一种基于V2X通信的消息管理装置及方法与流程

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于v2x通信的消息管理装置及方法。

背景技术：

目前，交通事故、交通堵塞、环境污染、能源消耗等日趋严重的问题已成急需解决的问题。在日益严峻的交通问题过程中，电子信息技术的发展为交通运输增加了新的可能。车路协同技术是实现智能交通的一项大规模的综合技术，可以使公路交通彻底改变其原有面貌，通过车与车，车与路之间的相互通信从而提高其通行能力，运输效率和安全度。

随着v2x(vehicletoeverything)通信技术的迅速发展，v2x的应用由简单的车辆预警延伸到复杂的车辆队列管理，其通信拓扑结构也变为复杂的通信结构，而对于v2x通信节点而言，v2x通信设备的消息管理使得通信节点在复杂的通信拓扑结构中实时接收环境中的多源消息，并将其接收到的消息有序的传输到其应用程序中，以提高v2x通信设备在复杂拓扑信息流环境的可靠性和适用性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于v2x通信的消息管理装置及方法。该装置能够安装在车辆或路侧设备上与其车辆或路侧设备上自带的传感器通过物理接口联通，从而使得车辆或路侧设备能够实现v2x通信。使其车辆或路侧设备在复杂拓扑信息流环境下能够实时接收多源消息并根据其消息属性对所接收到的消息进行类别管理，并将消息有序的传输给应用层中应用程序，从而提高了所述装置在复杂拓扑信息流环境的可靠性和适用性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于v2x通信的消息管理装置，包括消息接口、环境传感器、基于车车/车路通通信模块、消息中间件、应用程序；

所述消息接口用于接收所述环境传感器采集到的环境信息，所述v2x通信模块用于接收和发送v2x信息，并通过所述消息中间件对所述环境信息和所述v2x信息进行数据分类、存储和处理；所述消息中间件根据所述应用程序需接收的消息建立消息转发规则并转发消息；所述应用程序位于应用层，所述消息中间件为所述应用层提供数据接口，使所述应用层实时获取到完成分类整理的消息；

所述消息接口包括串口、网口，用于与车载传感器、道路传感器相连；

所述环境信息包括车载传感器信息和道路传感器信息；

所述v2x信息为环境所广播的各类信息；

所述v2x通信模块包括专用短程通信技术(dedicatedshortrangecommunications,dsrc)通信模块和长期演进v(longtermevolution-vehicle,let-v)通信模块，用于与其他车辆进行车-车(vehicletovehicle,v2v)通信、与路侧设备进行车-基础设施(vehicletoinfrastructure,v2i)通信；所述v2x通信模块以消息的方式进行发送和接收，消息格式满足v2x通信标准协议；

所述应用程序为v2x应用程序，用于车路协同应用，通过提供的应用程序编程接口(applicationprogramminginterface,api)接口读取所述消息中间件中的应用消息队列的数据，从而实时获取所需信息；所述应用程序还通过api接口进行消息发送，根据接口的规范要求，将消息封装为数据包，利用所述消息中间件提供的api接口，将数据包传输至所述消息中间件创建的发送消息队列中。

