基于車(chē)車(chē)通信的路況信息采集算法

　　關(guān)于車(chē)車(chē)通信的研究早在20世紀80年代在日本、歐美等國家紛紛啟動(dòng)。我國對車(chē)車(chē)通信的研究起步比較晚，主要有清華大學(xué)專(zhuān)家研究提出了一種基于車(chē)車(chē)通信的交通信息采集方法，設計了相應的無(wú)線(xiàn)交通信息服務(wù)系統(WTISS)原型;武漢理工大學(xué)的學(xué)者們在基于自組網(wǎng)的車(chē)車(chē)通信研究中，旨在通過(guò)車(chē)車(chē)通信解決交通中的緊急情況報警及剎車(chē)輔助等。

　　另外，上海交通大學(xué)研究一種基于A(yíng)d Hoc無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的自主式道路通行狀況信息系統，該系統主要是通過(guò)每輛車(chē)與對向車(chē)的自組網(wǎng)連接，并周期性地廣播自身車(chē)輛采集的信息，了解該車(chē)行駛前方道路的擁堵情況。該方案存在以下問(wèn)題：首先，當車(chē)輛密度較大時(shí)，周期性的信息廣播必然造成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的過(guò)載;第二，對于無(wú)對向車(chē)的單行線(xiàn)，以及對向車(chē)無(wú)車(chē)輛行駛的道路交通路況信息無(wú)法掌握;第三，由于該系統僅依賴(lài)對向車(chē)采集，其路網(wǎng)覆蓋率相對較低，實(shí)時(shí)性及信息覆蓋范圍會(huì )受到一定限制。本文提出的采集算法及系統工作流程旨在解決這些問(wèn)題。

　　1 車(chē)車(chē)通信過(guò)程

　　本文介紹的車(chē)車(chē)通信中，車(chē)輛間的交互信息為車(chē)輛自身采集信息，如何通過(guò)車(chē)輛自身采集信息獲得其當前的路況信息是本文的研究重點(diǎn)。

　　車(chē)輛自身采集信息的構成包括車(chē)輛行駛的路段(包括方向)、行駛距離、行駛時(shí)間、采集的時(shí)間戳，以及必要的車(chē)輛標識信息。其信息內容格式見(jiàn)表1。

　　圖1是車(chē)輛行駛過(guò)程，其中，A，B，C，…標識路段;d0表示路段起點(diǎn)的距離偏差;d1表示信息采集末端到路段末端的距離偏差;S0表示實(shí)際路段長(cháng)度;S表示車(chē)輛采集信息所行駛的路段長(cháng)度;(x1，y1，t1)，(x2，y2，t2)是車(chē)輛駛入和駛出路段的位置和時(shí)間。

　　車(chē)車(chē)通信流程可分為發(fā)送采集信息的流程和接收外界信息的流程兩個(gè)部分，如圖2所示。其中，虛箭頭左端是節點(diǎn)采集信息流程;右端是節點(diǎn)接收外界信息的流程，虛箭頭表示一節點(diǎn)向另一節點(diǎn)發(fā)送信息。

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2 車(chē)車(chē)通信模型

　　按照上述設計，車(chē)車(chē)通信模型如圖3所示，其中車(chē)輛節點(diǎn)用長(cháng)方塊加數字來(lái)識別;圓形虛線(xiàn)指車(chē)輛節點(diǎn)的通信區域;箭頭線(xiàn)表示某車(chē)輛節點(diǎn)發(fā)出廣播包到另。一個(gè)車(chē)輛節點(diǎn);“×號”表示目的車(chē)輛節點(diǎn)的丟棄信息。

　　3 信息采集算法

　　如圖3所示，假設某路段共有N個(gè)車(chē)輛節點(diǎn)，t時(shí)刻某車(chē)輛i接收到了N1輛車(chē)的路況信息，此時(shí)處理后的路況信息可用速度表示如下：

　　式中：Si，Ti為車(chē)輛i駛過(guò)該路段的距離及所用時(shí)間。過(guò)一段時(shí)間后，在t’時(shí)刻該車(chē)輛又獲得了N2輛車(chē)的信息，那么它處理后的路況信息用速度值表示為：

　　假設路段起點(diǎn)及路段末端的偏差相同，即每個(gè)車(chē)輛行駛的距離都為S，則t’時(shí)刻接收到的信息采集車(chē)輛(M輛)與該路段總的信息采集車(chē)輛(N輛)所采集的路況信息(速度)統計誤差率為：

　　由上式可以看出，接收且統計的信息來(lái)源車(chē)輛數M越接近該路段信息采集的車(chē)輛總數N，采集的路況信息越接近實(shí)際，當M=N時(shí)，e=0。

　　4 仿真平臺和仿真結果

　　根據該系統工作方式，本仿真基于NS2網(wǎng)絡(luò )仿真模塊模擬自組織網(wǎng)絡(luò )(Ad Hoe)，底層采用IEEE802.11無(wú)線(xiàn)協(xié)議。在仿真過(guò)程中車(chē)輛的速度在一個(gè)范圍內隨機取值，廣播通信的實(shí)現是在A(yíng)ODV協(xié)議的基礎上做了相應的修改。為了比較不同通信方式的效果，本文增加了對車(chē)輛單播通信的仿真模擬，其具體流程與廣播類(lèi)似。在廣播與單播通信方式下，車(chē)輛獲得的路況信息統計值與真實(shí)值之間的平均誤差率如圖4所示。

　　在仿真過(guò)程中發(fā)現，單播傳遞過(guò)程會(huì )有大量的丟包現象，分析其主要原因是單播包文的轉發(fā)主要依靠某些路由協(xié)議轉發(fā)數據包，車(chē)輛節點(diǎn)密度越大，丟包越嚴重，這也是選擇廣播通信的一個(gè)原因。

　　5 結語(yǔ)

　　目前車(chē)車(chē)通信技術(shù)的研究多處在研究階段，本文提出的算法針對現有一些研究的相關(guān)問(wèn)題及不足進(jìn)行了改進(jìn)。通過(guò)采用路段末端處發(fā)送廣播信息可避免周期性的廣播及減少信息量;采用行駛距離與行駛時(shí)間的速度計算可獲得較準確的路況信息;同時(shí)，車(chē)輛信息的傳遞不局限于對向車(chē)。最后，通過(guò)上述算法的仿真可看出，改進(jìn)后的算法具有一定的有效性及參考意義，今后將需進(jìn)一步深入研究，并利用一些交通仿真系統進(jìn)行更加真實(shí)的模擬測試。