一种路侧智能网联设备的V2X消息转发方法与流程

一种路侧智能网联设备的v2x消息转发方法
技术领域
1.本发明涉及智能交通领域，特别是涉及一种路侧智能网联设备的v2x消息转发方法。


背景技术：

2.专用短程通信(v2x，vehicle-to-everything)是实现车与车、车与人、车与路之间信息共享的无线通信应用技术，旨在通过智能运输系统各子系统之间的信息交互，实现道路安全、通行效率、信息服务等各类应用。不同厂商的车辆之间、车辆与其所能到达的区域范围内的道路基础设施之间必须实现互联互通。
3.v2x通信为无线短距离通信技术，通讯距离有限。对于路侧信息消息的一些特殊事件如避险提示、建议速度等信息，需要提前告知车辆，尽量为驾驶人预留充足的反应时间。此外，在一些环境复杂的城市道路等有遮挡物的非视距(nlos)场景下,v2v通信的信号强度会大大减弱，缩短了v2x通信的通信距离，导致车车通信不畅，无法满足实际的通信需求。


技术实现要素：

4.本发明针对上述v2x通信距离较短、非视距场景下的v2x通信等无法满足车辆通信需求的问题，提供了一种采用路侧智能网联设备完成v2x消息的转发方法，以提高v2x通信的覆盖范围。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种路侧智能网联设备的v2x消息转发方法，包括以下步骤：
7.(1)建立转发信息库；所述转发信息库包括设备属性、转发属性、限速属性、邻站列表、应用标识配置表以及优先级配置表；其中，设备属性包括设备id、设备的经纬度信息；转发属性包括传播距离、生存时间和转发时延；限速属性包括限速周期、优先级阈值以及限速包个数、字节数；邻站列表包括设备id、时间戳、设备经纬度以及本站和邻站的相对距离；应用标识配置表提供消息应用标识与转发包的生存时间、传播距离的映射关系；优先级配置表提供消息优先级与转发生存时间、传播距离的映射关系；
8.(2)基于邻站信息广播和邻站信息处理进行邻站探测，其为消息转发系统的传播距离计算提供参考依据，其中，邻站信息广播包括邻站信息请求和邻站信息响应，邻站信息包含本站设备id、时间戳信息、站点经纬度；邻站信息处理的方式为，接收广播消息，如果消息类型为邻站信息请求，则回复邻站信息响应消息，如果消息类型为邻站信息响应，则无需发送响应消息，之后，提取广播消息中的邻站信息，根据本站经纬度信息计算本站与邻站的相对距离，并将相对距离保存到邻站列表中；
9.(3)进行消息转发控制，方式为：根据转发信息库和邻站信息，对v2x消息实施转发控制。
10.进一步的，所述消息转发控制包括转发消息头格式更新、转发消息过滤、转发消息限速以及转发终止条件判断；
11.其中，转发消息过滤的方式为：路侧单元记录一段时效内的转发消息id，如果在时效期内，该路侧单元再次收到该消息id的转发消息，则不再进行转发，丢弃该消息以防止转发蔓延。
12.转发消息限速的方式为：
13.判断转发消息的优先级是否满足优先级阈值，若优先级满足限速要求，则继续以下限速流程，否则不予限速；
14.若距离上次接收转发消息的时间增量小于限速粒度且当前限速周期为新的限速周期，则更新限速周期开始时间和结束时间；
15.若当前限速周期结束，则重置限速周期开始时间、结束时间及丢包数；
16.统计限速周期内转发消息的包个数及字节数；
17.判断转发消息统计值是否超过限速值，若是则丢弃该转发消息；
18.转发消息头格式更新的方式为：
19.转发设备id更新为当前跳设备id；
20.更新生存时间，生成时间初始值由源路侧单元根据应用标识配置表和优先级配置表查表得到，在二值中取小，在传播过程中每经过一跳，生存时间则递减一；
21.更新传播距离，传播距离初始值与生存时间初始值获取方式相同，在转发过程中，当前跳的传播剩余距离d
new
计算方法为：
22.d
new
＝d
old-list
neigh
[转发设备id].d
[0023]
其中，d
old
为转发消息头中的传播距离，d
new
为新计算的传播剩余距离，list
neigh
为邻站探测得到的邻站列表,d为邻站列表中本站和邻站的相对距离；
[0024]
转发终止条件判断的方式为：当生存时间和传播剩余距离有任何一个值变为零时，终止转发过程。
[0025]
本发明的有益效果为：