进一步，所述车载传感器信息包括车辆的位置、速度、方向角。

进一步，所述道路传感器信息包括道路车流量、平均车速。

进一步，所述数据分类、存储和处理包括物理层数据的接收、物理层数据的管理；

所述建立消息转发规则并转发消息包括应用层转发规则的制定、应用层消息的转发、应用层数据机制的发送。

一种基于v2x通信的消息管理方法，该方法包括以下步骤：

s1：接收环境信息和v2x信息；

s2：对接收的信息进行管理；

s3：建立消息转发规则并依据规则进行转发；

s4：应用程序通过所提供的api接口获取消息；

s5：应用程序通过所提供的api接口发送消息；

s6：建立消息发送规则并依据规则进行发送；

s7：通过v2x通信模块发送消息。

进一步，所述步骤s1具体包括以下步骤：

s101：将接收到的环境信息进行分类并封装为不同的消息；将接收到的v2x信息过滤掉非标准信息；

s102：将消息上传至中间件。

进一步，所述步骤s2具体包括以下步骤：

s201：消息中间件接收类型为j的消息mj，其中j＝1,2,…,m，m为消息中间件接受消息类型的总数，即消息中间件至多能同时处理m个消息；

s202：消息中间件根据接收的消息识别接收到的消息类型为j；

s203：判断是否有消息队列接收到j类消息；若有，则进入步骤s205；若没有，则进入步骤s204；

s204：消息中间件创建j类型接受消息队列

s205：将接收的消息mj存入消息队列形成接收消息队列集

进一步，所述步骤s3具体包括以下步骤：

s301：第i个应用程序ai根据程序需求进行消息注册；

s302：消息中间件读取应用程序中配置文件；

s303：消息中间件获取各个应用程序所需消息类型；

s304：消息中间件为第i个应用程序ai的注册消息创建消息队列，从而创建第i个应用程序ai的消息队列集其中i＝1,2,…,n，n为应用程序的总数，即装置至多能够同时运行n个应用程序；

s305：将所有应用程序的队列汇总形成总消息队列集

s306：根据所创建的总消息队列集ka，生成消息路由表；

s307：将所述步骤s205中得到的消息队列进行遍历并读取；

s308：将所读取到的消息类型与消息路由表进行对比；

s309：判断接收消息是否匹配路由表中的消息类型；若匹配，则进行下一步，若不匹配，则进入步骤s307；

s310：将所读取的消息存储至队列集ka中所匹配的消息队列；

s311：将接收到的消息按类别存储进行消息队列集ka中所匹配的消息队列中；

s312：第i个应用程序ai根据所提供的消息中间件api读取消息队列集中的消息队列数据。

进一步，所述步骤s5、s6具体包括以下步骤：

s501：应用程序将按需发送的数据按照标准格式封装为消息mj；

s502：将发送的消息通过消息中间件所提供消息发送接口，存储入发送消息队列qs中；

s601：消息中间件的发送消息队列qs将接收所有应用程序的发送消息；

s602：消息中间件将持续读取发送消息队列qs，并传入v2x通信接口中。

本发明的有益效果在于：在复杂拓扑信息流环境下，本发明能够移植至基于v2x通信的车载装置或路侧设备上，在复杂的交通通信环境中对设备所接收到的各类消息进行分类管理，使得车载装置或路侧设备中所运行的各类应用程序能够实时稳定的获取到所需的数据，于此同时，本发明将车载装置或路侧设备的物理层和应用层进行隔离，使得应用层开发者无需对底层通信机制进行学习，仅需了解消息接收和发送的机制即可展开基于v2x的应用开发，提高了整个应用程序的开发效率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的功能流程图；

图2为本发明的信息采集和消息接收的流程图；

图3为本发明的接收消息管理的流程图；

图4为本发明的消息路由管理的流程图；

图5为本发明的消息发送的流程图；

图6为本发明的结构示意图；

图7为本发明的中间件所处理的信息流环境示意图。

附图标记说明：1-路侧设备；2-路侧设备v2x通信模块；3-云端服务器数据接口；4-摄像头；5-多种传感器；6-车载装置；7-gps天线；8-各类车辆传感器；9-车载装置v2x通信模块；10-车载装置控制终端；11-人机交互界面；s1-十字路口紧急预警；s2-纵向间距紧急预警；s3-车辆队列管理；s4-侧向间距紧急预警；s5-盲区预警。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，分为两个流程，s1-s4为消息的接收流程，s5-s7为消息的发送流程，接收流程步骤包括：

