V2X通信中对位置进行编码的方法和设备与流程

本申请整体涉及在位置确定系统中对位置数据进行编码，并且具体地涉及用于更有效地对位置信息进行编码，以使得一个设备能够使用车辆对外界(v2x)通信将其位置通信到另一设备的机制。

背景技术：

v2x通信涉及从车辆到另一设备或从另一设备到车辆的通信。该另一设备可以是另一车辆(车辆对车辆(v2v))、路侧基础设施(车辆对基础设施(v2i))、行人(车辆对行人(v2p))或任何其他设备(车辆对设备(v2d))。通信通常是例如使用wlanieee802.11系列标准(例如，车载环境中的无线接入(wave)通信)的本地化短程通信，但是本申请不限于这样的通信，并且可以在非短程信道上进行v2x通信的上下文中，对位置数据进行编码来实现。

在智能运输系统中经常遇到的问题之一是确定系统中另一元件的位置。例如，自动收费系统通常需要标识过往车辆的定位(某些系统将此称为“车道分配”)以进行收费。发送到车辆的、有关接近中的紧急车辆、即将到来的交通问题或道路工程或附近的路侧特征等的信息可以包括附近设备或车辆的定位信息。同样，车辆可能需要将其定位通信到附近的车辆或附近的路侧基础设施。

通常使用诸如全球定位系统(gps)等的全球导航卫星系统(gnss)来获得定位信息。例如，在某些情况下，定位可以使用以十进制度数表示的纬度和经度坐标来表示。

v2x中的定位信息通常需要被快速且准确地通信，并且在某些情况下可能涉及使用具有传输冲突和/或低能量传输的拥塞信道。

附图说明

现在将通过示例的方式参考附图，附图示出了本申请的示例实施例，并且其中：

图1示出了量化地理坐标系的一个示例；

图2示出了量化地理坐标系内两个设备之间的有限范围位置确定的一个示例；

图3示出了量化地理坐标系内两个设备之间的位置确定的另一示例，以及在确定位置时要解决的潜在歧义；

图4以流程图形式示出了用于由接收设备确定发送设备的地理位置的一个示例方法；

图5示出了发送设备的一个示例简化框图；以及

图6示出了接收设备的一个示例简化框图。

在不同的附图中可能已使用了相同的附图标记来表示相同的组件。

具体实施方式

本申请描述了用于对地理位置进行编码和通信的方法和设备。发送设备对地理坐标系进行量化，并在量化之后将其位置作为增量或余量发送。接收设备确定其自身的量化位置，并在发送设备的可能量化坐标位置之间进行歧义消除，以标识发送设备的实际量化坐标位置。由此，接收设备使用所标识的实际量化坐标位置和由发送设备发送的增量位置数据来确定发送设备的位置。接收设备然后可以基于所确定的发送设备的位置来触发动作。

在一个方面，本申请描述了使用接收设备与发送设备之间的通信信道来确定发送设备的地理位置的方法，发送设备在接收设备附近。方法可以包括：在接收设备处，通过通信信道从发送设备接收消息，消息包含发送设备的增量位置数据，从增量位置数据可以确定增量位置；确定接收设备的坐标位置，并对接收设备的坐标位置进行量化，以获得接收设备的量化坐标位置；在针对发送设备的候选量化坐标位置之间进行歧义消除，以标识被发送设备用于确定增量位置数据的发送设备量化坐标位置；通过将增量位置添加到所识别的发送设备量化坐标位置来确定发送设备的坐标位置；以及基于所确定的发送设备的坐标位置来引起动作。

在另一方面，本申请描述了用于使用接收设备与发送设备之间的通信信道来确定发送设备的地理位置的接收设备，发送设备在接收设备附近。接收设备可以包括：无线通信子系统，用于通过通信信道而从发送设备接收消息，消息包含发送设备的增量位置数据，从增量位置数据可以确定增量位置；处理器；以及可由处理器执行并包含指令的地理位置应用。当由处理器执行时，指令可以使得处理器：确定接收设备的坐标位置并对接收设备的坐标位置进行量化以获得接收设备量化坐标位置；在发送设备的候选量化坐标位置之间进行歧义消除，以标识被发送设备用于确定增量位置数据的发送设备量化坐标位置；通过将增量位置添加到所标识的发送设备量化坐标位置来确定发送设备的坐标位置；以及基于所确定的发送设备的坐标位置来引起动作。

