[发明专利]基于DDS协议在自动驾驶中实现分布式通信的方法

说明书

本发明应用于自动驾驶领域，提供基于DDS协议在自动驾驶中实现分布式通信的方法，采用DDS服务以数据为纽带构建无中心化的网络拓扑，实现多传感器的快速接入以及数据通信，根据传感器特性做多传感器数据融合；DDS服务提供丰富的QoS服务质量策略，能够保障数据进行实时性、高效、灵活地分发，在分布式数据传输中，结合Linux流量控制框架，提高传感器数据传输质量，在数据处理单元，采用共享内存方式，减少数据拷贝开销。

技术领域

本发明属于自动驾驶技术领域，涉及数据通信/数据处理，具体而言DDS协议在实现自动驾驶分布式通信中的应用。

背景技术

随着科技进步以及人工智能发展，自动驾驶行业快速发展。目前，自动驾驶技术主要围绕环境感知、精确定位、决策与规划以及控制与执行等功能构建软件平台。因自动驾驶道路环境与场景复杂多变，感知部分需要具备不同场景下的感知能力与冗余备份，依赖于激光雷达、视觉、毫米波雷达、超声波雷达等多传感器的信息采集与数据融合，软件平台需要具备大带宽、实时性、稳定性以及分布式等特点。

目前，国内部分方案基于机器人操作系统ROS(Robot Operating System )构建自动驾驶软件平台，使用ROS作为消息中间件，提供基于消息发布-订阅的分布式通信框架，易于集成多传感器，广泛应用于工业控制。

ROS以ROS Master为中心，实现不同节点(node)之间的消息发布-订阅，如图1所示，传感器节点作为发布者(Publisher),首先通知(Advertise)自己提供的数据类型，而订阅者(Subscriber)向ROS Master订阅(Subscribe)某种消息，如果ROS Master发现发布订阅消息类型以及消息名一致，则更新(Pub Update)发布者(Publisher)的信息给订阅者(Subscriber)，建立订阅者(Subscriber)向发布者(Publisher)的数据请求(DataRequest)，实现发布者(Publisher)向订阅者的消息发送(Data Messages)。可见，该模型存在过度依赖ROS Master单一节点的问题，而且缺乏异常恢复机制，一旦ROS Master拥塞或者异常，将影响整个系统消息交互；而且ROS不提供QoS服务质量策略，不能保证数据的高效、灵活地分发；另外ROS为开源软件，虽然功能生态丰富，但很难在自动驾驶领域构建符合车规级的软件平台。

数据分发服务DDS(Data Distribution Service for Real-Time-Systems)，作为分布式实时通信中间件，面向实时系统的数据分布服务，其发布-订阅体系架构，强调以数据为中心，如图2所示，使用RTPS服务发现协议实现完全的P2P节点发现，完成节点自动发现构建无中心化的网络拓扑；并且提供丰富的QoS服务质量策略，能够保障数据进行实时性、高效、灵活地分发；同时具备跨平台特性，广泛应用于国防、民航以及工业控制领域。而且汽车开发系统架构AUTOSAR(AUTOmotive Open System Architecture)也开始集成DDS服务，使得以DDS服务构建自动驾驶平台成为可能。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中ROS系统存在的不足，并提高传感器数据传输质量和减小数据处理开销，本发明提供基于DDS协议在自动驾驶中实现分布式通信方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的基于DDS协议在自动驾驶中实现分布式通信的方法，包含以下步骤：

步骤1），以Ubuntu系统为平台，构建DDS环境，方便多传感器接入；

步骤2），根据传感器数据特点，定义符合DDS规范的数据结构，生成相应发布者和订阅者程序，通过RTPS协议发现数据发布者与订阅者，数据发布者与订阅者根据相同数据类型相互关联；

步骤3），对于分布式接入的传感器，通过网络传输，根据不同传感器数据优先级，设置相应的数据报文的TOS字段，保证传感器数据网络传输质量；