一种基于VANET的室内停车位发现及预约方法与流程

本发明涉及室内停车位发现技术领域，特别是涉及一种基于VANET的室内停车位发现及预约方法。

背景技术：

随着经济与汽车工业的发展，我国大城市机动车数量迅速膨胀，截至2013年，全国汽车保有量为1.37亿辆，增长量是2003年汽车数量的5.7倍。停车问题是城市交通系统中的一个重要环节，它不仅会使城市交通问题持续恶化，也会成为制约城市发展的瓶颈。现今国内城市停车存在停车泊位缺乏、停车信息化程度不够、停车设施利用率低、停车秩序混乱等问题。很多机动车在城市中不知道停车场以及停车位的位置，从而增加了路上巡回的交通量，由此造成了噪音、废气污染、时间损失等严重危害。城市发展中，现实道路交通负荷和停车需求迅速增长，“交通拥堵”和“停车难”等城市交通问题早已成为国际通病。避免交通拥挤并能及时找到合适的停车位，提高停车位利用率，均衡停车位资源对于缓解城市交通压力是非常有必要的。

VANET(Vehicular Ad Hoc Networks)是实现车与车、车与路边设备(简称Car2X)通信的网络。VANET由移动自组织网络(MANET)发展而来，用以描述实际交通环境中某个区域内车辆或者地面接入点所构成的复杂而特殊的网络。VANET创造性地将自组网技术应用于车辆间通信，使司机能够在超视距的范围内获得其他车辆的状况信息(如车速、方向、位置、刹车板压力等)和实时路况信息。车载自组网主要包含两层的涵义：第一层是车内网络互联，即车辆内部的各设备间构成无线个域网，如智能手机、笔记本电脑和蓝牙耳机等可以相互通信并传输数据信息；第二层是车辆与外部的网络如蜂窝网等进行数据与语音通信，构成车外网络。因此，一方面可以实现车内设备互联通信并进行信息融合，另一方面可以接入外部网络，享受远距离的通信服务。根据上述的分析可知，VANET可以实现事故告警、辅助驾驶、道路交通信息查询、乘客间通信和Internet信息服务应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于VANET的室内停车位发现及预约方法，能够有效避免车辆间的停车位的竞争，减少了停车位寻找的时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于VANET的室内停车位发现及预约方法，包括以下步骤：

(1)通过车载无线装置建立一个室内停车场网络，其中，室内停车场中每一块状停车区域里所有已停的车辆划为一个路群；

(2)具有停车位的路群和目标车辆进行通信进行车位预约；

(3)预约成功后，对目标车辆进行停车位寻找的路径导航。

所述路群中包括一个路群头、一个路群备用头和多个路群成员，其中，所述路群头为位于路群区域中间位置的车辆，存储着路群成员的车辆ID号码和停车位置信息；所述路群备用头是同一路群中距离路群头最近的车辆，存储路群成员的状态信息。

所述路群成员定时向所述路群头发送带有自身ID号码和停车位置信息的数据包；若所述路群头在若干个周期内未收到某一车位的数据包，则判定该车位为空车位。

每个路群通过路群头定时向周围路群发送所在路群的实时停车位信息，所述停车位信息包括路群编号、路群方位和停车位剩余量，当周围的路群头接收到停车位信息时，将发送信息的路群头所在的路群视为其邻居节点，并存储其邻居节点路群中的停车状态信息。

所述步骤(2)中包括以下子步骤：

(21)停车位为空状态较多的路群通过路群头向通讯范围内的目标车辆发送车位可预约的信息并同时等待目标车辆的回复；

(22)被通知的目标车辆选择是否对车位感兴趣，若不感兴趣则进行忽略，若感兴趣则对发出预约信息的路群头发出申请信息，所述申请信息包括车辆的唯一ID号码和到达可能值，并等待路群头的预约成功的回复信息；

(23)路群头收到车位申请信息后，根据各申请车辆的到达可能值进行筛选，对到达可能值小于筛选阈值的车辆进行剔除，并向到达可能值大于筛选阈值的车辆发出预留成功信息并等待目标车辆回复确认信息；

(24)目标车辆收到预约成功通知，若想放弃该车位，则选择中止车位申请，返回步骤(23)；若确定预约该车位，则回复确认信息；

(25)若路群头一定时间内未收到车辆的确认信息，则跳过该车辆的车位申请并返回步骤(23)；若收到目标车辆的确认信息，则对该车位通过车辆的唯一ID标识进行安排，并返回步骤(21)。

