一种车联网中基于相对位置的多信道分配系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种车联网中基于相对位置的多信道分配系统及方法，该系统包括：位置及方向采集模块，用于实时采集车辆自身的位置和速度信息，邻域车辆信息获取模块，用于接收多个邻居车辆的信息；相对位置与局部拓扑分析模块，用于在接收到多个邻居车辆的信息后，根据自身的位置信息和邻居车辆的信息，确定其前、后、左、右、左前、右前、左后、右后八个方位中的一个或多个车辆，建立米字型的邻域拓扑结构；信道分配模块，用于确定车辆自身的“颜色”，根据“颜色”从四种预设的信道分配方案选择一种；所述四种预设的信道分配方案是将信道分配问题转化为染色问题而确定的；通信模块，用于根据选择的信道分配方案，与各个方位的邻居车辆以约定的信道进行多信道同步通信。

【技术实现步骤摘要】
一种车联网中基于相对位置的多信道分配系统及方法
本专利技术涉及信息处理
，尤其涉及一种车联网中基于相对位置的多信道分配系统及方法。
技术介绍
自动车驾驶是科研和商业的热点，如何解决自动车驾驶中的安全问题是自动车驾驶的关键。现有自动车驾驶方法，主要通过融合超声、视觉、激光、GPS等信息，实现自动车的实时定位与环境感知，是自动车进行行驶决策的基础。一部分研究工作采用车间通信手段辅助自动车驾驶，包括手机通信等，但是面临组网困难，通信不充分等问题。车载自组网(VANET)作为智能交通系统的重要组成部分引起了学术界的广泛关注。随着无限射频收发器的硬件成本的降低，采用多射频，多信道的车载自组网被广泛应用。多信道VANET中一个关键问题就是多信道通信设备工作方式的设计，以及多信道通信协议的设计。车载通信的信道带宽范围为5.85GHz-5.925GHz之间，具有75MHz的频带宽度。在现在车联网系统中，这一频段多被划分为7个子信道，车载通信设备可以采用这七个信道进行无线通信。如图1所示，假设交通工具a的周边有四辆车，分别为车b、交通工具c、交通工具d、交通工具e；如果这五辆车想要建立一个相互完全通信的临时网络，通常是采用如下准则：准则1、每辆车采用不同的通信信道连接不同的交通工具，以避免信道冲突；准则2、相互连接的两辆车采用相同的通信信道连接。因此这五辆车想要形成一个相互完全通信的临时网络，则可以采用如下表1和图1所示的信道分配方式，这辆五辆车之间就可以实现冲突避免的同时通信。表1上述方法的理论虽然并不复杂，但是在实现上确不是一个简单的问题。由于网络拓扑不同，采用可靠地这信道分配方法或信道分配协议来实现上述两个目标并不容易。多信道分配的冲突避免在国内外也吸引了广泛的研究工作。在无线网络的通信协议研究中，已有了广泛的研究工作。参考文献[1](束永安,洪佩琳,覃振权.无线网状网中基于干扰模型的多信道分配策略[J].电子学报,2008,36(7):1256-1260.)中研究了在无线局域网，多跳无线网络中多信道预约冲突避免接入协议和算法；参考文献[2](中国专利：多信道网络的信道分配方法，申请号：201310294714.3申请日：2013-07-14)分别在无线网络、无线Mesh网络、无线自组网络中提出基于多信道，多天线收发的信道分配机制。但现有多信道分配的算法和协议主要是针对传统的无线网络、固定网络或者移动网络而设计的，协议的设计一般是基于通用性的网络模型，即基于一般的联通图结构模型。但在车联网中，交通工具的位置和相互关系是具有特殊性的，交通工具的运动是受到道路和行驶方向限制的，信道分配机制也应该利用这些特点进行相应的优化设计。
技术实现思路
针对现有技术中车辆联网通信时存在的组网困难及通信不充分的问题，本专利技术提供一种有效且高效的基于车联网的多信道分配系统及方法。为了解决上述问题，本专利技术提出了一种车联网中基于相对位置的多信道分配系统，其特征在于，所述系统包括：位置和方向采集模块、邻域车辆信息获取模块、相对位置与局部拓扑分析模块、信道分配模块和通信模块；所述位置及方向采集模块，用于实时采集车辆自身的位置和速度信息，同时结合GIS地理信息系统获得所在的实时运动方向，并将自身的ID以及位置、速度和行驶方向打包进行广播；所述邻域车辆信息获取模块，用于接收多个邻居车辆的信息；所述相对位置与局部拓扑分析模块，用于在接收到多个邻居车辆的信息后，根据自身的位置信息和邻居车辆的信息，确定其前、后、左、右、左前、右前、左后、右后八个方位中的一个或多个车辆，建立米字型的邻域拓扑结构；所述信道分配模块，用于确定车辆自身的“颜色”，根据“颜色”从四种预设的信道分配方案选择一种；所述四种预设的信道分配方案是基于米字型的邻域拓扑结构，将信道分配问题转化为染色问题而确定的；所述通信模块，用于根据选择的信道分配方案，与各个方位的邻居车辆以约定的信道进行多信道同步通信。