封闭道路条件下基于广播式Wi-Fi的车路协同系统信息交互性能测试及评价

为评估车路协同系统的信息交互实际应用效果,以适应车路协同系统安全可靠的发展要求,测试基于广播式Wi-Fi的车路协同系统信息交互性能。选取丢包率和通信时延作为评价通信性能的代表性指标,构建实际道路交通场景并根据车速将其分为动态和静态两种类型。在不同通信距离和视距条件下设计4种详细的测试方案,在试验场的封闭道路上布设车载和路侧设备进行互相通信,通过采集和处理测试数据,分析通信距离、车速和视距对车路协同系统通信性能的影响。结果表明:通信距离和视距是丢包率最为明显的影响因素,通信距离越长,车路协同信息交互性能越差,丢包率越高,并且视距条件下的丢包率比非视距条件下低,而车速对丢包率无较大影响;车速、通信距离和视距均对通信时延影响不大。由此可知,通信距离和视距是导致基于广播式WiFi的车路协同系统信息交互设备通信性能下降的重要因素,因此车路协同系统应保持在一定的通信距离范围和视距条件下进行信息交互,以确保不同种类消息传输的丢包率和通信时延达到要求值,满足实际道路上的应用要求。     

车路协同环境下车辆群体协同决策研究综述

从车路协同环境下车辆群体协同决策机制、协同决策方法与典型应用场景方面分析了国内外车辆群体协同决策的研究现状;考虑车辆群体协同决策机制的不同,系统梳理了集中式和分布式2种决策机制的相关研究;针对车辆群体协同决策方法的多样性,以基于优化和基于启发式2类决策方法为主线,对比分析了不同决策方法的优劣;考虑车辆群体协同决策应用场景的不同,全面分析了匝道、路口、路段和路网等多个应用场景下车辆群体协同决策的相关理论与研究;考虑国内外车辆协同决策典型项目进展,分别梳理了中国、美国、日本和欧洲代表性车辆群体协同决策项目任务、建设与实施情况;从系统结构、普适模型和示范场景3个方面提出了未来车路协同环境下车辆群体协同决策的发展趋势。研究结果表明:集中式车辆群体协同决策机制有助于提升局部区域内的车辆通行性能,分布式车辆群体协同决策机制有助于提升全局范围内的交通运行状态;基于优化的车辆群体协同决策方法在特定场景下可最大程度提升决策效果,基于启发式的车辆群体协同决策方法在大多数场景下可获得可行的决策效果;由于不同场景下车辆群体协同决策问题的复杂性有所不同,需要在统一框架下做针对性建模。研究结果可为车路协同环境下新型混合交通系统的管理与控制提供参考。      

车路协同环境下交通业务服务系统设计与开发

为解决车路协同个性化服务和交通管理应用需求的冲突问题，对现有应用进行了总结，基于应用集成设计了车路协同环境下的交通业务服务系统。综合考虑国标、国内外研究组织提出的应用以及国内实际落地的应用，并分析了上述应用的发展方向，共整合总结得到14个依托实际交通场景的交通业务，作为系统目标。针对现有主体产品集中于路侧单元和车载单元两类核心设备的现状，运用结构化的系统分析和设计方法进行了功能模块和逻辑框架的设计，统一考虑了各类交通设施的实体特性和通信特性，设计了服务系统的物理架构和数据流内容，实现了对所提出的14项交通业务的兼容。开发了示范系统并实现了样例功能，系统表现出良好的适应性和可移植性。     

车路协同混合交通场景要素解析与测试案例生成

面向混合交通环境下多车效率类和单车安全类场景测试需求，研究了基于混合交通场景要素解析的车路协同测试案例生成方法; 为提高测试案例的多样性和覆盖度，分析了混合交通特征要素相互作用机理，构建了混合交通场景要素层次模型，提出了场景要素重要度的一致性描述指标，并在此基础上建立了测试案例复杂度模型; 针对多车效率类场景仿真测试，提出了复杂度激励的组合测试案例生成方法，设计了场景要素强耦合组合策略; 针对单车安全类场景仿真测试，提出了基于复杂度聚类的蒙特卡洛测试案例生成方法，设计了风险场景特征参数抽样机制; 选取车路协同混合交通典型场景开展仿真试验，验证了提出的测试案例生成方法的有效性。研究结果表明，对于多车效率类混合交通高速公路匝道合流场景测试，提出的方法比传统成对测试方法的场景最大复杂度提高了11.93%，高复杂度场景占比提高了60.02%，测试案例覆盖度提高了12.08%;对于单车安全类车路协同换道预警场景测试，提出的方法比传统蒙特卡洛测试方法的危险场景数提高了195%，且其参数估计误差降低了5.95%，高风险场景数提高了119%，且其参数估计误差降低了4.78%。可见，提出的方法能够提高测试案例的多样性和覆盖度，有助于开展复杂环境和风险条件下车路协同系统功能测试，能够有效满足多车效率类和单车安全类场景测试需求。      

