一种基于模块化车辆的无人集群互联通讯方法与流程

本发明属于无人车辆集群控制，具体涉及一种基于模块化车辆的无人集群互联通讯方法，该无人集群互联通讯方法主要涉及动态环境与不确定扰动下的信息传输与特征辨识、提取过程。

背景技术：

1、随着信息技术与类脑人工智能技术的不断发展与进步，车辆系统面临的实际应用场景不断多元化，且对应的实际功能与性能需求也在不断多元化和复杂化，车辆控制过程逐渐由单一车辆的性能优化与参数实时响应过程，转向了面向多车协同的集群规划与智能决策过程。通过基于场景与工况的系统功能层级划分，可以完成总体任务牵引下的子体功能实现。

2、同时，系统目标总体任务跟随场景与指令随动发生变化。此时，任务指向下的集群依托于功能需求划分下的系统不同层级，不同层级则由不同子体及其子系统所组成。在实际运行过程中，车辆子体内部不同部件间存在相应的信息交换，而集群内部不同车辆子体也存在实时的信息交互，多车协同任务分工与数据共享互联成为车辆集群控制与自主决策过程的关键核心。

3、但在系统总体多重数据与多元信息的交互过程中，同一车辆子体同时面临多个对象、多组数据集、多个数据信息帧的接收与发送过程，该过程同时伴随着信息的交错、遗漏与严重缺失问题。在信息的往复传输过程中，如何根据大量来自不同距离的集群内其他子体数据，进行系统信息互联和数据特征的有效提取，从而依据信息获取量与量化特征体系进行集群任务划分与车辆子体互联，成为集群通讯过程需要解决的关键性问题。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是：在智能化、立体化应用场景下，多车协同的信息交互与数据总体辩识成为无人集群自主平台的运行核心，由此，如何提供一种基于模块化车辆的无人集群互联通讯方法，以实现多变复杂环境下的车辆集群内部通讯拓扑方式的搭建，由此完成多车交互作用下的信息联通过程，据此实现大数据集实时动态匹配下的车辆子体自主规划、决策过程。

3、(二)技术方案

4、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于模块化车辆的无人集群互联通讯方法，所述互联通讯方法包括如下步骤：

5、步骤1：进行信息等效当量计算，获得不同车辆之间数据传输总量对应的信息等效当量ki；进行实时数据当量si计算，获取与车辆信息传输总量和通讯距离相匹配的实时数据当量si；

6、步骤2：计算获取每两辆车之间对应的等效数据量se1j，根据等效数据量se1j大小对车辆通讯优先等级进行明确划分，并分级进行差异信息传输匹配；

7、步骤3：建立不完全信息互联通讯机制。

8、其中，所述步骤1中，进行信息传输当量计算，具体如下：

9、假设在t时刻下，车辆1对应的数据信息同时向车辆2、车辆3、车辆4传输，车辆2、车辆3、车辆4对应的数据传输过程也与车辆1相同；此时，在单次发送过程中信息a、信息b、信息c和信息d对应发送的数据总量分别为ma、mb、mc和md，信息a、信息b、信息c和信息d对应的数据发送频率分别为fa、fb、fc、fd；由此可以得到车辆1、车辆2、车辆3和车辆4各自输出的数据总量分别对应为：

10、it1＝mafa,it2＝mbfb,it3＝mcfc,it4＝mdfd

11、同时，车辆1、车辆2、车辆3和车辆4各自同时接收的数据总量分别对应为：

12、ir1＝mbfb+mcfc+mdfd,ir2＝mafa+mcfc+mdfd

13、ir3＝mafa+mbfb+mdfd,ir4＝mafa+mbfb+mcfc

14、此时，计算不同车辆之间数据传输总量对应的信息等效当量ki如下所示为：

15、

16、式中ki，越大，那么表示当前车辆信息的交互与传输量越大，其对应的优先级则越高；

17、i＝1,2,3,4，为车辆的序号。

18、其中，所述步骤1中，根据获得的信息等效当量ki，计算获取与车辆信息传输总量和通讯距离相匹配的实时数据当量si；具体如下：

19、车辆1和车辆2、车辆1和车辆3、车辆1和车辆4、车辆2和车辆3、车辆2和车辆4、车辆3和车辆4之间的通讯距离分别为：l12、l13、l14、l23、l24和l34；对车辆1、车辆2、车辆3、车辆4分别相关联的位置信息权重值sum1、sum2、sum3、sum4，分别进行计算则有：

