在车对车通信中选择性消息重发

技术领域

本发明涉及用于在车辆之间传达意图信令消息的方法。

背景技术

在人驾驶的车辆中，光学信号以及有时为听觉信号被用来向周围交通传达意图和状态。例如，驾驶员可以启动指示改变车道或改变方向的意图的转向信号。踩下刹车会点亮刹车灯，发信号通知预期速度变化。日间行车灯增加了周围驾驶员对车辆存在的意识，在某些具体情况下使用喇叭也是如此。这些类型的信号可以传达意图，并且允许周围交通有机会提前计划和调整，而不是只对当前观察到的情况作出反应。

重要的是要注意，驾驶员并不完全依赖于周围交通发信号通知的意图来驾驶车辆，如果省略信号，他们一般也能够操作。然而，信号确实大大增强了安全性和交通的有序流动，并且如果不认真执行，碰撞的可能性会大大增加。出于这个原因，法律通常要求发信号通知意图，以及保持车辆上的信号灯良好。

随着自动驾驶技术的引入，已创建电子系统来复制驾驶员的功能。通常，此类系统依赖于大量传感器，诸如雷达、激光雷达、摄像头、超声波换能器等。精细的计算机执行复杂的计算，以评估当前的情况并作出控制车辆的决定。此类系统包括增强的巡航控制，其能够检测前方减速的汽车(通常经由雷达来检测)，并踩下刹车以保持安全距离。近来出现了更精细的全自主系统，它们能够分析更广泛的情况并执行更广泛的动作，包括完全控制车辆而无需人工干预。

然而，目前已知的系统主要是反应性地运作，通过观察过去和当前的情况并基于这些信息作出控制决策。如果不知道周围交通的意图，控制问题就变得非常困难，就像对于驾驶员一样。预期用于驾驶员的信号通常是光学信号，并且为了让人理解。对于自动化系统来说，同时处理多个摄像头输入、检测其他车辆发出的光信号以及将其纳入控制决策需要大量计算。

在车载自组织网络(VANETS)领域，已经做了很多理论和研究工作。这项工作通常集中在可动态配置的移动网络上，提供所有参与车辆之间的完全双向通信以及与固定基础设施的数据连接，并且实现这些目标所需的消息路由协议。每辆车都被视为网络中的单个节点。前提是，如果经由VANET建立了通信信道，则车辆可以传达其意图并相互协作。

实际上，VANET的实施面临诸多重大障碍，并且目前还没有商业实施。关键挑战包括快速变化的网络拓扑、高密度交通中的带宽限制、基础设施和其他车辆的信号阻挡、来自外部源的无线电干扰、安全问题等。

如上所述，VANET在本领域的研究和开发集中于在节点之间创建双向链接，并且通过多跳将消息传递给具体接收者。然而，人意图信号模型表明，这对于促进高效的交通流来说不是必需的，也不是真正期望的。简单地提供指示预期车辆运动变化的信号就足以在安全性和效率性方面实现显著改善，只要此信号能够被可靠地传播到所有受影响的周围交通。

所需要的是一种电子意图信号发出系统，该系统易于实施、鲁棒、在低密度和高密度交通中都能运作、不依赖于固定基础设施，并且可以与人驾驶的和自动驾驶的车辆集成。本发明阐述了这样的一个系统。

发明内容

本专利中使用的术语“发明”、“所述发明”、“该发明”和“本发明”意图广泛地指本专利和下面的专利权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述应该被理解为并非限制本文描述的主题或被理解为限制下面的专利权利要求的含义或范围。本专利所涵盖的本发明的实施例由下面的权利要求来限定，而不是由该发明内容。该发明内容是本发明的各个方面的高度概述，并且介绍了下面的具体实施方式部分中进一步描述的一些概念。该发明内容不意图标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不意图单独用于确定所要求保护的主题的范围。主题应该通过参考该专利的整个说明书的适当部分、任一或所有附图以及每条权利要求来理解。

