[发明专利]一种基于风险评估效用的安全性无人驾驶车群构建方法

权利要求书

1.一种基于风险评估效用的安全性无人驾驶车群构建方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤1.风险评估效用：

风险评估效用REU(Risk Evaluation Utility)作为车群的安全性度量指标；在t时刻的无人驾驶车辆节点v_i的REU为：

表示无人驾驶车辆节点v_i在t时刻的REU值；

预估损失等级ELL(Estimated Loss Level)是对无人驾驶车辆的预估损失进行量化的指标，分为低级、中级和高级三个级别；

表示无人驾驶车辆节点v_i在t时刻的ELL的值；

int()函数用来将ELL级别转换为相应的正实数值，选取单调递增的函数；

α的值是根据int函数的取值范围设定的，使得REU取值具有明显的区分度；

分别对应CVSS评分系统中的基础指标得分，生命周期指标得分和环境指标得分，得分越高表示漏洞的严重程度越高；

步骤2.无人驾驶车群成员相关定义：

为了研究基于风险评估效用的安全性无人驾驶车群构建方法，相关定义如下：

定义1距离函数dist：车群形成算法使用欧式距离衡量两个车辆节点之间的距离，即：

其中，v_i,v_j代表车辆节点，(x,y,z)是车辆节点在三维空间的坐标；

基于距离函数dist和REU的值，分别对要构建的车群中相关节点的角色进行定义如下：

定义2核心节点CN(Core Node)：当节点在ε邻域内的邻居节点数量达到τ，REU高于半数以上的邻居节点时，该节点被称为核心节点；此时节点的REU需要按照公式(8)重新计算：

其中，V是节点的ε邻域内的所有节点的集合，|V|是集合V中元素的数量；由公式(8)可知，核心节点更新后的会小于上一时刻的由此可以反映原来的普通节点在成为车群中的关键节点后风险增加，安全系数降低；核心节点主要分担主节点的通信和计算负载；

定义3主节点MN(Master Node)：核心节点需要通过竞选机制才能升级为主节点；一个节点满足以下条件则升级为主节点：

(1)该节点是核心节点；

(2)REU值高于半数以上的邻居核心节点，或者不存在其他核心节点；

主节点的邻居核心节点充当次级节点，负责维护其子车群和主节点的通信；当车群中只有一个核心节点时，此核心节点依然升级为主节点，此时车群中不存在次级节点；主节点的REU需要按照公式(9)进行更新：

其中，V是主节点下属的核心节点及其子车群的集合；

定义4边界节点BN(Border Node)：如果一个噪声点处在某个核心节点的ε邻域内，在该节点收到核心节点的心跳包后升级为边界节点，此时节点正式加入车群；即节点满足如下条件则加入车群：

其中，N_i是节点v_i的邻居集合，v_c是其邻居集合中的一个核心节点；

定义5噪声节点NN(Noise Node)：既非核心节点也非边界节点，此类节点邻域内不存在核心节点和主节点；如果其邻域中存在边界节点，可以依靠边界节点与核心节点保持连接，此时将该节点加入车群构成的拓扑网络中；否则该节点不参与车群构建；

步骤3.基于风险评估效用的无人驾驶车群形成方法：

首先，通过风险评估效用对无人驾驶车群中主要的核心节点和主节点进行选举，给出基于风险评估效用的无人驾驶车群形成方法；

然后，通过主节点、核心节点发送心跳包的方式对无人驾驶车群进行维护；

最后，提出了安全性评价指标，从车群风险评估效用、各种类型节点存活时间和主节点平均变更次数方面对无人驾驶车群进行评估；

步骤4.车群维护：

选举出核心节点和主节点后，依靠这些节点对下属节点发送心跳包对车群进行维护；具体步骤如下所示：

1)核心节点和主节点分别对自己的邻居节点发送心跳消息HEARTBEAT；

2)核心节点收到主节点的HEARTBEAT消息时，更新自己的上级信息，同时回复REPLY_HEARTBEAT消息保持通信；

3)噪声节点收到核心节点的HEARTBEAT消息时，身份变成边界节点，则已经加入车群，同时更新自己的上级信息并回复REPLY_HEARTBEAT消息保持通信；反之，如果一个噪声节点从未收到核心节点的HEARTBEAT消息，表明该节点从未加入到车群中；

新节点的加入也依赖核心节点和主节点的心跳消息；如果新节点不处于任何核心节点的ε邻域内，则认为该节点游离在车群之外；当新节点加入时，必然会进入某个核心节点的ε邻域内，在该节点收到核心节点的心跳消息后，便可加入车群成为边界节点；

如果边界节点离开车群，会导致核心节点邻域内节点数目变少，节点密度下降，此时如果核心节点的密度已经低于阈值，仍然保留核心节点的身份。