车路协同环境下混合交通群体智能仿真与测试研究综述

归纳了车路协同及其仿真测试技术的发展历程,并结合典型仿真结果探讨了萌芽期、起步期、发展期阶段下的仿真需求、经典方法与技术瓶颈;在此基础上,提出了基于交通主体建模、群体行为仿真、测试结果分析的3层新型虚实交互仿真测试架构;针对混合交通主体仿真需求构建了异构交通主体模型,解析了混合交通运行机理,以此作为仿真系统底层模型支撑;结合设计的虚实交互仿真测试架构,突破了混合交通群体智能场景生成技术,提出了混合交通群体智能仿真方法;在此基础上,选取交叉口和路段典型交通场景,开展了不同群体智能决策控制方法的仿真试验,以验证所提方法的效能;最后,总结了车路协同的未来发展方向和相关建议。研究结果表明:相比于传统仿真测试方法,提出的虚实交互仿真测试方法的系统仿真粒度从500 ms减小到100 ms以内,仿真规模从9个节点和500个交通主体提升到150个节点和2 000个交通主体,仿真场景数量由36个扩展到98个,实现了异构交通主体渗透率0~100%动态可调,有效提高了车路协同混合交通仿真测试的效率、规模和覆盖度;目前新型混合交通环境下车路协同仿真测试需求快速朝着群体化、智能化、规模化演变,开展基于虚实交互和运行环境数据模拟的车路协同群体智能仿真测试方法技术研究,将有力推动下一代智能交通系统的发展。      

车路协同系统的视景仿真模型

在车路协同系统仿真的基础上,以局部交通网络的实时交通仿真为例,建立了车路协同系统视景仿真模型库,确立了视景仿真系统的框架体系结构。将视景仿真集成为整个仿真系统的一个联邦成员,建立了车车信息交互、车路信息交互的典型视景仿真功能模型。使用LOD模型简化技术对视景仿真功能模型进行分解,生成了5个不同精细程度的LOD模型。采用DOF、LOD、Switch功能化节点,从节点结构上优化了典型应用场景中的交叉口信号灯、车辆运动等相关模型,建立了一套类似模型几何形状的层级节点结构。构建了车路协同系统可视化视景仿真平台,包括HLA/RTI信息交互与控制模块、车路协同数据处理模块、信息交互模块、模型引导控制模块、视角动态切换模块与模型状态参数动态显示模块。采用建模优化相关技术,对典型交通场景进行了视景仿真。仿真结果表明:通过LOD模型简化技术,模型简化率最高可达95.5%,内存占用减少86.3%;通过视景仿真方法的使用,提高了渲染效率与系统仿真效率,车路协同典型交通场景验证了仿真方法的可行性。     

车路协同场景下导航播报方式有效性评估

导航信息作为驾驶人进行决策的重要依据， 其播报方式差异性会对驾驶人的信息接受程度和理解程度产生不同的作用效果， 因此， 有必要研究不同播报方式对驾驶行为的影响表现。 针对高速公路大流量路段车路协同场景下， 不同导航播报方式对驾驶行为的有效性评估， 缺乏量化依据的问题， 文章基于驾驶模拟器， 搭建了 4 类车路协同典型场景， 并选取 38 名驾驶人进行驾驶模拟实验， 获取驾驶行为数据并采用灰色近优综合评价法， 从驾驶效率和安全 2 个层面选取 4 个指标， 评估了近距离、 远距离两种播报时机和哔声、 语音两种播报形式 4 种组合方案的有效性。 研究结果表明， 高速公路大流量路段车路协同场景下驾驶人偏向远距离语音播报。     