[0026]
本发明针对v2x通信系统中的各类应用消息，提供一种基于路侧智能网联设备的v2x消息转发方法。其中，所述转发信息库为转发系统提供静态信息配置和动态数据存储功能，以供所述邻站探测流程和消息转发控制流程使用；邻区探测用于本站与邻站交换彼此位置信息，以达到精确记录站点设备位置信息的目的；消息转发控制功能，综合上述转发信息库的静态配置信息和邻站探测的动态数据，最终确定消息的转发参数。该方法结合系统的动静态信息，对v2x系统消息进行了精确的转发控制，提高了v2x系统的通信距离，解决了非视距场景下v2x通信无法满足车辆通信需求的问题。此外，通过有效的消息过滤、消息限速策略，对重复转发消息和低优先级的转发消息进行了转发限制，有效防止了转发系统发生无线资源耗尽的风险。
附图说明
[0027]
为更清楚的说明本发明中的技术方案，下面将本说明书描述中所需要使用的附图做简要介绍。
[0028]
图1出示本发明v2x消息转发方法的架构图；
[0029]
图2出示本发明转发信息库的数据结构图；
[0030]
图3出示本发明邻站探测功能的原理图；
[0031]
图4出示本发明消息转发控制功能的原理图。
具体实施方式
[0032]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0033]
一种路侧智能网联设备的v2x消息转发方法，包括建立转发信息库、邻站探测及消息转发控制等过程。
[0034]
其中，转发信息库包括设备属性、转发属性、限速属性、邻站列表、应用标识配置表以及优先级配置表。
[0035]
设备属性包括设备id、设备的经纬度信息。
[0036]
转发属性包括传播距离、生存时间和转发时延。传播距离为转发消息可以被路侧单元转发的最大传播距离，用于消息的转发控制，如果该值取值为零，则表示关闭消息转发功能。生存时间为转发消息在被路侧单元丢弃前所经过的最大转发跳数，该值标识转发消息的转发时延，如果该值为零，则表示关闭消息转发功能。转发时延为消息在转发过程中产生的时延，根据消息转发的实时性要求，可以计算出消息最大生存时间ttl。
[0037]
限速属性包括限速周期、优先级阈值以及限速包个数、字节数等。限速周期描述转发限速功能的控制粒度；限速优先级提供对转发数据包的限速过滤功能，只有当转发包的优先级低于优先级阈值时，才有可能被限制转发；限速包个数、字节数的限制值在限制周期内生效，如果时间超过限速周期，则重置限速统计值。
[0038]
邻站列表包括设备id、时间戳、设备经纬度以及本站和邻站的相对距离等。设备id为对应邻站的设备号，时间戳记录邻站列表中该条目的最后更新时间，设备经纬度保存该邻站的经纬度信息，相对距离由邻站信息处理模块综合本站、邻站的位置信息计算得出，表示该邻站与本站的间隔距离。
[0039]
应用标识配置表aid-map提供消息应用标识与转发包的生存时间、传播距离的映射关系，配置表用于后续消息转发控制。
[0040]
优先级配置表prio-map提供消息优先级与转发生存时间、传播距离的映射关系，配置表用于后续消息转发控制。
[0041]
邻站探测为消息转发系统的传播距离计算提供参考依据，主要包括：邻站信息广播，邻站信息处理。
[0042]
其中，邻站信息广播包括邻站信息请求和邻站信息响应，邻站信息包含本站设备id，时间戳信息，站点经纬度等。邻站信息请求用于在站点上电后广播本站信息，并请求获取邻站信息；邻站信息响应由路侧单元在接收到邻站信息请求后，发送响应消息，消息中包含本站信息。邻站广播消息的发送途径可以为有线网络，也可以为v2x网络，原则上优先选用有线网络传输。
[0043]
邻站信息处理，即路侧单元对邻站信息广播消息的处理过程，方式为：首先判断接收到的广播消息类型，如果消息类型为邻站信息请求，则回复邻站信息响应消息，即将本站经纬度信息打包生成邻站信息响应消息并广播出去，如果消息类型为邻站信息响应，则无
需发送响应消息；之后提取广播消息中的邻站信息，根据本站经纬度信息计算与邻站的相对距离，并将相对距离保存到邻站列表list
neigh
中。
[0044]
消息转发控制根据转发信息库和邻站信息，对v2x消息实施转发控制，包括转发消息头格式、转发消息过滤、转发消息限速以及转发终止条件等内容。
[0045]
