車輛碰撞預(yù)警協(xié)議的設(shè)計(jì)

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1、一種協(xié)作碰撞警告的車對(duì)車通信協(xié)議XueYangUniversityofIllinoisatUrbana-Champaignxueyang@uiuc.eduJieLiuMicrosoftResearchliuj@microsoft.comFengZhaoMicrosoftResearchzhao@microsoft.comNitinH.VaidyaUniversityofIllinoisatUrbana-Champaignnhv@uiuc.edu摘要21.引言22.應(yīng)用挑戰(zhàn)32.1挑戰(zhàn)1:緊急情況后的嚴(yán)格的延遲要求32.2挑戰(zhàn)2：長時(shí)間多個(gè)AVs并存情況

2、的支持42.3挑戰(zhàn)3：緊急事件的分化和贅余EWMs的消除43.相關(guān)研究54.車輛碰撞警報(bào)通信協(xié)議64.1假設(shè)64.2EWMs的速率降低算法74.3AVs的狀態(tài)轉(zhuǎn)換105.績效評(píng)估125.1EWM傳送延遲125.2冗余EWMs的消除146.結(jié)論15參考文獻(xiàn)15摘要：本文提出了一種協(xié)作碰撞警報(bào)的車對(duì)車通信協(xié)議。像專用短程通信（DSRC）這樣的車對(duì)車（V2V）和車對(duì)路（V2R）新興的無線技術(shù)，通過提供早期預(yù)警對(duì)大量減少致命道路事故的數(shù)量很有效。在各種路況下實(shí)現(xiàn)緊急警告的低延時(shí)傳送是本文解決的一個(gè)重要技術(shù)難題。基于對(duì)應(yīng)用要求的仔細(xì)分析,我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)有效的協(xié)議,

3、包括擁塞控制方針、服務(wù)分化機(jī)制和緊急警報(bào)傳播方法。仿真結(jié)果證明，本文提出的協(xié)議實(shí)現(xiàn)了緊急警報(bào)的低延時(shí)傳送和在道路情況緊張時(shí)帶寬的有效利用。1.引言交通事故每年奪取了成千上萬人的性命,超過任何致命的疾病或自然災(zāi)害。研究表明，如果車輛駕駛者在事故發(fā)生前0.5秒以上得到警報(bào)，60%的路面事故都可以避免。駕駛?cè)藛T在路面發(fā)生緊急情況時(shí)都會(huì)受到反應(yīng)時(shí)間影響，導(dǎo)致緊急警報(bào)的發(fā)出有很大延遲，就像下面的簡單例子所說明的一樣。在圖1中，A、B、C三輛車行駛在同一車道中。當(dāng)A突然緊急剎車，B和C兩輛車都面臨危險(xiǎn)，并且由于下面的兩個(gè)原因，C與A離得更遠(yuǎn)并沒有使得C比B更安全：

4、剎車燈的視線局限性：一般的，司機(jī)只能看見直接前面車輛的剎車燈，所以司機(jī)C很有可能要等到司機(jī)B剎車亮燈時(shí)才知道A發(fā)生了事故。嚴(yán)重的緊急事件處理延遲：司機(jī)反應(yīng)時(shí)間,也就是從司機(jī)B看到A的剎車燈到踩下剎車的時(shí)間,通常在0.7秒到1.5秒的范圍,這將導(dǎo)致緊急警報(bào)傳播的嚴(yán)重延誤。新興的無線通信技術(shù)對(duì)顯著降低緊急警報(bào)的延遲很有效，專用短程通訊（DSCR）財(cái)團(tuán)正在定義支持車對(duì)車（V2V）通信環(huán)境的短中程通信服務(wù)。在我們前面的例子中，使用V2V通信，一旦發(fā)生緊急情況車輛A可以立即發(fā)出警報(bào)信號(hào)。如果車輛B和C能夠幾乎沒有延遲地收到這些信號(hào)，司機(jī)們會(huì)立即受到提醒。在這種情

5、況下，C有很大的機(jī)會(huì)通過及時(shí)反映避免事故，而B在可見度很低或者司機(jī)對(duì)周圍的環(huán)境沒有引起足夠的注意的時(shí)候?qū)?huì)受益于警報(bào)信號(hào)。因此，車對(duì)車通信實(shí)現(xiàn)了車輛A、B、C之間的協(xié)作碰撞警報(bào)。本文討論了一種車輛碰撞警告通信（VCWC）協(xié)議，這篇論文的主要貢獻(xiàn)包括：車輛協(xié)作碰撞警報(bào)的識(shí)別應(yīng)用要求。實(shí)現(xiàn)了對(duì)基于應(yīng)用要求的緊急警報(bào)信息的阻塞控制。本文的其余部分安排如下，第2節(jié)討論應(yīng)用挑戰(zhàn)，第3節(jié)介紹了相關(guān)研究，第4節(jié)描述了提出的車載碰撞警報(bào)通信（VCWC）協(xié)議，第5節(jié)展示了使用ns-2仿真器的績效評(píng)估，最后在第6節(jié)得出結(jié)論。2.應(yīng)用挑戰(zhàn)當(dāng)車輛在道路上異常行駛，比如超過一定

6、減速閾值，行駛方向劇烈變化，重大機(jī)械故障等，它就成了一部異常車輛（AV）。異常車輛使用V2V通信主動(dòng)生成緊急警報(bào)消息（EWMs），其中包括地理位置，速度，加速度和異常車輛的移動(dòng)方向，以警告其他周圍車輛。然后警報(bào)信號(hào)的接收者可以根據(jù)自身和異常車輛的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來確定和該緊急情況的相關(guān)程度。2.1挑戰(zhàn)1:緊急情況后的嚴(yán)格的延遲要求在緊急情況發(fā)生后的短時(shí)間內(nèi)，警報(bào)越早傳送到瀕危車輛，就越有可能避免事故發(fā)生。我們把從一個(gè)異常車輛到另一車輛的EWM傳送延遲定義為，從A發(fā)生緊急情況到V接收到第一個(gè)相應(yīng)的EWM所持續(xù)的時(shí)間。因?yàn)橐惠v以80英里∕時(shí)形式的車在30ms內(nèi)能夠

7、移動(dòng)一米以上，每個(gè)受影響的車輛的EWM傳送延遲應(yīng)該在毫秒數(shù)量級(jí)。然而，由于多徑衰減、屏蔽以及因車輛的高移動(dòng)性引起的多普勒頻移，V2V通信的連接質(zhì)量可能會(huì)非常糟糕。在{15}中，對(duì)不同車輛交通和流動(dòng)情況下的無線局域網(wǎng)的性能作了評(píng)估，結(jié)果表明信號(hào)質(zhì)量惡化程度隨著使用802.11b的車輛的相對(duì)平均速度增加。除了不可靠的無線連接，有MAC層數(shù)引起的數(shù)據(jù)包沖突也會(huì)增加EWMs的損失。此外，在非正常情況下，所有靠近AV的車輛都會(huì)受到潛在的威脅，所以他們也應(yīng)該收到緊急情況警報(bào)。但是由于車輛的高流動(dòng)性，面臨危險(xiǎn)的車輛群組很快會(huì)改變。例如，在圖2中，當(dāng)車輛A發(fā)生緊急情況

8、時(shí)，附近的車輛N1、N2、N3、N4、和N5都被置于潛在的危險(xiǎn)當(dāng)中。很快，車輛N1和N5會(huì)超過