本发明的主要目的是提供用于将指示预期车辆运动变化的信号传递给可能受此变化影响的所有周围交通的方法。

第二目标是提供用于将消息传播限制为仅向可能受影响的交通从而限制带宽拥塞的方法。

知道信号来自哪个方向对于能够正确处理信号至关重要。驾驶员固有地通过穿过挡风玻璃向前看、在后视镜里向后看或向侧面看来观察方向。

为了将方向性与电子信号相关联，有必要使用多个定向天线，每个天线被定向在预定方向上。由定向天线接收和发送的信号然后已知在与天线相关的方向上传播。

如果信号被一个以上的定向天线接收，则相对信号强度以及在一些实施例中在两个天线之间观察到的到达时间差可以用来进一步精确信号起源的方向。这样做的方法是众所周知的，并且不在本发明的范围之内。如果在特定实施例中利用此类方法，增加天线的数量将一般会提高可以确定信号方向的精度。

定向天线在无线电通信领域同样是众所周知的，因此它们的设计和安装不在本发明的范围之内。本发明的方法要求在车辆上安装多个定向天线，以便实现主要目标。本文图示了利用两个和四个天线的特定实施例。诸多其他配置也是可能的，并且对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

在密集的交通流中，不可避免的是，一些无线电信号会被周围车辆阻挡。对于现代数据通信中常用的高频、低功率信号来说尤其如此。即使对于安装在车顶上的天线，信号也会在某些方向被更高的车辆(诸如卡车、公交车等)阻挡。

由于可能受一辆车的运动预期变化影响的其他车辆的数量相对少，并且被局限于车辆周围的有限区域，因此期望将发送限制为仅向必要的接收者。

因此，为了实现第二目的，图示了特定实施例，其中多个定向天线安装在车身上的低处，在窗户线下方，例如在传统的转向信号指示器单元内。此布置导致信号仅对在特定方向上由特定天线服务的紧邻车辆可见。

在密集交通中，周围车辆将基本上阻挡原始信号的任何进一步发送，从而限制对其他发送的干扰。在稀少交通中，在一些实施例中，干扰可以通过控制发送功率并且因此控制信号的范围来限制。

进一步地，安装有天线的车身通过阻挡除期望方向以外的信号传播来增强信号的方向性。

本发明的方法通过一个或多个其他定向天线选择性地重发在一个定向天线上接收的消息，以仅在期望方向上扩展消息传播的有效范围。除了实现其目标之外，本发明使得能够使用车身的信号阻挡特性作为优点而非缺点，这是传统VANET方式中没有的独特特性。

附图说明

在此参考以下附图来描述本发明：

图1是图示了具有两个定向天线的车辆的俯视图；

图2是图示了具有四个定向天线的车辆的俯视图；

图3图示了向具有两个定向天线的车辆后面的交通的消息发送和重发；

图4图示了向具有两个定向天线的车辆前面的交通的消息发送和重发；

图5图示了向具有四个定向天线的车辆后面的交通的消息发送和重发；

图6图示了向具有四个定向天线的车辆前面的交通的消息发送和重发；

图7是示出了代表性意图信令消息的典型内容的框图；和

图8是示出了本发明的方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例要求在车辆上安装多个定向天线。至少两个天线是必要的，然而在特定实施例中天线的确切数量可以在不脱离本发明的范围的情况下变化，只要该数量至少为2。定向天线在本领域是众所周知的，并且它们的设计和安装不在本发明的范围之内。

图1中图示了适于实践本发明的车辆配置，车辆100上安装有两个定向天线200。该图示也示出了用于借助天线200发送的消息210的相应传播路径。

图2中图示了具有安装在车辆100上的四个定向天线200的车辆配置。该图示示出了用于借助该配置中的天线200发送的消息210的相应传播路径。

车辆可能希望向周围交通发信号通知许多不同的预期运动变化。示例包括加速、减速、车道变化、方向变化等。预期变化的性质以及车辆的当前运动状态确定周围交通可能受到影响的方向。例如，加速很可能会影响前进方向的交通。减速很可能会影响向后方向的交通。车道变化可能同时影响向前和向后的交通。

预期运动变化可以响应于驾驶员的输入而发起，诸如操作刹车、加速器、转向或转向信号指示器。预期变化也可以由车辆的自主控制系统发起。

图3至图6图示了通过原始车辆100并通过重复车辆110，利用具有两个和四个天线的车辆配置，在向前和向后方向上发送原始消息210并重复发送消息310。

图7中图示了可以在一些实施例中利用的信令消息的典型内容。唯一消息ID 215识别该消息。在一些实施例中，消息ID可以包括唯一车辆ID和消息序列号。如果接收车辆处理具有特定ID的消息，并且稍后接收由具有相同消息ID的另一车辆重复的消息，则复制消息可以因此被识别并丢弃。