所述步骤(23)中还对到达可能值大于筛选阈值的车辆则进行对到达可能值降序排序，并优先对到达可能值最高的候选车辆发出车位预留成功信息并等待该车辆回复确认信息。

所述到达可能值的计算公式为：

其中，ReachP为到达可能值；TTR为车位预约时间归一化值；TTL为预估到达车位的时间归一化值。

所述步骤(3)中基于路群所在区域前行车道的唯一标识ID对目标车辆进行停车位寻找的路径导航。

所述步骤(3)后还包括目标车辆到达指定停车位后定时向所在路群区域的路群头发送其车辆信息和停车位置信息的步骤。

如果目标车辆的停车位置相比于所述路群备用头更靠近所述路群头则将目标车辆作为新的路群备用头；若目标车辆的停车位置相比于所述路群头更加靠近路群区域中间，则将目标车辆作为新的路群头。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明将停车场中的已停车辆划为路群作为车位信息的传送装置，减少了停车场内额外的设施投资。同时提出一种车位预约协议，能够有效避免车辆间的停车位的竞争，减少了停车位寻找的时间，并且基于路群提出一种室内停车位的导航方法，避免因车辆对车位的盲目找寻导致停车场内堵塞。

附图说明

图1是本发明的三层框架模型图；

图2是室内停车场中路群构成图；

图3是邻居节点发现过程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种基于VANET的室内停车位发现及预约方法，在该方法中，将建立一个室内停车场网络(Parking Network，简称PN)，室内停车场中每一块状停车区域里所有已停的车辆划为一个路群(Road Cluster，简称RC)。

本方法中所有进入室内停车场的车辆均装有车载无线装备(Vehicle Assistant On-Board，简称VAOB)，所述的VAOB具有唯一的一个车辆ID号码。

如图1所示，在室内停车场中建立一个三层框架模型，包含物理层、逻辑层、应用层。物理层是VANET，已停车辆和找寻车位的车辆之间可以相互交换信息。逻辑层是建立的室内停车场网络，每个停车区域的车辆被分为一个RC作为停车位信息存储的单元，包含一个路群头H_i，一个路群备用头SH_i和多个路群成员M_i。在应用层中，路群头H_i可以向通讯范围内的车辆发送空停车位信息，被通知车辆V_i可以向路群头H_i进行车位申请。

如图2所示，所述的RC中，包含一个路群头H_i，一个路群备用头SH_i和多个路群成员M_i。当路群头决定后，该块状停车区域所停车辆成为其路群成员。

所述的路群头H_i中存储着该RC区域中各路群成员的车辆ID号码、停车位置信息以及其他有用的信息，以方便对车辆成员进行统一管理。为了方便室内停车场的路径规划，将最优路群头设置在RC区域中间位置，这样每个路群头的ID号码就成为了RC区域前行车道的唯一标识ID。路群头H_i定时向通讯范围内的车辆发送空停车位信息，被通知车辆可以向路群头H_i进行车位申请。

所述的路群成员M_i定时向路群头H_i发送数据包，主要包含成员车辆唯一的ID号码、停车位置信息以及其他有用信息以提醒路群头H_i车辆的存在。

所述的备用路群头SH_i是同一RC区域中距离路群头H_i最近的车辆，备用路群头SH_i中时刻保存着路群头H_i中路群成员的状态信息，防止路群头H_i突然离开停车场。

如图3所示，所述的PN中相邻的RC可以通过路群头进行联系。首先，进行一个邻居节点发现过程，每个RC会通过路群头周期性向周围RC发送所在RC的实时停车位信息，包括RC编号，RC方位以及停车位置剩余量等必要信息，当周围的RC的路群头H_j接收到这个信息时，就会将路群头H_j所在RC视为其邻居节点。每个RC就变成了PN中的子节点，子节点之间的联系就构成了PN的拓扑结构。每个子节点会定时向邻居子节点交换各自RC中的空车位信息，空车位较多的RC优先向通讯范围内的车辆发送车位预约信息。

