一种基于协议跨层优化的车辆定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及车联网通信的研究领域，特别设及一种基于协议跨层优化的车辆定位 方法。
【背景技术】
[0002] 随着车联网相关技术的不断进步，越来越多基于位置服务化ocation Based Service, LB巧的车联网应用逐步地得到推广，如军车的敌我识别与位置协同、银行运钞车 的监管。通过DSRC通信技术可W使车辆在高楼林立的市中屯、或隧道等特殊环境中同样能 实现自定位，使监管真正做到无缝化。同样，基于位置的其他服务如精确广告推广、城市智 能停车场导引系统，城市智能交通系统等也需要车辆的自定位，车辆的准确定位越来越具 有价值。在第二章中，本文提出了OSS-TWR定位算法，利用车载设备与路侧设备通信，计算 无线信号从车辆到路侧设备的飞行时间，从而推导出车辆自身的位置，OSS-TWR解决了GPS 定位信号被遮挡情形下的车辆自定位问题。在网络没有碰撞和延时的情况下（如基于令牌 的网络），此方法取得了较好的定位精度，但是在无线网络通信中，网络碰撞是不可避免的。 因此，OSS-TWR算法需要改进W适应恶劣无线通信网络环境。本章首先分析无线网络碰撞 对定位精度的影响，然后提出了一个可记录延迟时间的新退避算法，通过跨层优化协议，增 强了OSS-TWR应用能力。最后，利用测距实验去验证新方法的可行性，并在车辆信息物理系 统（￥6]1；[州1日1'切661-口1173；[。日157316111，￥〔口巧案例中得到应用。
[0003] 众所周知，在无线通信网络中碰撞是无法避免的，隐藏节点与暴露节点等问题在 车联网通信过程中同样存在，如图1所示，在车联网通信中，有两个RSUs(A，B)同时与车辆V 通信，A，B都想传数据给车辆V，但A，B都不在彼此的传输范围内。因而也就不会感知到对 方，但都能向V传输数据，在运种情况下，来自A和B的数据会在V处碰撞，造成数据丢失，网 络性能下降，运就是车联网中的隐藏节点问题。在传统无线通信中，已经有了较好地解决隐 藏节点问题的方法，如请求发送/允许发送（RequestToSend/ClearToSend，RTS/CT巧。 RTS/CTS的目的是允许在客户端和接入点之间进行协商。当网络中启用RTS/CTS时，接入 点会为请求客户端分配完成发射所需的时隙与信道。在发射完成后，其它客户端可按类似 方式请求信道。其通信原理如图2所示。
[0004] 数据帖在发送之前，传送端先传送一个RTS封包，告知在传送端传送范围内所有 节点不要有任何传送操作。如果接收端目前是空闲的，则响应CTS封包，进而传输数据。从 而可有效解决隐藏节点的问题，但是对于基于测量信号飞行的时间的定位系统来说，RTS/ CTS对协商所消耗的时间没有进行准确统计。同样的，RST/CTS可W降低碰撞的概率但是不 能避免碰撞发生，碰撞后数据帖重发的延时同样无法精确统计。运些不确定的时间将会影 响位置估计，RTS/CTS机制无法直接用于车辆无线定位。车联网中，可能的网络碰撞如图3 所示，在车辆定位过程中，一次定位过程中可能会有3次碰撞的机会，A)当车辆发送定位请 求"Req"包时；B) RSU发送确认包"Ack";和ORSU发送同步"Sync"数据包时。由于碰撞会 造成数据帖的重发，等待重发时所消耗的时间将影响信号飞行时间的测量精度，从而导致 定位准确度的下降。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于协议跨层优化 的车辆定位方法。
[0006] 本发明基于协议跨层优化的车辆定位方法，包括下述步骤：
[0007]S1、确定信道与帖结构，V2V通信使用遵循于IE邸802.IlpWAVE标准的专用短程 通信DSRC技术，在高速运动情况下，实现车-路与车-车的双向通信，实时传输语音和数据 信息，将车辆和道路、车辆间有机连接；
[0008]S2、利用退避算法TRB记录退避时间，其具体方法为：
[0009]S2. 1、确定基本退避时隙2T，也就是一个争用期时间；
[0010] S2. 2、定义1个参数C，为重传次数，K=min(C，10)，其中K用于计算退避时间，所 述退避时间为基准时隙的指数，可见K《10;
[0011]S2. 3、定义2个参数，单次退避时间tbaekW和累计退避时间t。。11，初始值为0;