在又一方面，本申请描述了存储计算机可执行程序指令的非暂时性计算机可读介质，计算机可执行程序指令在被执行时，使得一个或多个处理器执行所描述的方法。

本领域普通技术人员将从结合附图对示例的以下描述进行回顾中理解本申请的其他方面和特征。

在本申请中，在不必排除附加元素的情况下，术语“和/或”旨在涵盖所列元素的所有可能的组合和子组合(包括单独列出的元素中的任一个、任何子组合或所有元素)。

在本申请中，在不必排除任何附加元素、也不必要求所有元素的情况下，短语“…或…中的至少一个”旨在涵盖所列元素中的任一个或多个(包括单独列出的任何元素、任何子组合或所有元素)。

在下面的示例中，对“定位”或“位置”的引用旨在指代坐标系中的地理位置，坐标系通常是全球规模的(例如，纬度和经度坐标)。术语“定位”和“位置”在本文中可互换使用。

如上所述，因为一个设备可能需要确定另一设备的定位，而两个设备中的一个或两者均可能处于运动中，所以定位信息在智能交通系统中很有用。v2x通信可能涉及车辆将其位置报告给可能处于运动或静止状态的另一设备。它还可能涉及设备向车辆报告其定位，其中该设备处于运动中或静止。获得相对于另一设备的位置信息的接收设备然后能够基于位置信息采取某些动作。根据实现方式的具体情况，可以采取多种可能的动作。在接收设备是车辆并且发送设备是另一车辆的情况下，示例动作可以包括使得车辆采取物理动作(例如，制动、转向或其他规避动作)；由于附近有另一车辆，导致输出警告信号；以及在所显示的地图或所存储的虚拟坐标空间上映射另一车辆来跟踪附近的物体。在接收设备是车辆而发送设备是路侧设备的情况下，示例动作可以包括输出通知(例如，附近有障碍物、收费站、紧急情况或其他事件的警告)；输出附近零售报价或机会的通知；以及将路侧设备映射到所显示的地图或所存储的虚拟坐标空间上，以跟踪附近的物体。在接收设备是路侧设备而发送设备是车辆的情况下，示例动作可以包括收取通行费；通知执行服务；将车辆映射到所存储的虚拟坐标空间来跟踪附近的车辆。通过在v2x通信的上下文中确定附近设备的位置而实现的其他可能动作的全部范围将被本领域普通技术人员所理解。

如上所述，地理定位信息通常使用gnss(例如，gps或类似的此类系统)来确定。地理位置可以使用纬度和经度坐标来表示。纬度和经度通常表示为：

度-弧分-弧秒：d°m's.ss″

度-弧分：d°m.mm'

度[十进制]：d.dd°

纬度坐标具有180度范围(例如，[-90°,90°)或[0°,180°))，且经度坐标具有360度范围(例如，[-180°,180°)或[0°,360°))。由于地球不是完美的球体，因此存在用于描述参考椭球的各种测地线系统(例如，wgs84)。在某些示例中，为了描述分辨率约为1米的点，以十进制度数表示的经度和纬度坐标需要五个小数位精度：

当以十进制度数表示时，对纬度和经度的编码可以使用多种编码方案来完成，例如：

在v2x通信的情况下，因为车辆通信不涉及位置较远的元素的定位确定，所以假设通信中涉及的两个设备或端点相对紧密接近。因此，根据本申请的一个方面，紧密接近的假设可以用来对地理定位信息进行压缩和编码。有效载荷因此可以被缩短，从而导致信道冲突的可能性降低、带宽使用率提高和/或节省了传输功率。

两个设备或端点的相对接近意味着在编码和发送完整的全球地理坐标(例如，纬度和经度坐标)方面存在显著冗余。因此，该冗余可以表示为：

位置＝公共基准+增量

公共基准部分可以被视为被量化为粗粒度的位置分量。增量就是余量。增量在本文中可以被称为“误差”或“残差”。

换言之，地理坐标系可以通过量化步长以创建分辨率为量化步长的的方格图(网格)而被量化。接收设备知道或确定其在地理坐标系中的位置。接收设备然后可以基于由发送设备发送的误差数据、结合通信介质的已知传播限制(例如，rf范围)、或可以用于标识公共基准的编码信息，确定发送设备的地理位置。下面提供了两者的示例。