步骤s1：装置接收传感器数据和通信消息，基于本发明所提出的消息管理方法的消息中间件将从传感器接口接收传感器所上传的数据和v2x通信模块接收的通信消息。

在所述步骤s1中，所述的装置将安装在车辆或路侧设备上，若安装在车上装置可以通过物理接口(如串口、网口等)从车辆自带的车身传感器(如gps，编码器等)中接收到传感器上传的车辆自身的精确运动状态信息(车辆的位置、速度，加速度，方向角等),动力信息(节气门开度，油耗等)等；若安装在路侧设备上装置可以通过物理接口(如串口、网口等)接收到路侧设备所配置的道路传感器(如摄像头、毫米波雷达等)所上传的路面信息(如道路车流量、平均车速)。由于本发明所提出的消息管理方法是以消息为处理对象，由此，将接收到的传感器数据转换为消息进行处理。此外，由于v2x通信是以广播无连接的方式进行通信，由此装置将会接收v2x通信中的各类应用的各类消息。

在所述步骤s1中，在实验环境中，在每辆车内安装有本发明所提出的装置并可通过传感器采集车况信息；沿着道路两侧安装本发明所提出的装置并能采集路面信息，车辆能够通过各自的车载装置与其他车辆进行v2v通信，相互交换车况信息，每辆车的车载装置通过与路侧设备进行v2i通信，向路侧系统发送各自的车况信息；每辆车的车载装置通过与路侧设备中均安装有多种v2x应用程序，能够通过v2x通信实现多种v2x应用，v2x通信数据的交互以消息的方式进行发送和接收，消息格式需满足v2x通信的标准协议。

步骤s2：装置对接收到的数据和消息进行处理，装置将从步骤s1获取到的多源消息(传感器消息、v2x通信消息)根据消息类型存入消息中间件中进行数据管理。

在所述步骤s2中，本发明所提出的基于v2x通信的消息管理方法将以消息管理中间进行实现，消息管理中间件将运行于本发明所提出的设备中(车载装置或路侧设备)的物理层与应用层之间，消息中间件能够接收到从底层多个数据源所上传的数据和消息，其中包括车辆传感器感知数据或道路感知数据，各个场景下的v2x通信消息，消息中间件根据v2x标准消息规则(如j275消息协议)将所接收的数据封装为相应的类型消息，并其与所接收的v2x通信消息一并根据其消息类别的不同以队列的数据结构的形式进行存储。

步骤s3：建立消息转发规则并依据规则进行转发，v2x应用程序从接收消息队列中收取需要的信息，v2x应用亦可将需发送的消息传入发送消息队列中。

在所述步骤s3中，v2x应用程序根据其消息中间件中的文件配置规则进行消息配置，即指明本应用所需的消息类型，消息中间件中获取v2x应用程序所需的消息后，消息中间件将为每一个v2x应用程序创建消息路由表，用于描述转发接收消息的消息转发规则。消息中间件将实时读取步骤s2中的所管理的各类消息，并根据v2x应用程序的需求所提出的消息转发规则进行消息转发；

步骤s4：应用程序通过所提供的api接口获取消息，消息中间件将为应用程序提供一系列消息接口api，v2x应用程序即可利用消息中间件所提供的api接口对转发的消息进行读取，即v2x应用程序可通过消息中间件实时获取到所接收的消息。

消息发送流程步骤包括：

步骤s5：应用程序通过所提供的api接口发送消息，消息中间件将为应用程序提供一系列消息接口api，v2x应用程序将所发送的数据封装为相应的消息后，即可利用消息中间件所提供的api接口对消息进行发送。

步骤s6：建立消息发送规则并依据规则进行发送，消息中间件将会建立发送消息规则，其规则主要为应用程序将发送的数据统一存入消息队列中进行管理。

步骤s7：装置通过v2x通信模块发送消息，v2x通信模块将直接调用消息中间件所提供的消息队列中的消息进行发送。

v2x设备接收如图2，其执行步骤如下所示：

s101，由图2可知，基于v2x通信的消息管理方法以及装置根据其应用功能不同可以分别安装在车辆和路侧设备中，可以通过物理接口(如串口、网口等)从车身传感器(如gps，编码器等)中获取到车辆运动状态信息(如速度、位置、方向角等)；路侧设备安置在道路两侧，可利用物理接口(如串口、网口等)接收路侧设备所配置的路面传感器(如摄像头和毫米波雷达)获取到道路的交通状态信息(如道路车流量和平均车速)；