基于交通业务特征理解的车路协同可信交互方法

为保障车路协同环境下信息的可信交互，分析了车车、车路协同信息交互流程和不同模式下的交互需求，设计了车路协同可信交互架构；构建了车辆行为状态推演模型与路径扰动因子量化模型，设计了车辆主体可信度计算方法与等级评估规则，实现了车辆主体行为可信认证；通过对交通业务的有效特征理解构建了消息紧急度量化模型，利用低分辨率筛选策略初步过滤了消息报文，基于支持向量机(SVM)对消息内容进行了深度理解，形成了多分辨率交互内容认知方法；使用包含OMNeT++和SUMO仿真模拟器的Veins搭建了仿真测试环境，针对不同网联自动驾驶车辆(CAV)渗透率下的开放道路和交叉口场景开展了仿真试验，对提出的车路协同可信交互方法进行了测试验证。研究结果表明:结合交通业务特征理解能够有效改善车路协同信息交互的可信度判别，提出的方法对信标位置消息的平均认知正确率可以达到90.91%，相比基于时效性检测的可信交互方法提高了8.68%；在安全效率消息可信交互验证试验中，随着恶意车辆比例的增加，传统基于投票机制的车路协同可信交互方法逐渐失效，而提出的方法在保证单次认证时延小于13 ms的条件下，平均正确率达到94.96%，较传统基于反向传播(BP)神经网络的方法提高了3.05%，且CAV渗透率越大，可信交互检测结果的准确率越高，漏报率越低，能够满足车路协同可信交互需求。      

面向车路协同的智慧路侧系统设计

车路协同是智慧交通与自动驾驶融合发展的重要方式,针对自动驾驶功能需求,提出一种面向车路协同的智慧交通路侧系统。设计了一套基于多边接入边缘计算单元、车路协同通信单元、实时动态差分定位基站、融合感知等融合技术的系统架构,通过在既有路灯与标志牌杆件上部署车路通信设备、多传感器融合感知设备、边缘计算单元、高精定位基站等,为车辆提供交叉口车速引导、安全预警、高精地图服务,实际应用证明该系统可有效提升通行效率、行车安全。     

智能网联汽车协同生态驾驶策略综述

为了跟踪近年来智能网联汽车(CAV)协同生态驾驶策略的研究进展, 分析了车辆、驾驶行为、交通网络和社会这4类因素对CAV能耗的影响程度, 以车辆、基础设施和旅行者为对象对目前CAV生态研究进行分类, 重点分析了信号交叉口生态驶入与离开、生态协同自适应巡航控制、匝道合流区生态协同驾驶、生态协同换道轨迹规划和生态路由5种典型车辆协同生态驾驶应用场景的研究现状。分析结果表明: 相比人类驾驶方式, 在任何交通流量CAV 100%渗透率的条件下和低交通流量CAV部分渗透率的条件下, CAV油耗节省效果显著, 最高可达63%, 而具有部分智能化和网联化等级的CAV油耗可至少节省7%;现有研究较少考虑人机共驾情况下, 驾驶人反应延迟和自动控制器传输延迟导致的轨迹跟踪偏离; 现有研究将车车通信/车路通信假定为理想数据交互过程, 未考虑通信拓扑、传输时延、通信失效与基站切换等因素对CAV生态协同驾驶策略的影响; 现有研究较少探讨多车道、交叉口转向-直行共用车道和U型车道等交通场景, 以及不同智能网联等级CAV与人类驾驶汽车、行人、自行车等共存的混合交通条件下的生态驾驶策略; 受限于自动驾驶技术和基础设施尚未成熟和完善, 真实交通场景下的测试验证工作尚未开展; 车辆控制、车车通信、多车协同、混合交通流场景、半实物仿真测试和真实交通场景测试等方面将是CAV协同生态驾驶策略的进一步发展方向。      

A simulation study of service differentiation for the bandwidth request scheme in fixed IEEE 802.16 network

Various flexible mechanisms related to quality of service (QoS) provisioning have been specified for uplink traffic at the medium access control (MAC) layer in the IEEE 802.16 standards. Among the mechanisms, contention based bandwidth request scheme can be used to indicate bandwidth demands to the base station for the non-real-time polling and best-effort services. These two services are used for most applications with unknown traffic characteristics. Due to the diverse QoS requirements of those applications, service differentiation (SD) is anticipated over the contention based bandwidth request scheme. In this paper we investigate the SD with the bandwidth request scheme by means of assigning different channel access parameters and bandwidth allocation priorities at different packets arrival probability. The effectiveness of the differentiation schemes is evaluated by simulations. It is observed that the initial backoff window can be efficient in SD, and if combined with the bandwidth allocation priority, the SD performances will be better. Foundation item: the National Basic Research Program (973) of China (No. 2005C13321804)     

