多自治車輛協(xié)同消息調(diào)度機(jī)制研究.pdf

1、自動(dòng)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(guān)注的問題之一。主要依靠無線通信網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行消息的傳遞，實(shí)時(shí)獲取車輛狀態(tài)信息，再通過移動(dòng)模型對(duì)車輛軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車輛間的協(xié)同。然而，現(xiàn)實(shí)交通環(huán)境中，車輛移動(dòng)性直接影響網(wǎng)絡(luò)的性能，在車流量密度較高情況下，網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生擁塞，使得消息延時(shí)或者不可達(dá)，導(dǎo)致車輛協(xié)同安全系統(tǒng)性能下降。車輛移動(dòng)性和網(wǎng)絡(luò)之間存在著緊耦合關(guān)系，因此必須將車輛協(xié)同模型與通信機(jī)制相互結(jié)合起來進(jìn)行研究，用車輛協(xié)同模型去指導(dǎo)

2、消息傳輸機(jī)制的設(shè)計(jì)，即建立保證自治車輛協(xié)作機(jī)制高效運(yùn)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(duì)本文工作進(jìn)行驗(yàn)證，本文分別在仿真和真實(shí)交通環(huán)境進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，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(gè)方面:
　　(1)提出了交叉路口中自治車輛協(xié)作的自適應(yīng)服務(wù)架構(gòu)。該框架考慮了車輛間進(jìn)行協(xié)同以及為了保證車輛間協(xié)同的進(jìn)行通信需求，基于智能駕駛員模型和元胞自動(dòng)機(jī)模型建立了自治車輛軌跡預(yù)測(cè)模型，在此基礎(chǔ)上建立

3、了自治車輛協(xié)同模型;基于自治車輛軌跡預(yù)測(cè)模型，建立服務(wù)于自治車輛協(xié)同的自適應(yīng)消息發(fā)送調(diào)度模型。為安全應(yīng)用提供統(tǒng)一的實(shí)時(shí)和可靠，并易于部署的標(biāo)準(zhǔn)化自適應(yīng)服務(wù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自治交叉路口系統(tǒng)高效運(yùn)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(duì)車輛的時(shí)空軌跡進(jìn)行數(shù)據(jù)離散化建模，建立了基于預(yù)約的車輛請(qǐng)求批處理機(jī)制。提出了沖突矩陣消減模型，通過在每個(gè)批處理周期內(nèi)消減矩陣中車輛間的沖突關(guān)系，得到一組無沖突車輛請(qǐng)求預(yù)約解

4、集。在此基礎(chǔ)上，采用禁忌搜索算法對(duì)得到解集的鄰域進(jìn)行搜索，利用較小的搜索代價(jià)提高最終解的質(zhì)量，使得在單位時(shí)間內(nèi)更多車輛能夠通過交叉路口，達(dá)到提高交叉路口吞吐量的目標(biāo)。通過實(shí)驗(yàn)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(hào)控制策略關(guān)于車輛平均延時(shí)與交叉路口吞吐量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，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(yàn)證了所提出策略的有效性。
　　(3)

5、提出了一種考慮車輛相對(duì)安全關(guān)系的自適應(yīng)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(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系（速度和位置）和當(dāng)前信息的發(fā)送速率，計(jì)算當(dāng)前車流量密度環(huán)境下滿足網(wǎng)絡(luò)效用最大化時(shí)MAC層的最大發(fā)送速率，并計(jì)算此時(shí)與應(yīng)用層中安全應(yīng)用中產(chǎn)生消息速率之間的差值，以及MAC層中實(shí)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(shí)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(yīng)調(diào)整下一時(shí)刻的應(yīng)用層消息產(chǎn)生

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

7、隊(duì)系統(tǒng)。根據(jù)肯達(dá)爾模型，通過優(yōu)化消息隊(duì)列總長(zhǎng)度的均值和平均逗留時(shí)間，提高安全信息通信子層處理消息的實(shí)時(shí)性。提出了消息發(fā)送頻率自適應(yīng)機(jī)制，對(duì)實(shí)際應(yīng)用中車輛發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼，得出車輛潛在碰撞危險(xiǎn)程度準(zhǔn)確度概率的估計(jì)，根據(jù)車輛潛在碰撞危險(xiǎn)程度準(zhǔn)確度概率建立用自適應(yīng)速率發(fā)送策略，達(dá)到降低消息發(fā)送頻率和消息平均到達(dá)速率目的。提出了數(shù)據(jù)壓縮機(jī)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