如果在消息形成的时候车辆的当前位置是已知的，则它可以被包括在当前位置字段220中。

时间戳230指示消息形成的时间。

如果已知，则预期位置240向接收消息的车辆指示预计原始车辆100在预期变化完成时所处的位置。

预期时间250是预计完成预期变化的时间。

一些实施例还可以包括附加信息，诸如当前速度260、预期速度270、当前方向280、预期方向290以及其他类似数据。

按照本发明的次要目的，即将消息传播限制为仅向可能受预期变化影响的周围交通，一些实施例可以请求具体重复次数。所请求的特定次数可能取决于当前状况、预期变化的量级以及消息被送出的方向。

例如，预期车道变化消息可以在向后的方向上送出，请求2次重复，并且在向前的方向上单独送出，请求0次重复。指示紧急减速的消息将在向后的方向上送出，请求重复次数很高，比如5次或更多，而指示轻微减速的消息可以在向后的方向上送出，仅请求重复1次。在此列出的次数仅是说明性的。特定实施例可以选择被认为合适的特定请求重复次数。

其他实施例也是可能的，使用限制消息传播的其他方法，诸如基于时间到期、距始发位置的距离等的方法。这些实施例仍在本发明的范围内。

借助其定向天线200之一接收消息的车辆将检查消息内容。消息被接收的方向与接收天线相关联。然后，车辆必须决定是否重发该信息，并且如果是，则在哪个方向上发送。

在利用重复请求策略的实施例中，车辆将通过增加完成重复字段296来修改所接收的消息，从而创建重发消息310。如果结果值大于请求重复字段295，则该消息被丢弃。否则，经修改消息310在与其被接收的方向基本上相反的方向上被发送。

如果响应于在消息210中接收的信息，接收车辆自身运动状态的变化是必要的，则此变化可以由其自主系统发起，或者由视觉或听觉指示器传达给驾驶员。

然后，新消息210可以由车辆形成，其指示计划的变化，并且根据本发明来发送。

从图8中可以看出，本发明涉及一种为车辆分发意图信令消息的方法，所述车辆具有多个定向无线电天线，该多个定向无线电天线被定向为在预定的且不同的方向上发送无线电信号，所述方法包括以下步骤：

a.响应于预期车辆运动变化，选择面向将受预期运动变化影响的周围交通的方向的多个定向无线电天线中的至少一个

b.借助在步骤a中选择的定向无线电天线，形成并发送对应于预期车辆运动变化的意图信令消息

根据特定实施例，该方法还包括以下步骤：

c.借助多个定向无线电天线中的至少一个从至少第二车辆接收意图信令消息

d.检查在步骤c中接收的消息的内容，以选择面向将受在所述接收的消息中传达的预期变化影响的周围交通的方向的多个定向无线电天线中的至少一个

e.借助在步骤d中选择的定向无线电天线来发送在步骤c中接收的消息

根据特定实施例，步骤b中所述意图信令消息的形成还包括对于消息确定期望重复发送次数。

根据特定实施例，在步骤c中接收的所述消息包含关于所请求的重复发送次数的信息和关于所完成的重复发送次数的信息，以及

其中，在步骤d中检查所接收的消息的内容还包括通过将完成重复发送次数增加1来修改消息内容，以及

其中，步骤e包括仅当所请求的重复发送次数大于所完成的重复发送次数时，才发送在步骤d中修改的消息。

根据特定实施例，该方法还包括以下步骤：

f.响应于在步骤c中接收的消息的内容，确定影响车辆运动变化的意图

g.响应于预期车辆运动变化，选择面向将受预期变化影响的周围交通的方向的多个定向无线电天线中的至少一个

h.借助在步骤g中选择的定向无线电天线，形成并发送对应于车辆运动的预期变化的意图信令消息

根据特定实施例，意图信令消息的形成还包括结合当前位置信息。

根据特定实施例，意图信令消息的形成还包括结合预期未来位置信息。

根据特定实施例，意图信令消息的形成还包括关于其被发送的方向的信息。

根据特定实施例，所述预期车辆运动变化响应于驾驶员的输入而发起。

根据特定实施例，所述预期车辆运动变化由车辆自主发起。

根据特定实施例，确定期望重复发送次数是响应于预期变化的量级。

本文公开的特定实施例是说明性的而非限制性的；基于本文公开的内容，在不脱离本发明的范围的情况下，其他实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。