s102，所述的装置将通过物理接口(如串口、网口等)接收传感器(包括车辆上的车身传感器和路侧设备上的道路传感器)上传的各类感知数据；

s103，由于本发明所提出的消息中间件以消息的方式对数据进行管理，因此将传感器所接收到的数据根据其内容属性封装为相应的消息(即传感器消息)；

s104，所述装置可通过v2x通信接收v2x通信消息，其中v2x通信可包括dsrc和let-v两种方式，其通信方式皆为消息广播，即v2x设备能够接收到周围所有广播的v2x消息，因此，v2x设备将获取周边所有传播的v2x通信消息；

s105，通过简单消息验证进行过滤处理，将过滤出非本设备的v2x通信消息；

s106，将接收到的v2x消息和由传感器数据所封装的传感器消息实时上传给消息中间件进行处理；

v2x设备接收到消息中间件后将利用消息中间件进行统一的管理，其步骤如s2所示：

s201，将步骤s1所获取到的v2x通信类型为j的消息利用mj进行表示，其中j＝1,2,…,m，消息中间件读取步骤s1所获取的消息mj；

s202，消息中间件对接收到的v2x通信消息mj进行类别解析，从而获取其消息类别为j；

s203，消息中间件查询接收消息队列集qr中是否包含下列消息类别为j的接收消息队列，若有此消息接收队列，执行步骤s205，若无此消息的消息接收队列则执行消息步骤s204；

s204，消息中间件创建接收j类的接收消息队列的接收属性为能够接收并存储消息类别为j的v2x通信消息；

s205，消息中间件将接收到的消息类别为j的消息存储进接收消息队列中；

s206，通过以上步骤消息中间件通过接收多类消息即可将所接收到的所有消息按照其分类存储进接收消息队列集中。

v2x设备上将安装有各类v2x应用，而其v2x应用需要接收的消息将根据其自身应用的特点进行定制，因此需要制定接收v2x消息的转发规则用于v2x应用程序能够及时接收，其处理流程如步骤s3所示：

s301，消息中间件将为应用程序提供v2x应用程序提供消息需求配置的接口，应用程序根据其自身对消息的需求对所需要的消息在注册配置文件中进行消息注册；

s302，消息中间件读取消息注册配置文件，获取应用层中各个v2x应用程序所注册的消息信息；

s303，消息中间件根据读取注册配置文件获取到各个应用程序所需要接收的消息类型信息；

s304，消息中间件为第i个应用程序ai的每一类消息创建消息队列，从而为用于第i个程序ai创建应用程序消息队列集其中i＝1,2,…,n；

s305，将各个应用程序所需接收的消息队列集汇总，从而将形成应用程序总消息队列集

s306，根据所创建的应用程序总消息队列集ka，生成消息路由表，建立消息转发规则，其消息路由表中将存储应用层中各个应用程序所创建的接收消息队列的队列id和接收消息类型；

s307，消息中间件读取步骤s205中所得到的消息队列集ka中的消息队列，对于其中的所有消息队里进行遍历读取；

s308，消息中间件将所读取到的接收消息的类型与消息路由表中应用程序所创建的接收消息队中的类型进行对比；

s309,判断接收消息是否匹配路由表中的消息类型，若能有一个或多个消息队列所接收的消息类型能够与接收到的消息类型进行匹配，则执行步骤s310，若不能匹配，则抛弃改执行步骤s307；

s310，将在接收消息队列集qr中所读取的消息依据消息路由转发表将数据存储进队列集ka中所以匹配的消息队列中；

s311，根据以上步骤即可将装置所接收到的消息按类别区分存储进消息队列中集ka中的各个应用程序的消息队列中集中的接收消息队列里；

s312，v2x应用程序ai根据所提供的消息中间件api读取消息队列集的相应的消息队列里读取消息。

以上为消息接收的具体流程图，图5则为消息发送的流程图，其步骤如下：

s501：应用程序将需发送的数据按照v2x标准格式(如j2375消息标准)封装为消息，应用程序将所需要发送的数据(如车辆自身状态，预警信息等)封装入相应的消息中(如车辆状态消息，预警消息等)；