其中，转发消息格式包括：转发设备id、消息id、生存时间、传播剩余距离、消息内容等。转发设备id由发送端路侧单元填写，在消息转发过程中，每经过一跳则转发设备id被修改为当前跳设备id。消息id用于标识转发消息，在v2x网络的一段时间内中具有唯一性，它由消息源设备id、消息产生时间组成。生存时间和传播剩余距离由源路侧单元根据应用标识配置表aid-map和优先级配置表prio-map得到，生成时间在二者中取小。在传播过程中每经过一跳，生存时间则递减一，传播剩余距离d
new
计算方法为：
[0046]dnew
＝d
old-list
neigh
[转发设备id].d
[0047]
其中，d
old
为转发消息中的传播剩余距离，d
new
为新计算的传播剩余距离，list
neigh
为邻站探测得到的邻站列表,d为邻站列表中本站和邻站的相对距离。当路侧单元收到转发消息，应解析转发消息中的消息内容，并通过v2x网络广播出去以用于网联车辆的安全、效率等应用场景。
[0048]
转发消息过滤功能，即路侧单元记录一段时效内的转发消息id，如果在时效期内，该路侧单元再次收到该消息id的转发消息，则不再进行转发，应丢弃该消息以防止转发蔓延。
[0049]
转发消息限速功能，在设定的限速周期内对转发消息的包个数和字节数进行统计，对于具有较低优先级的转发消息进行转发限制。若在一个限速周期内，低优先级转发包超过限速值，则该周期内不再进行转发，以防止转发行为导致无线资源耗尽的风险。
[0050]
转发终止条件为：以上所述传播距离和生存时间中，有任何一个值变为零，则终止转发过程。
[0051]
本方法主要解决v2x通信距离较短、非视距场景下的v2x通信等无法满足车辆通信需求的问题，以提高v2x通信的覆盖范围。
[0052]
以下为一个更具体的例子：
[0053]
如图1所示，一种路侧智能网联设备的v2x消息转发方法，包括转发信息库、邻站探测以及消息转发控制等过程。转发信息库为转发系统提供静态信息配置和动态数据存储功能，以供所述邻站探测流程和消息转发控制流程使用。
[0054]
如图1所示，具体实施例中v2x消息转发系统由转发信息库、邻站探测和消息转发控制组成。
[0055]
如图2所示，转发信息库包括设备属性、转发属性、限速属性、邻站列表、应用标识配置表以及优先级配置表。
[0056]
设备属性包括设备id、设备的经纬度信息，该属性在邻站探测流程中可用作邻站信息封装到邻站信息请求或者邻站信息响应中，为邻区探测流程交换的主体信息。
[0057]
转发属性包括传播距离d、生存时间ttl和转发时延delay。传播距离d为转发消息可以被转发的最大传播距离，该值可针对不同应用消息设置不同值，以达到v2x消息转发的精确控制。生存时间ttl为转发消息在被路侧单元丢弃前所经过的最大转发跳数，转发时延为消息在转发过程中产生的时延，根据消息转发的实时性要求，可以计算出消息最大生存
时间ttl：若转发消息能容忍的最大转发时延为d
max
，v2x消息每次转发所产生的时延为d0，则：
[0058]
生存时存ttl＝最大转发时延d
max
/d0[0059]
限速属性包括限速周期、优先级阈值以及限速包个数、字节数等。限速周期以毫秒为单位，给出转发限速的控制粒度；限速优先级提供对转发数据包的限速过滤功能，取值范围为[0..255]；限速包个数、字节数的限制值在限制周期内生效。
[0060]
邻站列表包括设备id、时间戳、设备经纬度以及本站和邻站的相对距离等。设备id为对应邻站的设备号,可唯一确定一个路侧单元设备；时间戳记录邻站列表中该条目的最后更新时间，设备经纬度保存该邻站的经纬度信息，相对距离由邻站信息处理模块综合本站、邻站的位置信息计算得出，表示该邻站与本站的间隔距离。
[0061]
应用标识配置表aid-map提供消息应用标识与转发生存时间、传播距离的映射关系。实施例中不同的aid可以映射不同的转发生存时间、传播距离。如bsm应用消息可分为普通车辆的常规bsm，普通车辆的事件bsm，紧急车辆的常规bsm和紧急车辆的事件bsm等，可根据这些消息的aid分配不同的生存时间和传播距离。
[0062]
优先级配置表prio-map提供消息优先级与转发生存时间、传播距离的映射关系。实施例中将消息优先级进行分段，步长为32，将消息优先级属性分为8个优先级等级。
