车联网专用短程通信和定位技术的研究与应用

摘要

随着人们出行需求的增加，交通问题逐渐成为了人们关注的焦点。车联网将道路、车辆等因素作为一个有机的整体加以考虑，是当下智能交通领域的研究热点。国内的车联网研究还停留在感知层，在通信层尚未形成统一标准，也缺乏相关的应用。本文研究了车联网中的专用短程通信技术和定位技术，并在二者的基础上实现了车路协同和路口预警的应用。
　　首先，本文分析了Wi-Fi协议栈结构及驱动机制，在Wi-Fi的协议及状态机基础上，主要进行了车载环境下的快速接入和短消息协议设计，包括数据收发、信道切换以及用户和内核通信方式的设计，并与Wi-Fi进行了性能上的对比。然后将伪距差分定位技术与专用短程通信技术结合，使用短消息协议封装差分改正数，完成差分数据编解码，提高了车辆的定位精度，降低了系统成本。车路协同的功能是实现道路管理者和出行者间的双向通信，能够定时发布交通服务信息、上传车辆数据、维持连接状态。程序设计采用了多线程技术及多路复用技术，提高了数据并行处理能力。路口防撞预警通过路侧设备收集并广播车辆信息，避免了车辆较多时带来的信道争用问题。预警系统收到车辆信息后判断可能发生的碰撞类型，减少了不必要的预警所造成的系统开销，并对直线和侧面碰撞分别采用不同的预警方法。设置预警参数时，考虑了不同碰撞环境下的安全因素以及实际驾驶状况，并通过离线测试证明了预警系统在实际环境下的可靠性。
　　最后，本文对将前几章所设计的内容集成，介绍了集成系统的层次结构及硬件组成，并完成了实际应用场景下的测试。全文的测试结果表明，本文设计的专用短程通信技术及差分定位技术具有良好的性能，在通信延迟、定位精度等多方面达到了技术指标，设计的应用可以用在实际的交通环境中。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 课题研究现状

1．2．1 专用短程通信技术研究现状

1．2．2 定位技术研究现状

1．3 课题研究内容

1．3．1 专用短程通信技术实现

1．3．2 车载环境下的差分定位系统实现

1．3．3 车联网应用技术

1．4 论文内容安排

2 专用短程通信技术实现

2．1 现有协议栈结构及开发环境

2．1．1 无线服务及状态机

2．1．2 FullMAC和SoftMAC

2．1．3 驱动注册及收发机制

2．1．4 OpenWRT开发环境

2．2 快速接入设计

2．2．1 取消认证关联机制

2．2．2 固定信道

2．3 短消息协议栈设计

2．3．1 短消息协议栈设计

2．3．2 WSMP封包格式及定义

2．3．3 Netlink机制

2．4 专用短程通信性能测试

2．4．1 测试性能指标及工具

2．4．2 性能对比测试

2．4．3 通信性能对比结果

2．5 本章小结

3 差分定位技术实现

3．1 基于专用短程通信的差分定位系统

3．1．1 差分定位系统结构

3．1．2 差分方式及数据格式

3．1．3 NTRWP系统

3．2 基准站设计

3．2．1 基准站组成

3．2．2 RTCM数据格式及编码

3．3 移动站设计

3．3．1 移动站组成及流程

3．3．2 RTCM数据解码算法

3．4 定位结果输出

3．5 差分定位精度测试

3．5．1 定位精度测试方案

3．5．2 测试结果

3．6 本章小结

4 车路信息协同应用

4．1 车路协同通信结构

4．1．1 车路协同简介

4．1．2 路网通信系统结构

4．1．3 车载通信系统结构

4．2 路侧设备与车载设备硬件介绍

4．3 路侧设备软件设计

4．3．1 路侧设备程序设计

4．3．2 多线程及多路复用技术

4．3．3 服务数据格式

4．4 车载设备软件设计

4．4．1 蓝牙连接建立

4．4．2 车载设备程序设计

4．5 本章小结

5 路口防撞预警应用

5．1 路口防撞预警

5．1．1 路口碰撞场景

5．1．2 路口防撞预警结构设计

5．2 车辆信息获取

5．2．1 车辆信息内容

5．2．2 车辆信息表

5．3 碰撞分类

5．3．1 碰撞分类意义

5．3．2 分类算法

5．4 防撞预警

5．4．1 预警算法

5．4．2 预警参数选择

5．5 防撞算法验证

5．5．1 离线验证方法

5．5．2 实验结果

5．6 本章小结

6 系统集成及测试

6．1 集成环境搭建

6．1．1 集成系统组成

6．1．2 硬件介绍

6．2 集成环境测试

6．2．1 测试环境介绍

6．2．2 测试结果

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果