现在参考图1，图1图示了示例量化地理坐标系100。该示例中的坐标系100是笛卡尔坐标系，但是其他示例可以使用其他坐标类型。该系统可以通过量化步长q来量化。具体地，在该示例中，量化可以基于每个坐标的“向下取整(floor)”量化，从而产生量化坐标位置gij的网格。例如，所示系统100中正方形102中的所有点被量化为gij。

可能存在位置a，其中标记a指示设备a的未量化的两个分量坐标位置。位置a可以被量化为ga，其中ga的位置由下式给出：

在所示示例中，点a的量化坐标位置为ga＝gi(j+1)。从点a的量化坐标位置到点a的实际位置的矢量是量化操作的残差(误差或增量)。

代替向设备b发送位置a的完整地理坐标，设备a可以仅发送增量(即，矢量)，并且设备b可以通过确定设备a的量化坐标位置ga、然后添加所接收的误差矢量来确定设备a的位置，从而求出位置a。

设备b能够以几种不同的可能方式中的任一个来确定设备a的量化坐标位置。现在参考图2，图2示出了设备a的位置a和设备b的位置b。设备a和设备b使用无线通信协议，通过通信信道进行通信。示例协议包括wifi^tm、bluetooth^tm、dsrc(专用短程通信)等。在该示例中，通信信道是具有范围r的短程通信信道。在一些实现方式中，范围r可以被定义为在给定功率下、在信道误差没有超过阈值率的情况下，可以进行通信的距离。

设备a确定其位置a、将其量化为ga、确定由矢量给出的误差或增量并且然后通过通信信道将矢量发送到设备b。设备b确定(或者在静止的情况下，已确定)其自身的位置b，并且对其位置b进行量化来获得量化坐标位置gb。如果设备b可以假设其量化坐标位置gb与设备a的量化坐标位置ga相同，则可以将设备a的位置确定为在图2所示的示例中，因为设备a和设备b均将具有相同的量化坐标位置，所以该假设有效。即，ga＝gb。但是，并非在所有情况下都如此。

图3图示了设备a和设备b尽管彼此在范围r内但具有不同的量化坐标位置的情况。因此，设备b消除了设备a的可能量化坐标位置之间的歧义，以确定设备a的位置a。

在通信发生在短程信道上的情况下，其中距离r小于或等于(以避免混叠)，则设备b能够消除歧义，因为它知道a的位置必然在位置b的距离r内。换言之，由于设备b的位置，设备a可以位于设备b附近的有限区域内。在一个实现方式中，设备b可以标识附近的量化坐标位置(可以被称为候选量化坐标位置)。使用这些附近的量化坐标位置，设备b可以通过将矢量给定的增量添加到每个候选量化坐标位置并评估是否导致位置a'在距位置b的距离r内来为设备a确定候选坐标位置集合。在一个示例中，候选包括gb和围绕gb的八个量化坐标位置gij。

在另一示例技术中，可以在无需明确地计算候选位置a'的情况下，基于和/或来缩小候选范围。例如，如果指示位置b与其量化坐标位置的边界(例如，其量化正方形的上边界)的距离小于r，则它可以包括图中gb之上所示的候选量化位置(即，gi(j+1)定位)，并且可以排除图中gb以下的量化位置，因为它们必定会导致候选位置a距位置b的距离大于距离r。可以对矢量分量的幅度进行类似分析，以缩小候选集合。在缩小最终可能的位置a'的范围，直到达到导致设备a的位置a在设备b的距离r内的唯一位置方面，影响是相同的。

在又一示例实现方式中，由于按照定义，a'的每个分量可以变化±q，并且设备b可以求出位置a'，位置a'导致每个分量小于r的换言之，使用由给出的起点位置a'，对于设备a的位置的每个分量，设备b可以基于以下等式来进行确定：

有效地，设备b求出位置a，位置a是位置a'的映像(模q)，位置a'落在距离r内，即

这些上述实现方式或技术中的任一个均可以一般地被描述为在候选坐标位置之间进行歧义消除，以标识设备a所使用的实际量化坐标位置ga，并基于此来标识设备a的实际坐标位置a。上述示例技术中的每一个均基于短程通信的距离r来进行歧义消除，其中r小于量化步长q的一半，以避免混叠。