车载Ad Hoc网络中位置服务机制研究与设计

作为移动Ad Hoc网络具体应用之一的车载Ad Hoc网络具有许多自身特征,如车辆节点处于十字路口时存在许多等待绿灯的静止节点以及通行速度相对缓慢的通行节点。在考虑了上述特征之后,提出了一种适用于车载Ad Hoc网络的新的位置服务设计方案,该设计方案将位置服务与基于位置的路由协议如无状态路由协议GPSR进行融合。在城市场景下的仿真结果表明:通过与GLS和HLS相比,ILSV获得相当高的查询成功率并具有较优的可缩放性。     

智能车路协同系统关键技术与应用

智能车路协同技术是当今国际智能交通领域的前沿技术和必然发展趋势，是保证安全、提 高效率、优化能耗、降低排放的有效手段，将以集计模型为基础的道路交通流理论提升到以对交 通主体的精确描述为基础的新道路交通流理论。本文将智能车路协同系统作为未来道路交通系 统的基础性公共平台，重点探讨因此产生的国家智能交通系统体系框架用户服务中服务领域划 分的变化；在此基础上分别介绍构建和应用智能车路协同系统需要的相关技术，包括由多模通 信、智能网联、信息安全和系统集成构成的系统构建关键技术，以及由协同感知、协同决策与控 制、仿真测试验证和自动驾驶构成的系统应用关键技术；考虑智能车路协同系统建设与应用的长 期性，给出不同应用阶段的主要建设内容、信息共享程度和可以实现的协同功能等；针对我国智 能车路协同系统应用过程中面临的挑战，指出加深对智能车路协同技术内涵的理解，把握智能车 路协同技术实质，提升智能车路协同系统服务体验并适度加快智能车路协同技术的规模应用，可 有效推进现代智能交通系统的发展。总之，开展智能车路协同系统相关基础理论研究、关键技术 开发和实际系统应用，对未来智能交通系统建设和相关学科发展具有重要作用。     

铁路宽带移动通信网络规划技术研究

提出了一种铁路宽带移动通信网络的规划方法.该方法参照通用WiMAX网络规划步骤,分析了典型铁路移动通信业务的通信速率和服务质量（QoS）需求,结合铁路使用环境进行了各类业务的链路预算并得出网络覆盖能力,就覆盖能力数据提出了典型铁路设定情况下的容量规划算法原则,最后基于OPNET软件对典型铁路WiMAX网络的规划方案进行了仿真.     

列车通信以太网周期数据时态约束调度方法

针对工业以太网调度方法以报文截止期为唯一约束的局限,提出了一种基于时态约束的列车通信网络周期数据调度表生成方法.首先基于时间触发机制改造列车以太网的通信与消息模型;其次利用网络设备通信参数与数据报文参数,提出周期数据通信的时态约束有向图量化模型;最后设计了基于可满足性模理论的调度表生成算法,求解单播及广播业务的周期数据调度表以验证算法有效性,并在实际列车通信网络的拓扑条件下进行调度性能测试及分析.实验结果表明:该调度算法能够解决部分传统算法不能调度的通信任务,满足更细化的周期数据调度需求并提升调度灵活性;调度性能测试中最大链路负载超过80%,可调度周期数据业务量达到1 000项.      

基于能效的D2D通信系统中资源复用策略研究

针对D2D通信(device-to-device communication)与传统蜂窝通信共存下的能效资源复用问题,联合考虑蜂窝用户和D2D用户对的QoS约束,结合电路消耗功率,提出一种基于能效的D2D用户对与蜂窝用户最优匹配的资源复用和功率分配策略,分析了D2D用户对复用蜂窝用户资源的最优功率的存在性,并用分式规划理论求解了该最优功率的闭合表达式.仿真结果表明,相比已有算法,所提的能效资源复用策略的D2D用户的总能效最优,并且该总能效在低QoS要求下相比最大化和速率算法提高36.25%,高QoS要求下略高于基于节能的功率分配算法,同时还具有1.7~3 Mbit/s的和速率.      