[0063]
图3所示为具体实施例中的邻站探测原理。图中上半部分详细描述了本站设备与邻站设备的拓扑关系，图中下半部分描述了邻站探测功能的具体实施步骤。本站可以通过广播发送邻站信息请求，邻站信息包含本站设备id，时间戳信息，站点经纬度等，邻站1、邻站2和邻站3在接收到本站的邻站信息请求后，回复邻站信息响应。所述邻站探测功能的具体实施步骤由本站和邻站两部分主体来协作完成，具体实施步骤如下：
[0064]
步骤一：本站在站点上电后发送邻站信息请求，包含本站设备id，时间戳信息，站点经纬度等；
[0065]
步骤二：邻站在接收到邻站信息请求后解析邻站信息，并根据邻站信息计算相对距离参数，并将相对距离保存到邻站列表list
neigh
中；
[0066]
步骤三：邻站将本站经纬度信息打包生成邻站信息响应消息并广播出去；
[0067]
步骤四：本站在接收到邻站信息响应后解析邻站信息，并根据邻站信息计算相对距离参数，并将相对距离保存到自己的邻站列表list
neigh
中。
[0068]
邻站广播消息的发送途径可以为有线网络，也可以为v2x网络，原则上优先选用有线网络传输。
[0069]
如图4所示，消息转发控制根据转发信息库和邻站信息，对v2x消息实施转发控制的功能。具体实施分为两部分：消息应用和消息转发，两部分的具体实施步骤分列如下：
[0070]
消息应用具体步骤如下：
[0071]
步骤一：路侧单元提取转发消息中的消息内容；
[0072]
步骤二：路侧单元将转发得到的具体消息通过v2x网络广播出去，以供网联车辆实施具体场景决策。
[0073]
消息转发具体步骤如下：
[0074]
步骤一：转发消息过滤，即路侧单元记录一段时效内的转发消息id，如果在时效期内，该路侧单元再次收到该消息id的转发消息，则不再进行转发，应丢弃该消息以防止转发
蔓延；
[0075]
步骤二：转发消息限速，包括：
[0076]
判断转发消息的优先级是否满足优先级阈值，若优先级满足限速要求，则继续以下限速流程，否则不予限速；
[0077]
若距离上次接收转发消息的时间增量小于限速粒度且当前限速周期为新的限速周期，则更新限速周期开始时间和结束时间；
[0078]
若当前限速周期结束，则重置限速周期开始时间、结束时间及丢包数；
[0079]
统计限速周期内转发消息的包个数及字节数；
[0080]
判断转发消息统计值是否超过限速值，若是则丢弃转发该消息。
[0081]
步骤三：转发消息头格式更新，包括：
[0082]
转发设备id更新为当前跳设备id；
[0083]
生存时间更新，生成时间初始值由源路侧单元根据应用标识配置表aid-map和优先级配置表prio-map查表得到，在二值中取小，在传播过程中每经过一跳，生存时间则递减一；
[0084]
传播距离更新，传播距离初始值与生存时间初始值获取方式相同，在转发过程中，当前跳的传播剩余距离d
new
计算方法为：
[0085]dnew
＝d
old-list
neigh
[转发设备id].d
[0086]
其中，d
old
为转发消息头中的传播距离，d
new
为新计算的传播剩余距离，list
neigh
为邻站探测得到的邻站列表,d为邻站列表中本站和邻站的相对距离。
[0087]
步骤四：转发终止条件为判断生存时间和传播剩余距离，有任何一个值变为零，则终止转发过程。
[0088]
总之，本发明包括建立转发信息库、邻站探测及消息转发控制等过程。转发信息库为转发系统提供静态信息配置和动态数据存储功能，以供邻站探测流程和消息转发控制流程使用；邻区探测用于本站与邻站交换彼此位置信息，以达到精确记录站点设备位置信息的目的；消息转发控制，综合上述转发信息库的静态配置信息和邻站探测的动态数据，确定消息的转发参数，对v2x应用消息进行转发。本发明结合系统动静态信息，对v2x系统消息进行了精确的转发控制，提高了v2x系统的通信距离，解决了非视距场景下v2x通信无法满足车辆通信需求的问题。此外，通过有效的消息过滤、消息限速策略，对重复转发消息和低优先级的转发消息进行了转发限制，有效防止了转发系统发生无线资源耗尽的风险。
[0089]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。