通过仅对误差或增量(即，矢量)进行编码，在传输地理坐标时节省了显著开销。例如，在位置分辨率被设置为1.2米并且量化步长q被设置为1.2km的系统中，发送坐标数据所需的24至25比特可以被减少为10比特。具体地，参考不同的编码系统，可以实现以下节省：

节省50％-62％的传输有效载荷可以显著改进带宽利用率、节省传输功率或能量并避免或至少减少信道冲突。借助更短的传输有效载荷，所描述的位置编码系统还可以改进设备b进行位置确定的速度，从而改进基于位置确定采取的任何后续动作。提高的传输效率还可以使得充当信标的系统(例如，交通路口控制器或临时警告标志)更频繁地传输，从而增加快速行驶的车辆接收信号的机会。

在一些其他示例实现方式中，歧义消除可以依赖于除了距离约束之外的数据。如果其他数据可以被用于消除设备a可能的量化坐标位置之间的歧义，则可以放宽距离约束。例如，在对给设备b提供矢量的消息进行编码时，可以在编码时使用量化坐标位置ga，使得设备b可以从消息内容中确定哪个候选量化位置对应于ga。

例如，设备a的量化坐标位置ga可以被用于误差检查协议中，通过误差检查协议，设备b能够消除候选坐标位置之间的歧义。在一些实现方式中，这被内置到包含位置数据的消息的误差检查部分中，使得不会花费附加的比特。作为一个示例，消息可以包含消息认证码(mac)(例如，基于哈希的消息认证码(hmac))，接收设备使用消息认证码来验证消息的完整性。使用误差检查方案的消息结构可以是：[mac，payload]，其中payload是矢量和正被通信到设备b的任何其他数据，mac是payload的哈希或校验和。通过对所接收的有效载荷进行哈希并与所接收的mac进行比较，接收设备能够确认消息的无误差接收。

在一个示例实现方式中，量化坐标位置ga可以被包括在生成mac数据中。例如，mac数据可以由设备a生成为：mac＝hmac(key++ga,payload)，而运算符++表示增广。在该上下文中，增广可以是可选的，并且可以包括例如级联、xor、进一步的哈希等。设备b可以通过使用每个候选和有效载荷计算哈希，尝试对有效载荷进行认证来消除候选量化坐标位置之间的歧义，以查看哪一个候选与mac数据匹配。如果它们都不匹配，则说明传输有误差，或者ga超出了设备b的搜索距离，但是如果其中一个匹配，则设备b已确定正确的候选量化坐标位置ga，并且因此可以使用矢量来确定位置a。候选量化坐标位置的集合可以是在搜索距离内围绕设备b的定位的那些位置，搜索距离可以基于或可以不基于通信距离r。即，因为可以通过在消息编码中使用量化坐标位置ga来解决混叠，所以距离r可以超过0.5q，在这种情况下，对通信距离r的限制与尝试验证有效载荷时搜索到的候选量化坐标位置的数量直接相关。

在本文中可以参考对至少包括候选量化坐标位置的“串”进行哈希。在这种意义上，“串”可以是至少包括候选量化坐标位置的二进制数据序列。如上所述，串可以包括其他数据(例如，有效载荷或其他此类数据)。

将理解，一些实施例可以基于通信信道的有限距离r来使用歧义消除，并且还可以在生成基于哈希的消息认证码时采用量化坐标位置ga，使得设备b具有用于仔细检查其歧义性和所接收消息的完整性的机制。

设备a和b均使用相同的量化步长q。q的值可以预先指定，并在某些实现方式中进行硬编码。在其他实现方式中，量化步长q的值可以在消息或其元数据中从设备a用信号发送到设备b。例如，该值可以是有效载荷的一部分。它可以以绝对值或对数刻度进行发送。在一些情况下，预定义的q值集合可能已被建立，使得设备a仅用信号发送指示待由设备b使用哪个q的索引。在一些实现方式中，值q可以由每个设备基于与通信有关的其他因素(例如，所使用的传输功率、发送通信的设备类别(例如，车辆与路侧设备)、所使用的协议、所使用的通信信道等)来确定。

