多自治車輛協(xié)同消息調(diào)度機制研究.pdf

1、自動駕駛車輛協(xié)同安全系統(tǒng)是目前智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要關注的問題之一。主要依靠無線通信網(wǎng)絡來進行消息的傳遞，實時獲取車輛狀態(tài)信息，再通過移動模型對車輛軌跡進行準確預測，進而實現(xiàn)車輛間的協(xié)同。然而，現(xiàn)實交通環(huán)境中，車輛移動性直接影響網(wǎng)絡的性能，在車流量密度較高情況下，網(wǎng)絡會產(chǎn)生擁塞，使得消息延時或者不可達，導致車輛協(xié)同安全系統(tǒng)性能下降。車輛移動性和網(wǎng)絡之間存在著緊耦合關系，因此必須將車輛協(xié)同模型與通信機制相互結合起來進行研究，用車輛協(xié)同模型去指導

2、消息傳輸機制的設計，即建立保證自治車輛協(xié)作機制高效運行的消息調(diào)度器，確保車輛的行車安全并提高通行效率。為了對本文工作進行驗證，本文分別在仿真和真實交通環(huán)境進行了相關實驗，證明了本文研究成果的有效性和可靠性。本文主要工作包括以下幾個方面:
　　(1)提出了交叉路口中自治車輛協(xié)作的自適應服務架構。該框架考慮了車輛間進行協(xié)同以及為了保證車輛間協(xié)同的進行通信需求，基于智能駕駛員模型和元胞自動機模型建立了自治車輛軌跡預測模型，在此基礎上建立

3、了自治車輛協(xié)同模型;基于自治車輛軌跡預測模型，建立服務于自治車輛協(xié)同的自適應消息發(fā)送調(diào)度模型。為安全應用提供統(tǒng)一的實時和可靠，并易于部署的標準化自適應服務架構，實現(xiàn)自治交叉路口系統(tǒng)高效運行。
　　(2)提出了基于禁忌搜索的交叉路口中車輛協(xié)同控制策略。該策略通過對車輛的時空軌跡進行數(shù)據(jù)離散化建模，建立了基于預約的車輛請求批處理機制。提出了沖突矩陣消減模型，通過在每個批處理周期內(nèi)消減矩陣中車輛間的沖突關系，得到一組無沖突車輛請求預約解

4、集。在此基礎上，采用禁忌搜索算法對得到解集的鄰域進行搜索，利用較小的搜索代價提高最終解的質(zhì)量，使得在單位時間內(nèi)更多車輛能夠通過交叉路口，達到提高交叉路口吞吐量的目標。通過實驗表明，該策略分別在平衡與不平衡的交通流狀態(tài)下，與FCFS(first come first service)和信號控制策略關于車輛平均延時與交叉路口吞吐量兩個指標進行比對，基于禁忌搜索的路口控制策略性能均優(yōu)于上述兩種策略，驗證了所提出策略的有效性。
　　(3)

5、提出了一種考慮車輛相對安全關系的自適應消息發(fā)送速率控制方法。該方法根據(jù)在交叉路口中車輛間的相對運動關系（速度和位置）和當前信息的發(fā)送速率，計算當前車流量密度環(huán)境下滿足網(wǎng)絡效用最大化時MAC層的最大發(fā)送速率，并計算此時與應用層中安全應用中產(chǎn)生消息速率之間的差值，以及MAC層中實際發(fā)送的數(shù)據(jù)量與理想狀態(tài)發(fā)送數(shù)據(jù)量之間差值，來建立下一時刻無線通信信道擁塞情況下的成本函數(shù)，利用此成本函數(shù)，建立消息產(chǎn)生率模型，來自適應調(diào)整下一時刻的應用層消息產(chǎn)生

6、率，避免信道擁塞和消息隊列溢出，從而實現(xiàn)提高信道的利用率，降低通信延時，保證安全應用高效運行。通過實驗表明，該方法以較低的計算時間開銷，有效減少通信傳輸延時，保證數(shù)據(jù)的可靠發(fā)送，避免由于信道擁塞，導致協(xié)作式安全應用失效問題。
　　(4)提出了在安全信息通信子層中的基于排隊論的自適應消息發(fā)送速率控制方法，設計了為上層應用提供可靠和實時通信服務的自適應消息發(fā)送策略。該策略中安全信息通信子層的消息隊列可以被看作是具有馬爾科夫特性的泊松排

7、隊系統(tǒng)。根據(jù)肯達爾模型，通過優(yōu)化消息隊列總長度的均值和平均逗留時間，提高安全信息通信子層處理消息的實時性。提出了消息發(fā)送頻率自適應機制，對實際應用中車輛發(fā)送數(shù)據(jù)進行預測編碼，得出車輛潛在碰撞危險程度準確度概率的估計，根據(jù)車輛潛在碰撞危險程度準確度概率建立用自適應速率發(fā)送策略，達到降低消息發(fā)送頻率和消息平均到達速率目的。提出了數(shù)據(jù)壓縮機制——VDC數(shù)據(jù)同步策略。該策略將要傳輸數(shù)據(jù)分為發(fā)生變化和沒有變化的兩組數(shù)據(jù)塊序列，通過減少傳輸沒有變化