作为上述系统的一种改进，所述位置及姿态采集模块包括：定位单元，用于通过车载的GPS/北斗采集车辆自身的位置信息(x，y)和速度信息(vx，vy)；定向单元，用于结合GIS地理信息系统，获得车辆相对与地理北极点的实时运动方向angle；广播单元，用于将车辆的ID以及位置、速度和运动方向打包，形成格式为[ID，x，y，vx，vy，angle]的数据包，并进行广播。作为上述系统的一种改进，所述邻域车辆信息获取模块通过蓝牙设备获取邻居车辆的信息。作为上述系统的一种改进，所述四种预设的信道分配方案包括：第一颜色信道分配方案：车辆的左前信道为信道A、前信道为信道B、右前信道为信道C、左信道为信道D、有信道为信道E、左后信道为信道F、后信道为信道G、右后信道为信道H；第二颜色信道分配方案：车辆的左前信道为信道H、前信道为信道G、右前信道为信道C、左信道为信道E、有信道为信道D、左后信道为信道F、后信道为信道B、右后信道为信道A；第三颜色信道分配方案：车辆的左前信道为信道A、前信道为信道G、右前信道为信道F、左信道为信道D、有信道为信道E、左后信道为信道C、后信道为信道B、右后信道为信道H；第四颜色信道分配方案：车辆的左前信道为信道H、前信道为信道B、右前信道为信道F、左信道为信道D、有信道为信道E、左后信道为信道C、后信道为信道G、右后信道为信道A。作为上述系统的一种改进，所述确定车辆自身的“颜色”，具体为：若该车辆为首发车辆，则由其自身随机选择四种“颜色”的一种，作为车辆自身的“颜色”；所述四种“颜色”包括：第一颜色、第二颜色、第三颜色和第四颜色；否则，根据接收到的邻居车辆在米字型的邻域拓扑结构中的位置，以及与该车辆的信道值，依据四种预设的信道分配方案，确定车辆自身的“颜色”。作为上述系统的一种改进，所述首发车辆的确定过程为：基于车辆的标牌信息，拍照数字最大或最小的车作为首发车辆。本专利技术还提供了一种车联网中基于相对位置的多信道分配方法，所述方法包括：实时采集车辆自身的位置和速度信息，同时结合GIS地理信息系统获得所在的实时运动方向，并将自身的ID以及位置、速度和行驶方向打包进行广播；接收多个邻居车辆的信息，根据自身的位置信息和邻居车辆的信息，确定其前、后、左、右、左前、右前、左后、右后八个方位中的一个或多个车辆，建立米字型的邻域拓扑结构；确定车辆自身的“颜色”，根据“颜色”从四种预设的信道分配方案选择一种；所述四种预设的信道分配方案是基于米字型的邻域拓扑结构，将信道分配问题转化为染色问题而确定的；根据选择的信道分配方案，与各个方位的邻居车辆以约定的信道进行多信道同步通信。作为上述方法的一种改进，所述四种预设的信道分配方案包括：第一颜色信道分配方案：车辆的左前信道为信道A、前信道为信道B、右前信道为信道C、左信道为信道D、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车联网中基于相对位置的多信道分配系统，其特征在于，所述系统包括：位置和方向采集模块、邻域车辆信息获取模块、相对位置与局部拓扑分析模块、信道分配模块和通信模块；/n所述位置及方向采集模块，用于实时采集车辆自身的位置和速度信息，同时结合GIS地理信息系统获得所在的实时运动方向，并将自身的ID以及位置、速度和行驶方向打包进行广播；/n所述邻域车辆信息获取模块，用于接收多个邻居车辆的信息；/n所述相对位置与局部拓扑分析模块，用于在接收到多个邻居车辆的信息后，根据自身的位置信息和邻居车辆的信息，确定其前、后、左、右、左前、右前、左后、右后八个方位中的一个或多个车辆，建立米字型的邻域拓扑结构；/n所述信道分配模块，用于确定车辆自身的“颜色”，根据“颜色”从四种预设的信道分配方案选择一种；所述四种预设的信道分配方案是基于米字型的邻域拓扑结构，将信道分配问题转化为染色问题而确定的；/n所述通信模块，用于根据选择的信道分配方案，与各个方位的邻居车辆以约定的信道进行多信道同步通信。/n

