[发明专利]基于无线多跳自组网的高速公路智能车辆感知与路灯控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能交通领域和无线通信领域，具体地讲是一种基于无线多跳、无中心的自组网协议的高速公路智能车辆感知与路灯控制方法。

背景技术

高速公路路网是国家最为重要的基础设施之一，其规模庞大，信息化管理任务繁重。提升公路路网交通信息化与智能化水平是我国公路交通发展的重点任务。

为了提高高速公路行车安全程度，高速公路运营管理单位纷纷为高速公路架设路灯，以提升恶劣天气和夜晚情况下的道路可见度。为了降低能耗，达到绿色交通的目的，高效自动的高速公路智能车辆感知与路灯控制技术，成为当务之急。

目前，对公路路灯的控制手段，主要是依赖人工操作，或简单的环境光测量，无法满足高效、低耗、实时的控制效果。

无线多跳自组网可以看作是一个独立的自治系统或者是一个对因特网的多跳无线扩展。作为一个自治系统，它有自己的通信协议和网络管理机制。与其他通信网络相比，无线多跳自组网有以下特点：

(1)自组织：自组网相对常规通信网络而言，最大的区别就是可以在任何时刻、任何地点不需依靠基础设施的支持，快速构建起一个移动网络。

(2)多跳路由：当节点要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，需要中间节点的多跳转发。无线自组织网络中的多跳路由是由普通的网络节点完成的。网络中的每一个网络节点扮演着多个角色，它们可以是服务器、终端，也可以是路由器。

将无线多跳自组网技术和高速公路智能车辆感知与路灯控制结合，是跨学科技术的交叉融合。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于无线多跳自组网的高速公路智能车辆感知与路灯控制方法，能够完成在高速公路上或具有类似特征的场合的智能车辆感知和路灯控制。

本发明采用的技术方案为：一种基于无线多跳自组网的高速公路智能车辆感知与路灯控制方法，包括以下步骤：

1)每台车辆上设置有一个车上单元(OBU：On Board Unit)：集成双向低功耗无线通信系统；车上单元OBU采用卡式有源结构，OBU在高速公路入口处分发，或与ETC卡绑定同时发放；

2)每根高速公路路灯杆上架设有路边单元(RSU：Road Side Unit)：集成两路双向低功耗无线通信系统，与路灯通断控制口直接连接；RSU可接收OBU发送的标识数据，可与邻居RSU双向通信；具备数据融合处理功能；可对所连接路灯进行通断控制；路灯典型间隔距离为30米，因此相邻RSU之间距离典型值为30米，RSU构成的拓扑为典型间隔30米分布的线性拓扑；

3)网络的建立与维护；

(a)RSU周期性以设定的功率发送自身标识，使用CSMA/CA方式争用预先设定频率的无线信道；

(b)当某RSU发现另外某RSU的信号强度超过阈值，而该RSU不在本RSU的邻居列表中，就将该节点加入到本RSU的邻居列表，并启动该节点更新计时器；

(c)当某RSU发现另外某RSU的信号强度超过阈值，而该RSU已在本RSU的邻居列表中，就恢复该表项对应的节点更新计时器初值，并重新启动；

(d)当本RSU邻居列表中的某表项节点更新计时器计时结束，将该表项从本RSU邻居列表中删除；

4)车辆感知信息传输和路灯控制实现步骤：

(a)在高速公路上，OBU以设定的周期广播自身标识，使用无反馈的简单CSMA方式与其他可能存在的OBU争用预先设定频率的无线信道，并且OBU的发射功率受到限制，1～2个距离较近的RSU会收到OBU的发送数据；所广播的标识附加序号0；在两次发送之间OBU可休眠以降低功耗；

由于车辆的高速移动性，OBU与附近RSU的位置关系会发生快速的变化，OBU的信道争用环境也会发生快速的变化，基于此特点，OBU仅使用CSMA来减少碰撞，不使用RSU的反馈来判断是否需要重发，OBU会以带随机延时的周期进行业务层的重发。

由于OBU移动性以及CSMA不可完全避免的碰撞可能性，会导致OBU发送的数据包有一定的概率(虽小但无法完全忽略)无法被RSU正确接收，在设计自组织多跳方案时必须予以针对性的考虑。

发送的周期(间隔)设定与RSU间距及允许的最大车速有关。在设定的周期下，间距越小或车速越快，则单个RSU无法正确接收OBU标识数据的概率越大。当该概率过大时，路灯控制的实时性和准确性会受到影响。需要在以上因素和OBU的低功耗性能之间取得均衡。