在车位预约时，首先，当RC中有路群成员离开停车位时，路群成员向路群头发送一个离开的信息，以提醒路群头特定车位空缺。然后，路群头向邻居节点发送空车位的信息，路群中空车位较多的路群头优先向通讯范围内的车辆发送的停车位可用的信息，并等待车辆的申请。在被通知的车辆中，他们可以选择是否对该车位感兴趣。感兴趣的车辆将在申请车位后向路群头发送车辆的ID号码、可能到达值以及其他必要信息方便车位的安排。路群头在接收到预约车位的车辆信息后，根据可能到达值对车辆进行车位安排，对选中的车辆发送车位预留的信息。最后，车辆再向路群头发送确认预约该车位的确认信息。这个确认信息避免车位信息的丢失，如果首选车辆没有接受车位安排，路群头将给备选车辆发送车位预约信息。当车辆到达预约车位后，其将加入这个RC定时向路群头发送车辆的ID号码，停车位置以及其他有用的信息。

具体流程如下：

步骤101：将各块状停车区域中所有所停车辆划为一个RC，其中靠近中间车位的车辆选作路群头H_i(i＝1,2,3……)，靠近路群头H_i的车辆选作路群备用头SH_i，其余车辆成为路群成员M_i。

步骤102：路群成员M_i定时向路群头H_i发送数据包，主要包含成员车辆唯一的ID号码、停车位置信息以及其他有用信息以提醒路群头H_i车辆的存在，路群备用头SH_i复制路群头H_i中路群成员的状态信息。若路群头H_i几个周期内未收到特定车位的数据包，则判定该停车位为空。

步骤103：进行邻居节点发现过程。每个RC通过路群头定时向周围RC发送所在RC的实时停车位信息，包含RC编号，RC方位以及停车位置剩余量等必要信息，当周围的路群头H_j接收到这个信息时，就会将路群头H_i所在RC视为其邻居节点，路群头H_j中存储着其邻居节点RC的中停车状态信息。

步骤201：停车空位较多的RC通过路群头H_i向通讯范围内的车辆发送车位可预约的信息同时等待车辆回复。

步骤202：被通知车辆V_i可以选择是否对车位感兴趣。不感兴趣可选择忽略，如感兴趣可对路群头H_i发出申请信息，包含车辆的唯一ID号码、ReachP值以及其他必要信息，并等待H_i的预约成功的回复信息。

步骤203：路群头H_i收到车位申请后，根据各申请车辆的ReachP值进行筛选，对ReachP值小于Reach Threshold的车辆进行剔除，剩余候选车辆进行降序排序。同时对ReachP值最高的候选车辆发出车位预留成功信息并等待目标车辆回复确认信息。这个确认信息避免车位信息的丢失。

其中，定义ReachP(Reach Probability)为车辆在预定最大时限内达到停车位的可能性，即可能到达值，其计算公式如下：

其中，TTR为车位预约时间归一化值；TTL为预估到达车位的时间归一化值。

定义Reach Threshold为ReachP的筛选阈值，ReachP大于Reach Threshold的车辆发出的申请信息进入候选队列，ReachP小于Reach Threshold的车辆不予考虑。

步骤204：目标车辆V_j收到预约成功通知，若想放弃该车位，可以选择中止车位申请，返回步骤203；若确定预约该车位，则回复确认信息。

步骤205：若路群头H_i一定时间内未收到车辆的确认信息，则跳过该车辆的车位申请并返回步骤203。若收到目标车辆V_j的确认信息，将对该车位通过车辆的唯一ID标识进行安排，并返回步骤201。

步骤3：为了方便目标车辆V_j在停车场内对停车位进行寻找，基于RC区域前行车道的唯一标识ID，可以对目标车辆V_j进行停车位寻找的路径导航。

步骤401：目标车辆V_j到达指定停车位后即成为了该RC区域中的一个RC Member，定时向路群头H_i发送其车辆信息和停车位置信息。若超过车位的预留时间，则返回步骤201。

步骤402：路群头H_i和路群备用头SH_i对目标车辆V_j的停车位置进行比较，若目标车辆V_j的停车位置比路群备用头SH_i更靠近路群头H_i则将目标车辆V_j作为新的备用头SH_i；若目标车辆V_j的停车位置比路群头H_i更加靠近RC区域中间，则将目标车辆V_j作为新的路群头H_i，并返回步骤201。

步骤5：若室内停车场内车位已满，则各个RC发送车位已满信息通知通讯范围内的车辆，直到有车位空出，返回步骤201。

综上所述，本发明减少了停车场内额外的设施投资。提出的车位预约协议，能够有效避免车辆间的停车位的竞争，减少了停车位寻找的时间。室内停车位的导航方法，避免因车辆对车位的盲目找寻导致停车场内堵塞。