骤S23中，编队服务器100查询主编队高速缓存110的第二数据库表，以识别出与各个车辆的位置相关联的本地编队高速缓存。自上一位置更新以来，这可能由于各个辆车移至与一个或更多个其它本地编队高速缓存相关联的新位置而改变。如果没有变化，则过程结束。然而，如果车辆现在处于与一个或更多个其它本地编队高速缓存相关联的位置，则(在步骤S25中)编队服务器100通过将该车辆的队的数据推送到所述一个或更多个其它本地编队高速缓存来对该确定做出反应。根据该第二过程，将各个队的数据推送到具有覆盖队的新位置的相关联地理区域的各个本地编队高速缓存。

在RAN中具有本地编队高速缓存有多个益处。首先，基站10可以向本地编队高速缓存60查询该地理区域中队的数据，然后可以将该数据作为基站的SIB消息的一部分进行广播。这样，基站覆盖范围内的任何车辆都可以接收到此广播消息，并通过自行确定其应加入这些队中的一个队来对其做出响应。通过广播此数据，因此可以分发有关网络的队匹配处理，从而减少中央编队服务器100上的负载。类似地，RAN还可以包括本地编队服务器(或者在基站内，与本地编队高速缓存集成，或者作为不同的节点)，然后该本地编队服务器可以从基站10的覆盖区域中的车辆接收编队请求并基于本地编队高速缓存中的数据识别出合适的队。这再次分发有关网络的队匹配处理。在这两种情况下，对网络中任何队的任何更改都应通知中央编队服务器100，以便可以更新主编队高速缓存110。

在以上实施方式中，各个队的位置通过编队服务器定期地轮询各个队来更新。然而，这不是必需的，并且可以响应于事件而检索队位置信息，诸如响应于编队服务器接收到来自新车辆加入队的请求、响应于编队服务器确定新车辆应加入特定队或者基于队的已知路线进行估算。此外，编队服务器可以仅从队的子集而不是网络中的所有队请求更新，以减少信令。

此外，中央编队服务器不必基于队的位置和与本地编队高速缓存相关联的地理区域之间的已知关联，即可识别出要发送编队数据的一个或更多个本地编队高速缓存。另选地，在接收到指示该队正在接近与本地编队高速缓存相关联的地理区域的边缘的队位置更新(或其它事件)时，编队服务器可以通过识别与队的服务基站的相邻基站相关联的本地编队高速缓存来做出反应。这可以从切换消息传递中确定，也可以基于从队的已知路线的预测来确定。

在以上实施方式中，RAN包括单个基站和本地编队高速缓存。然而，这不是必需的并且各个本地编队高速缓存可以与一个或更多个基站相关联。如果与多个基站相关联，则与该本地编队高速缓存相关联的地理区域可以涵盖各个相关联的基站的覆盖区域。此外，与本地编队高速缓存相关联的地理区域可以包括由相关联的基站覆盖的各个道路(或其一部分)的标识符。

以上实施方式详述了将新车辆与现有队匹配的一个示例。然而，本领域技术人员将理解，可以使用许多其它匹配算法。此外，在没有识别出合适的队的情况下，编队服务器可以通过指示新车辆形成新队来做出响应。与该新队有关的数据可以存储在主编队高速缓存和本地编队高速缓存中(使用与上述针对加入现有队的新车辆相同的过程)，然后该队可以用作用于任何其它新车辆向编队服务器发送请求以成为该队的成员的后续匹配过程的一部分。

由于可以指示新车辆形成新队，因此术语“队”涵盖单个车辆。如果编队服务器正在监测单个车辆，使得其可以与另一车辆或其它车辆匹配以形成多车辆队，则队可以被视为包含该单个车辆。

在以上实施方式中，基站使用SIB消息向新车辆发送关于蜂窝网络中编队服务器可用的通知。这可以是SIB21广播消息的一部分。然而，这不是必需的，并且任何其它传输可以用来通知车辆。例如，如果基站接收到针对新车辆的“UE移动性事件通知”，则基站可以以利用向新车辆的关于编队服务器可用的消息来做出响应。