现在参考图4，图4以流程图形式示出了确定附近设备的地理位置的一个示例方法400。方法400由接收设备(例如，上述示例中的设备b)来执行。在操作402中，接收设备确定其自身的位置。如果接收设备是静止设备，则其可以使得预先确定该位置数据并将位置数据保存在存储器中或对位置数据进行硬编码。如果接收设备是静态的，但是具有地理位置确定系统(例如，gps)，则它可以动态地确定其位置。如果接收设备正在移动，则它可以动态地确定其位置。在该上下文中，“动态地”指代在执行方法400时，在时间上非常接近该方法的其他步骤地确定接收设备的位置，这与使得不论何时执行方法400，预先确定位置并且位置可以在方法中使用相反。例如，操作402可以通过从发送设备接收或检测消息来触发。

在操作404中，接收设备从从发送设备接收的消息中获得增量位置数据(即，由矢量表示的残差)。该消息通过设备之间的通信信道来接收，在一些实施例中，通信信道是短程通信信道(例如，具有局部最大距离r的dsrc)。

在该示例中，在操作406中，接收设备确定其自身的量化坐标位置gb。这可以包括在量化步长q不固定的情况下确定量化步长q。

在操作408中，接收设备消除候选量化坐标位置之间的歧义，以标识发送设备的量化坐标位置ga。如上所述，在一个示例实现方式中，歧义消除可以涉及通过基于增量位置数据和候选量化坐标位置，计算发送设备的位置来测试单独候选位置，以找到在距接收设备的位置小于距离r内的位置。候选量化坐标位置的集合包括接收设备的量化坐标位置gb和附近的量化坐标位置。在另一示例实现方式中，歧义消除涉及基于矢量的分量的幅度和/或矢量的分量的幅度以及通信距离r来缩小候选量化坐标位置的集合。在一些示例中，基于量化步长q的模运算可以被用于快速标识候选量化坐标位置，在给定增量位置数据的情况下，候选量化坐标位置将导致位置a在距位置b的范围r内。

在另一示例集合中，歧义消除可以不基于发送设备的位置在距接收设备的范围r内，而是基于消息内包含的辅助数据的解码。如上所述，量化坐标位置ga可以用于生成消息的一部分，使得接收设备能够确定哪个候选量化坐标位置与ga匹配。在上面示出的一个示例中，发送设备的量化坐标位置ga被发送设备包括在基于哈希的消息认证码中，使得接收设备可以通过执行相同的数据(进而包括候选)哈希来标识与ga匹配的正确的候选量化坐标位置。

不论所使用的技术如何，一旦接收设备已确定了发送设备的正确的量化坐标位置，则在操作410中，接收设备然后确定发送设备的位置。发送设备的位置被确定为所标识的量化坐标位置加上增量位置数据(即，矢量)。将理解，在某些情况下，该计算可以作为歧义消除操作408的一部分来执行。

在确定了发送设备的位置之后，如操作412所示，接收设备然后能够使用所确定的位置并采取与发送设备的位置有关的某些动作。动作的范围根据正在实现的精确v2x应用以及设备的性质而变化。上面描述了示例，包括引起汽车规避行为、输出警告或通知信号以及将位置映射到所显示的地图或所存储的虚拟坐标系来跟踪对象在接收设备周围面积中的位置。

上述方法和设备涉及确定接收设备内的位置。在一些实现方式中，一些或所有接收设备的操作可以使用远程服务器来实现。在一个示例实现方式中，知道设备a的位置或量化位置ga的服务器可以接收经更新的位置信息在另一示例实现方式中，具有已知位置的设备b从附近的设备a接收所传输的增量位置信息，并将该信息中继到服务器，服务器使用所描述的方法来解析设备a的真实位置。此外，知道端点位置的服务器可以使用所描述的方法来将有关其他附近对象的位置信息中继到端点。通过减少由接收端点的真实位置和服务器对该位置的知识之间的漂移引起的对象的已解析位置不确定性，这样的技术相对于针对接收端点的最后已知位置来传输位置信息具有优势。这样的漂移可能部分由于端点的位移(有意或无意)或涉及移动接收端点的传输延迟而引起。

