[发明专利]协同车辆安全系统中参考模型自适应速率控制系统及方法

权利要求书

1.协同车辆安全系统中参考模型自适应速率控制系统，所述协同车辆安全系统中的车辆具有单无线电通信能力，即均具备无线发送和接收消息的能力，其特征在于所述的系统包括如下模块：

车辆跟踪模块：提供车辆自身状态信息给周围车辆，并且根据收到的数据包估计周围车辆状态；

参考模型模块：根据给定的可接收的跟踪精度，基于当前的车辆传输速率、车辆数目、车辆运动速度与干扰预测出理想的车辆网络状态；

自适应BSM速率控制模块：根据理想的车辆网络状态与当前实际车辆网络状态给出实时BSM速率控制策略，以实现车辆精确跟踪；

所述的估计周围车辆状态分两种情况：

当接收者j在t时刻没有收到节点i的状态信息，用公式估计节点i的状态，其中Δt代表消息传输的时间间隔；

当接收者j在t时刻接收到节点i的状态信息，用公式估计节点i的状态；

所述的跟踪精度，首先计算数据包的总接受概率P_succ(λ_s(t)),

然后把总接受概率映射为车辆跟踪精度，其中，P_{m_succ}代表车辆在高速运动状态下，在它通信范围内的其它车辆收到BSM数据包的概率；P_{t_succ}代表成功传输数据包概率，即在参考节点的通信范围内，在同一时隙只有一个车辆节点使用信道的概率；P_{h_suss}代表存在隐藏终端下数据包成功发送的概率；τ_e和τ_s分别代表在任一时隙，车辆发送一个紧急包的概率和车辆发送一个BSM包的概率；R代表车辆的传输范围，也就是通信范围；假设车辆在双向单车道上行驶，每一个方向上的车辆都满足齐次泊松过程，β代表平均泊松率；V_min，V_max和μ分别代表路上车辆的最低速度，最高速度和平均速度；T_t代表一个数据包传输时间；λ_s(t)代表车辆节点i在t时刻发送BSM数据包的速率；T_vul代表隐藏终端的易失周期；T_vir代表平均一个虚拟时隙的时间长度；ε_ji(t)代表节点j对节点i在t时刻的估计误差；

所述的实时BSM速率控制策略，指的是采用PID控制实现：

其中

2.协同车辆安全系统中参考模型自适应速率控制方法，其特征在于所述的方法包含如下3个步骤：

201)实时车辆跟踪模块提供车辆自身状态信息，包括车辆位置、车辆速度、车辆行驶方向等信息，给周围车辆，并且根据接收到的周围车辆发送来的数据包估计周围车辆状态；

所述的根据接收到的周围车辆发送来的数据包估计周围车辆状态，具体过程如下：

A1)令与分别代表接收者j在t时刻对发送者i车辆的位置估计与速度估计，x_i(t)与v_i(t)分别代表发送节点i在t时刻真实的位置与真实的速度；

A2)当接收者j在t时刻没有收到节点i的状态信息，用如下公式来估计节点i的状态：其中与分别代表接收者j在(t-1)时刻对发送者i车辆的位置估计与速度估计；

A3)当接收者j在t时刻收到节点i的状态信息，用如下公式来估计节点i的状态：

202)参考模型模块根据从车辆跟踪模块获得的真实交通流状况，估计当前网络中车辆数目、车辆速度与干扰情况，计算数据包的总接收概率，并把总接收概率映射为车辆跟踪精度，最后基于可接收的跟踪精度，以有限时域滚动优化的方法预测出理想车辆网络状态；

所述的数据包的总接收概率P_succ(λ_s(t)),

所述的把总接收概率映射为车辆跟踪精度，用下面公式表示：

203)自适应速率控制模块根据理想车辆网络状态与当前实际车辆网络状态之间的差异给出实时速率控制策略，以实现车辆精确跟踪；

所述的实时速率控制策略，指的是采用PID控制实现：

其中λ_s(t)是节点i在t时刻BSM数据包的传输速率，

和分别代表节点i的比例增益,积分增益和微分增益；

为t时刻的数据包成功接收概率y_i(t)和期望的数据包成功接收概率之间的偏差。