【技术特征摘要】
1.一种车联网中基于相对位置的多信道分配系统，其特征在于，所述系统包括：位置和方向采集模块、邻域车辆信息获取模块、相对位置与局部拓扑分析模块、信道分配模块和通信模块；
所述位置及方向采集模块，用于实时采集车辆自身的位置和速度信息，同时结合GIS地理信息系统获得所在的实时运动方向，并将自身的ID以及位置、速度和行驶方向打包进行广播；
所述邻域车辆信息获取模块，用于接收多个邻居车辆的信息；
所述相对位置与局部拓扑分析模块，用于在接收到多个邻居车辆的信息后，根据自身的位置信息和邻居车辆的信息，确定其前、后、左、右、左前、右前、左后、右后八个方位中的一个或多个车辆，建立米字型的邻域拓扑结构；
所述信道分配模块，用于确定车辆自身的“颜色”，根据“颜色”从四种预设的信道分配方案选择一种；所述四种预设的信道分配方案是基于米字型的邻域拓扑结构，将信道分配问题转化为染色问题而确定的；
所述通信模块，用于根据选择的信道分配方案，与各个方位的邻居车辆以约定的信道进行多信道同步通信。


2.根据权利要求1所述的车联网中基于相对位置的多信道分配系统，其特征在于，所述位置及姿态采集模块包括：
定位单元，用于通过车载的GPS/北斗采集车辆自身的位置信息(x，y)和速度信息(vx，vy)；
定向单元，用于结合GIS地理信息系统，获得车辆相对与地理北极点的实时运动方向angle；
广播单元，用于将车辆的ID以及位置、速度和运动方向打包，形成格式为[ID，x，y，vx，vy，angle]的数据包，并进行广播。


3.根据权利要求1所述的车联网中基于相对位置的多信道分配系统，其特征在于，所述邻域车辆信息获取模块通过蓝牙设备获取邻居车辆的信息。


4.根据权利要求1所述的车联网中基于相对位置的多信道分配系统，其特征在于，所述四种预设的信道分配方案包括：
第一颜色信道分配方案：车辆的左前信道为信道A、前信道为信道B、右前信道为信道C、左信道为信道D、有信道为信道E、左后信道为信道F、后信道为信道G、右后信道为信道H；
第二颜色信道分配方案：车辆的左前信道为信道H、前信道为信道G、右前信道为信道C、左信道为信道E、有信道为信道D、左后信道为信道F、后信道为信道B、右后信道为信道A；
第三颜色信道分配方案：车辆的左前信道为信道A、前信道为信道G、右前信道为信道F、左信道为信道D、有信道为信道E、左后信道为信道C、后信道为信道B、右后信道为信道H；
第四颜色信道分配方案：车辆的左前信道为信道H、前信道为信道B、右前信道为信道F、左信道为信道D、有信道为信道E、左后信道为信道C、后信道为信道G、右后信道为信道A。


5.根据权利要求4所述的车联网中基于相对位置的多信道分配系统，其特征在于，所述确定车辆自身的“颜色”，具体为：
若该车辆为首发车辆，则由其自身...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝晨，龚，耿雄飞，张鹭，王雪松，
申请(专利权)人：交通运输部水运科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11