在上面的第二实施方式中，编队服务器从各个车辆接收位置更新，并且作为响应，识别出队的本地编队高速缓存。这不是必需的，并且编队服务器可以仅基于队的单个车辆的位置来执行此步骤。此外，编队服务器可以接收队中所有车辆或车辆的子集的位置，并基于该数据来识别本地编队高速缓存，诸如通过识别与该队中最大数量的车辆相关联的本地编队高速缓存。

本领域技术人员还将理解，对于各个车辆而言，经由编队服务器与队中的其它车辆通信不是必要的。另选地，各个车辆可以使用车辆到车辆(V2V)通信与其它车辆通信。

此外，本领域技术人员将理解，编队服务器(主服务器或本地服务器)和高速缓存(主高速缓存或本地高速缓存)不必是单独的节点。即，它们可以被集成到单个服务器单元中，该单个服务器单元也可以是另一个网络节点的一部分。

一旦队中的车辆到达其目的地后，它将离开队并将更新消息发送到编队服务器以更新该队的成员(即从成员中去除该车辆)。然后，此数据被传播到相关主编队高速缓存/本地编队高速缓存。

在上述实施方式中，从车辆发送到编队服务器的编队优选数据包括车辆的路线，然后编队服务器将该路线与队的路线进行匹配。然而，这不是必需的，并且编队服务器可以基于车辆的位置和目的地确定其路线。此外，即使编队优选数据包括车辆的路线，编队服务器也可以为车辆确定不同的路线。

在以上实施方式中，新车辆具有存储模块，该存储模块具有用于存储标识数据和编队优选数据的USIM。然而，本领域技术人员将理解，该数据可以存储在车辆中的任何合适的存储模块上。

本领域技术人员将理解，在本发明的要求保护的范围内，特征的任何组合都是可能的。

Claims (6)

1.一种在蜂窝电信网络中对车辆进行编队的方法，所述蜂窝电信网络包括第一接入网络，所述第一无线电接入网络包括第一本地编队服务器，所述蜂窝电信网络还包括具有中央编队服务器的核心网络，所述方法包括以下步骤：

所述中央编队服务器存储与第一车辆队有关的数据，所述第一车辆队位于与所述第一无线电接入网络相关联的第一地理区域中；

所述中央编队服务器将与所述第一车辆队有关的所述数据发送至所述第一本地编队服务器；

所述第一本地编队服务器接收来自车辆的加入队的请求；并且作为响应，

所述第一本地编队服务器识别所述第一车辆队。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

所述第一本地编队服务器向所述中央编队服务器发送更新消息，所述更新消息指示所述车辆已加入所述第一队。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述蜂窝电信网络还包括第二无线电接入网络，所述第二无线电接入网络包括与第二地理区域相关联的第二本地编队服务器，并且所述方法还包括以下步骤：

所述中央编队服务器确定所述第一队已经移动到所述第二地理区域的位置；以及

所述中央编队服务器将与所述第一车辆队有关的所述数据发送至所述第二本地编队服务器。

4.一种包含指令的计算机程序，当所述程序由计算机执行时，使所述计算机执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

5.一种计算机可读数据载体，所述计算机可读数据载体存储有根据权利要求4所述的计算机程序。

6.一种用于蜂窝电信网络的第一本地编队服务器，所述蜂窝电信网络具有包括中央编队服务器的核心网络，所述第一本地编队服务器包括：

收发器，所述收发器被配置成从所述中央编队服务器接收与第一车辆队有关的数据；

存储器，所述存储器用于存储与所述第一车辆队有关的数据；以及

处理器，

其中，所述收发器还被配置成接收来自车辆的加入队的请求，并且作为响应，所述处理器被配置成识别所述第一车辆队。

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