20、

21、由此对与车辆信息传输总量和通讯距离相匹配的实时数据当量si进行计算，则有如下公式：

22、

23、其中，所述步骤2中，根据与车辆信息传输总量和通讯距离相匹配的实时数据当量si，获取每两辆车之间对应的等效数据量se1j，根据等效数据量se1j大小对车辆通讯优先等级进行明确划分；具体如下：

24、当车辆1与车辆2、车辆3、车辆4通讯时，每两辆车之间对应的等效数据量se1j分别为：

25、

26、而根据等效数据量se1j大小对车辆通讯优先等级进行明确划分，从而可以将车辆互联通讯的差异信息传输匹配过程划分为一级、二级与三级这三种不同工况；

27、其中，j＝2,3,4。

28、其中，所述步骤2中，进行差异信息传输匹配的过程中，根据等效数据量se1j进行一级信息传输匹配的过程包括：

29、当车辆1与车辆2、车辆3、车辆4分别进行通讯时，如果se12≠se13≠se14，那么车辆1优先与对应等效数据量最大的车辆进行通讯，即max(se12,se13,se14)所对应的车辆；其次，车辆1与等效数据量次之的车辆进行通讯；最后，车辆1与等效数据量最小的车辆通讯，即min(se12,se13,se14)所对应的车辆。

30、其中，所述步骤2中，进行差异信息传输匹配的过程中，根据等效数据量se1j进行二级信息传输匹配的过程包括：

31、当车辆1与车辆2、车辆3、车辆4分别进行通讯时，如果se12＝se13≠se14，或者se12≠se13＝se14，那么进一步比较等效数据量的大小；如果se12＝se13>se14，或者se13＝se14>se12，或者se12＝se13<se14，或者se13＝se14<se12，那么车辆1优先考虑与等效数据量较大的车辆进行通讯；

32、但鉴于始终存在两组数据等效数据量相等，因此需要进一步确定等效数据量相同的两辆车的优先级高低；

33、假设等效数据量相等的两辆车分别为c1和c2，其中c1和c2分别对应车辆2和车辆3，或者车辆3和车辆4；此时，需要进一步分析车辆1对应的信息输出量it1流向来对优先级进行判定；如果车辆1传输到车辆c1和c2的信息分别为it1c1和it1c2，其中，it1＝it1c1+it1c2；那么此时考虑融合对方车辆信息响应的通讯分配机制；假设车辆c1和c2在收到信息后传输出的信息分别为ic1和ic2，那么计算信息it1c1和it1c2对应的应答率ηc1和ηc2，则有如下计算公式为：

34、

35、式中，δtc1和δtc2分别为车辆1与车辆c1和c2的首次通讯延时时间，在实际通讯过程中δtc1和δtc2不会完全一致，二者差距至少为一个控制循环周期；根据应答率ηc1和ηc2进行车辆优先级通讯划定，即应答率高的车辆优先与车辆1进行通讯，应答率低的其次。

36、其中，所述步骤2中，进行差异信息传输匹配的过程中，根据等效数据量se1j进行三级信息传输匹配的过程包括：

37、情形3：当车辆1与车辆2、车辆3、车辆4分别进行通讯时，如果se12＝se13＝se14，那么进一步根据车辆2、车辆3和车辆4对应的信息应答率来进行优先级判定；

38、此时，通过分析车辆1对应的信息输出量it1流向来对通讯优先级进行判定；如果车辆1传输到车辆2、车辆3和车辆4的信息分别为it12、it13和it14，其中，it1＝it12+it13+it14；假设车辆2、车辆3和车辆4在收到信息后传输出的信息分别为it2、it3和it4，那么计算信息it12、it13和it14对应的信息应答率η2、η3和η4，则有如下计算公式：

39、

40、式中，δt2、δt3和δt4分别为车辆1与车辆2、车辆3、车辆4的首次通讯延时时间，在实际通讯过程中δt2、δt3和δt4不会完全相等，三者两两之间的差距至少为一个控制循环周期。

41、车辆2、车辆3、车辆4与其他三辆车分别进行通讯时，所采用的方式与上述一级信息传输匹配、二级信息传输匹配、三级信息传输匹配所描述的过程类似，根据上述方法进行类似计算和过程分析即可。