[0012]S2. 4、如果重传次数C小于设定阔值N，从离散型整数集合[0，1，2,......，2ki] 中，随机取出一个数记做R，那么重传所需要的退避时间thtkwf等于R倍的基准退避时间：
[001引S2. 5、统计总的退避时间tc。…tceii=tceii+tbackWf，同时从"Sync"数据帖中读取"SyncDelayTime"域的值，计算FCS;然后把和FCS写入数据帖的"CollisionDelay Time"域和"FCS域"，重发数据帖；
[0014]S2. 6、如果重发成功，退出退避算法；否则，重传次数加1，C=C+1，如果重传次数 大于N次，则退出并向上层协议汇报，否则进入第S2. 4步，再次重发；
[0015]S3、通过使用专用的通信信道来降低网络碰撞的概率，再使用可记录时间的退避 算法去统计数据重发所引起的延时，利用增强的OSS-TWR定位通信协议，车辆周期性的广 播定位请求数据帖"Req"，请求附近RSU提供位置参考，通过测量与RSU之间的距离完成自 定位。
[0016] 优选的，步骤Sl中，所述DSRC频谱范围为5855MHZ-5925MHZ，把75MHz的频谱分为 7个IOMHz的信道，根据IE邸1609. 4多信道通信协议7个信道中包含1个了控制信道CCH 和6个业务信道SCHs,CCH主要用于传输信道的控制包，6个SCHs可W根据不同的应用进 行分配，单天线的环境下，CCH和SCH可W根据优先级进行信道切换。
[0017] 优选的，所述设定阔值N为16。
[0018] 优选的，步骤S3中，所述增强的OSS-TWR定位通信协议的工作方法如下：
[0019]S31、车辆准备发送"Req"，检查无线信道的状态，使用RTS/CTS进行协商，等待信 道空闲，一旦信道空闲，发送"Req"同时启动计时器tf。。。^，发送后，检查是否有碰撞发生，如 果发生，广播一个"Jammingsignal"数据帖，延迟随机时间，启动计时器重新开始计 时，并重新发送"Req";
[0020]S32、RSU接收到"Req"数据帖，并测量数据帖处理时间，使用计时器记录本次处理 的总时间；
[002。 S33、车辆接收到"Ack"数据帖，立即停止计时器那么无线信号完成了从车 辆到RSU，RSU到车辆的一次往返，同时启动计时器t' 并进入阻塞，等待"Sync"数据 包；
[00过 S34、RSU在发送完"Ack"数据帖和启动tdelayB计时器后，唤醒计时器，把tdebyB的 时间值写入"Sync"数据帖的"SyncDelayTime"域，发送"Sync"数据帖；
[002引S35、车辆接收到"Sync"同步帖之后，停止计时器t' 解析数据包，得到tdebyB 和*。。13,计算出实际的同步时间 [0024] 优选的，步骤S32具体为：
[002引 a)RSU接收到"Req"数据帖，同时启动计时器t' 去测量数据帖处理时间；
[0026] b)定位数据帖"Req"处理完毕后，RSU检查无线通信信道状态，当空闲时，发送 "Ack"数据帖，使用ttpmp暂存计时器t' 的值a' 不停止计时），同时重启计时器 tdela冲；
[0027]C)如果发送成功，停止定时器t'nplyB，并且t'WlyB=ttemp，t'WlyB为本次处 理的总时间；如果发生碰撞，转到b)重新发送"Ack"数据帖。
[002引优选的，步骤S34具体为：
[0029] a)RSU在发送完"Ack"数据帖和启动tdebye计时器后，进入阻塞状态，直到计时 器tdebye的计时等于t' 时被唤醒，设置计时器的最大阀值为t'npw的时间值，一旦 tdebye的计时等于t' 系统将会产生中断；
[0030]b)RSU初始化"Sync^据帖，把tdeiayB的时间值写入"Sync^据帖的"SyncDelay Time"域，发送"Sync"数据帖；
[0031] C)如果成功，结束本次通信；如果发生网络碰撞，调用TRB算法重新发送与统计退 避延时。
[0032] 优选的，步骤S3. 5中，计算出实际的同步时间的方法为：
[00对假定将所有的延迟时间累加记为t。。口，那么，t'WatlA=fadelayB)+f也…），同步时 间twaitA与t'iratiA，tdelayB和tdelayB+tco口的关系如下；
[0035] 优选的，步骤S3. 5之后，还包括下述步骤：
[0036] 车辆通过高精度计时器可W精确地测量到和t' 的时间值，再从RSU得 到tdelayB和tCDl拥间值，推导出t。。口与tdelayB+tcDi3的比例关系，最终可W得到同步时间