Admission control scheme for handover service in high-speed train communication system

Admission control in high-speed train communication system is quite different from admission control in traditional cellular networks. Conventional admission control strategies cannot be directly applied to this special communication scenario. In this paper, the problem of admission control for handover service is investigated in high-speed train communication environment. An admission control scheme considering bit error rate(BER)and bandwidth borrowing strategy is proposed. On the basis of admission control decision rule taking BER into account, a part of bandwidth obtained by compressing variable rate service in the networks is provided for handover services. The admission control scheme can admit handover services as more as possible while it guarantees the lowest data rate of different services in the networks. Simulation results show that the proposed admission control scheme has a better performance than existing admission control schemes.     

考虑网络拥堵与系统公平的车载异构网络选择方法

利用演化博弈的有限理智特性执行网络选择, 以实现车载异构网络系统中网络资源的均衡分配; 利用双层博弈对演化博弈方法进行优化, 保证极端拥堵中部分车辆消息传输的同时, 维持系统公平; 设计了专用短程通信、长期演进和无线局域网融合的车载异构网络仿真场景, 对比了基于多准则决策的传统方法、基于演化博弈的网络选择方法和基于双层博弈的网络选择方法。仿真结果表明: 采用基于演化博弈和双层博弈的车载异构网络选择方法首次解决了动态网络环境中车载异构网络切换时出现的大规模乒乓效应, 利用双层博弈能够实现拥堵抑制和系统公平; 采用基于双层博弈的网络选择方法能够驱动异构网络系统在2~3个切换周期内实现网络系统状态的稳定; 在预设的动态网络评价条件下与80个终端的一般场景中, 双层博弈终端平均网络评价指标高于演化博弈19.5%, 为3种网络协同工作提供可靠服务; 在190个终端极端拥堵场景中, 终端合理分配, 共享专用短程通信网络资源, 双层博弈终端平均网络评价指标高于演化博弈10.3%, 双层博弈专用短程通信网络评价指标为演化博弈的2.18倍, 可以保证车联网基本安全信息的广播、系统的公平并维系基本车联网服务。      

信号控制交叉口机动车绿灯间隔-安全可靠度曲线簇

为了提高信号控制交叉口(以下简称为“交叉口”)的安全性,提出一种基于安全可靠度的交叉口机动车绿灯间隔计算方法,并绘制面向工程应用的绿灯间隔-安全可靠度曲线簇. 首先,对经典的交叉口绿灯间隔计算方法进行了归纳;其次,推导出基于安全可靠度的绿灯间隔计算方法公式并对各影响因素进行敏感性分析;再次,基于Monte Carlo算法模拟反应时间与车辆减速度的交互过程,对模型进行求解;最后,根据模拟结果,绘制了典型交叉口宽度 (15~35 m)、车辆运行速度(15~40 km/h)及安全可靠度(50%~95%)取值下的交叉口绿灯间隔-安全可靠度曲线簇.结果表明：经典的交叉口绿灯间隔计算方法的核心缺陷在于未考虑车道组内车辆行为参数的随机性;交叉口绿灯间隔受多个因素影响且服从正态分布,绿灯间隔对反应时间(32.46%)及车辆减速度(24.68%)的敏感性最强.将安全可靠度引入绿灯间隔计算过程中,一方面提供了一种基于概率论的计算思路与方法,另一方面为定量地分析交叉口绿灯间隔的安全性提供了依据.     

实时监测无线传感器网络改进方法

结合危险品运输监测应用,搭建了基于无线传感器网络的实时监测系统,并对其MAC层协议和物理层无线数据发送时序进行了改进和优化。改进了MAC层中的原始BEB算法,引入了支持优先级的GDCF算法。对MAC层中的RTS/CTS方式进行了有效性分析,并出于节能考虑,引入了睡眠技术。在物理层数据无线发送过程中,为缩短发送时间,减少碰撞可能性,对其时序进行了优化。在工程车辆上安装基于IRIS无线传感器的节点平台进行实际测试。测试结果表明:改进后的退避算法节点丢包率随网络节点数目增加变化不明显;去除RTS/CTS机制后,在采样间隔时间为50ms时,网络丢包率由20%左右下降到了6%以内;一个工作周期内节省能量达到95%;无线数据发送时序优化达到了设计要求,满足了实际应用中对实时监测无线传感网络的性能要求。