42、其中，所述步骤3中，建立不完全信息的循环匹配机制的过程中：

43、根据信息缺失的比例，定义信号损失率在[65％,100％]范围内的信息缺失为不完全信息缺失；

44、根据所制定的车辆通讯优先等级先后顺序，假设车辆1先后与车辆2、车辆3、车辆4通讯，此时车辆1发出信息总量为it1的信息a；但考虑传输过程中的信息缺失，车辆2所收获的为完全信息a发出信息总量为的不完全信息a*与不完全信息a*对应的信号损失率εab；其中，65％≤εab≤100％；那么，车辆1所得到的则是车辆2发出的信息总量为的不完全信息b*，及其对应的信号损失率εba，其中，65％≤εba≤100％；

45、计算车辆1与2之间的信息不完全度值ω12，则有如下计算公式：

46、

47、如果ω12≥75％，那么此时车辆通讯在正常阈值范围内，车辆1和车辆2持续通讯直到其优先级低于其他车辆；如果ω12<75％，那么持续往复通讯5次，如果五次内存在ω12≥75％，那么认为单次循环的计算结果存在误差，车辆1和车辆2持续通讯直到其优先级低于其他车辆；如果五次内均有ω12<75％，那么车辆1开始与下一优先级车辆进行通讯；

48、按照假设设置，此时车辆1即开始与车辆3通讯，其对应的信息不完全度值为ω13；如果车辆1与车辆3通讯的信息不完全度ω13不符合要求，那么则开始与车辆4通讯，其对应的信息不完全度值为ω14，与车辆3和车辆4的具体通讯匹配计算过程如上所示；如果车辆1与车辆4通讯的信息不完全度ω14不符合正常通讯阈值范围要求，那么此时车辆1重新与车辆2进行通讯，如此进行不完全信息匹配下的循环通讯机制运行。

49、其中，所述步骤3中，建立不完全信息的循环匹配机制的过程中：

50、根据信息缺失的比例，定义信号损失率在[0％,65)范围内的信息缺失为严重信息缺失；

51、根据所制定的车辆通讯优先等级先后顺序，假设车辆1先后与车辆2、车辆3、车辆4通讯，此时车辆1发出信息总量为it1的信息a；但考虑传输过程中由于环境、故障等原因导致的信息严重缺失，车辆2根据所收获的完全信息a发出信息总量为的不完全信息a*与不完全信息a*对应的信号损失率εab；那么，车辆1所得到的则是车辆2发出的信息总量为的不完全信息b*，及其对应的信号损失率εba；在信息a*与b*中，至少有一个信息对应的信号损失率处于[0％,65)范围内，即εab与εba至少有一个处于[0％,65)范围内；

52、计算车辆1与车辆2之间的信息反馈率γ12，则有如下计算公式：

53、

54、如果γ12≥50％，那么此时车辆通讯在正常阈值范围内，车辆1和车辆2持续通讯直到其优先级低于其他车辆。如果γ12<50％，那么持续往复通讯3次，如果三次内γ12≥55％，那么认为单次循环的计算结果存在误差，车辆1和车辆2持续通讯直到其优先级低于其他车辆；如果三次结果均有γ12<55％，那么车辆1开始与下一优先级车辆进行通讯；

55、按照假设设置，此时车辆1即开始与车辆3通讯，其对应的信息反馈率为γ13；如果车辆1与车辆3通讯的信息反馈率γ13不符合要求，那么则开始与车辆4通讯，其对应的信息不完全度值为γ14，与车辆3和车辆4的具体通讯匹配计算过程如上所示；

56、如果车辆1与车辆4通讯的信息不完全度γ14不符合正常通讯阈值范围要求，那么此时车辆1停止发送报文，静默5s后按照开始优先级先后顺序重新开始通讯，如果车辆1与其他车辆之间通讯的信息反馈率满足正常阈值范围约束，那么车辆1正常通讯，否则发送通讯故障代码，表示车辆1通讯存在故障。而严重信息缺失下车辆2、车辆3、车辆4的相互通讯匹配过程与此类似。

57、(三)有益效果

58、与现有技术相比较，本发明基于多车协同交互过程下的多数据集信息往复传输过程，提出了一种基于模块化车辆的无人集群互联通讯方法，在数据当量等效计算的基础上进一步进行差异化的信息传输匹配与不完全信息互联通讯，建立了基于多车协同交互与数据优先级划分的多车交流通讯模式，在动态信息传输过程中进行信息传递与传导过程，实现了实时动态信息作用下的车辆集群子体间的交互作用，完成总体指令规划下的多车协同与互联工作过程。