s502：将发送的消息通过消息中间件所提供消息发送接口，存储入发送消息队列qs中；

s601：所述装置的消息发送相比于消息接收，消息中间件对消息发送的管理主要是通过一个特定的发送消息队列qs对所有的应用程序发送的各类消息进行接收；

s602：消息中间件将以快速读取发送消息队列中qs的各类消息，并传入v2x通信发送接口中；

s7：v2x通信模块接收到消息以后即利用v2x通信发送接口进行消息发送；

对应于上述的基于v2x通信的消息管理方法，本发明提供了一种基于v2x通信的消息管理方法的装置，下面将结合具体实施例和附图对其进行详细的说明。

参见图6和图7，分别为本发明的一种基于v2x通信的消息管理方法设备功能模块示意图和v2x环境示意图。具体地，本发明所提出的装置可以安装在车辆上亦可以安装在路侧设备上，可通过物理接口读取车辆或路侧设备上的传感器数据配备有v2x通信模块以及相同的v2x通信的消息中间件，具体地，本设备将分为应用层、传输层以及物理层，其中物理层包括了基于v2x通信的消息管理方法设备的底层设备，包括有传感器和v2x通信模块等；传输层为应用层和物理层之间，主要作用为数据的传输和整理，在本发明中所提出的一种基于v2x通信的消息管理方法将以v2x通信的消息中间件的方式在传输层运行；应用层则主要将运行v2x应用程序，通过从传输层接收数据最终实现车路件的协同作用。

图7是本发明实施例提供的基于v2x通信的中间件所处理的复杂拓扑信息流环境示意图；如图2所示，包括：

在每辆车6内安装的可采集本车运动状态的传感器(如gps模块7、编码器8)等，并安装本发明所提供的基于v2x通信的消息管理方法的装置10，能够实现v2x通信的v2x通信模块9以及能够为v2x应用程序提供展示界面的人机交互界面11；沿着道路两侧安装有路侧设备1，其中安装有能够对对路面信息进行采集的摄像头4和各类传感器5，并安装本发明所提供的基于v2x通信的消息管理方法的装置3，能够实现v2x通信的v2x通信模块2；

其中，每辆车的装置10通过与路侧设备中的装置3进行v2i通信，车辆信息与路面信息相互交互信息，包括车辆上传的车身基本状态消息以及队列请求消息等，路侧设备发送车辆预警消息和道路状态消息；每辆车的装置10可通过v2v通信与每辆车的装置10进行交互，包括车辆各自的状态信息以及相应的控制指令。

进一步地，通过每辆车的装置10与其他车辆的装置10和每辆车的装置10与路侧设备1所组成的v2v/v2i通信可以实现基于v2x通信的实际应用，例如s1场景，根据通过路侧装置采集车道中车辆运动信息对交汇路段有碰撞的车辆进行预警；s2场景，同一车道前后车辆进行车辆信息交互，从而实现纵向间距预警；s3场景，道路中车辆间进行数据交互并由路侧设备对其同意管理，从而实现道路车辆队列行驶；s4场景，不同车道邻近车辆进行车辆信息交互，从而实现侧向间距预警；s3场景，车辆协同路侧设备实现盲区预警；

进一步地，根据上述描述，一种在复杂拓扑信息流环境下的v2x设备消息中间件所处环境为多源数据，包括从设备底层上传的各类传感器感知数据，以及从v2x通信模块中接收的各类v2x消息，而在上层应用中也运行有各类不同的v2x应用程序，各个程序的协同运作和对底层所需的需求也不尽相同，因此，一种在复杂拓扑信息流环境下的v2x设备消息中间件所需解决的问题为对多源数据的管理并为上层应用开发单一的接口。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。