因为发送设备的“附近”方面意味着在整个地理坐标中存在冗余，所以上述方法和设备图示了所描述的编码技术用于通信和确定附近设备的地理位置的用途。这些示例涉及二维坐标，但是例如可以应用于1维或3维坐标。类似地，q的值不需要在所有维度上均恒定，例如，在三维系统中，高度分量与其他横向维度可以具有不同的范围和分辨率。这些技术和过程可以利用其他参数的适当修改而应用于其中在编码和通信参数时隐含冗余的应用。例如，在许多应用中，时间(1维系统)可以以包括大量公共基准数据的形式表示。例如，unix时间是标量实数，表示自1970年1月1日utc00:00:00起的秒数。如果设备将这样的时间值通信到另一设备，则完整值中可能存在显著冗余。使用上述技术，设备可以将时间序列量化，并且接收设备可以通过确定量化时间并添加由发送设备发送的增量时间来确定发送时间。当将1维时间序列量化时，在为这样的系统选择合适的量化步长时要考虑的“范围”可以是设备之间的往返通信延迟加上一些允许的误差和/或处理时间。例如，如果消息要包括时间戳，但是这两个设备均通过gps接收器被同步到utc，则可能会发生这种情况。在这样的情况下，时间序列可以被量化，并且发送设备可以仅在消息中包括增量时间。

现在参考图5，图5示出了发送设备500的一个示例实施例的简化框图。发送设备500包括处理器502、存储器504、地理位置应用506和无线通信子系统508。无线通信子系统508可以是实现诸如wifi^tm、bluetooth^tm、dsrc等的短程无线通信协议的短程无线通信系统。在该实施例中，发送设备500还包括用于确定发送设备500的当前地理位置坐标的gps芯片510。地理位置应用506可以包括在存储器504中存储并且包含指令的计算机程序或应用，当指令被执行时，使得处理器502执行诸如本文所述的操作。例如，地理位置应用506可以根据本文描述的过程，从gps芯片510接收地理位置数据并且可以通过无线通信子系统508来将消息编码和输出。将理解，地理位置应用506可以被存储在非暂时性计算机可读介质(例如，紧凑盘、闪存设备、随机存取存储器、硬盘驱动装置等)上。当指令被执行时，处理器502执行指令中指定的操作和功能，以用作实现所描述的(多个)过程的专用处理器。在一些示例中，这样的处理器可以被称为“处理器电路”。

现在还参考图6，图6示出了接收设备600的一个示例实施例的简化框图。接收设备600包括处理器602、存储器604、地理位置应用606和无线通信子系统608。地理位置应用606可以包括在存储器604中存储并包含指令的计算机程序或应用，指令在被执行时使得处理器602执行诸如本文所述的操作。来自发送设备的消息可以由无线通信子系统608接收、解调并提供给处理器602和/或地理位置应用606。消息包括发送设备的增量位置数据，以及处理器602根据地理位置应用606来确定发送设备的位置而执行的指令。处理器602然后基于所确定的发送设备的位置来采取动作。将理解，地理位置应用606可以被存储在计算机可读介质(例如，紧凑盘、闪存设备、随机存取存储器、硬盘驱动装置等)上。当指令被执行时，处理器602执行指令中指定的操作和功能，以用作实现上述(多个)过程的专用处理器。在一些示例中，这样的处理器可以被称为“处理器电路”。

将理解，根据本申请的发送设备和/或接收设备可以在多个计算设备中实现，其中至少一个计算设备可以在车辆内实现。

将理解，可以使用标准的计算机编程技术和语言来实现本文描述的发送设备和/或接收设备以及实现所描述的用于配置发送设备和/或接收设备的方法/过程的模块、例程、过程、线程或其他软件组件。本申请不限于特定处理器、计算机语言、计算机编程约定、数据结构、其他这样的实现细节。本领域技术人员将认识到，所描述的过程可以被实现为易失性或非易失性存储器中存储的计算机可执行代码的一部分、专用集成芯片(asic)的一部分等。

本申请还提供了计算机可读信号，计算机可读信号对借助根据本申请的编码过程的应用而产生的数据进行编码。

可以对所描述的实施例进行某些改动和修改。因此，以上讨论的实施例被认为是例示性的而非限制性的。