车辆碰撞预警协议的设计

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1、一种协作碰撞警告的车对车通信协议XueYangUniversityofIllinoisatUrbana-Champaignxueyang@uiuc.eduJieLiuMicrosoftResearchliuj@microsoft.comFengZhaoMicrosoftResearchzhao@microsoft.comNitinH.VaidyaUniversityofIllinoisatUrbana-Champaignnhv@uiuc.edu摘要21.引言22.应用挑战32.1挑战1:紧急情况后的严格的延迟要求32.2挑战2：长时间多个AVs并存情况

2、的支持42.3挑战3：紧急事件的分化和赘余EWMs的消除43.相关研究54.车辆碰撞警报通信协议64.1假设64.2EWMs的速率降低算法74.3AVs的状态转换105.绩效评估125.1EWM传送延迟125.2冗余EWMs的消除146.结论15参考文献15摘要：本文提出了一种协作碰撞警报的车对车通信协议。像专用短程通信（DSRC）这样的车对车（V2V）和车对路（V2R）新兴的无线技术，通过提供早期预警对大量减少致命道路事故的数量很有效。在各种路况下实现紧急警告的低延时传送是本文解决的一个重要技术难题。基于对应用要求的仔细分析,我们设计一个有效的协议,

3、包括拥塞控制方针、服务分化机制和紧急警报传播方法。仿真结果证明，本文提出的协议实现了紧急警报的低延时传送和在道路情况紧张时带宽的有效利用。1.引言交通事故每年夺取了成千上万人的性命,超过任何致命的疾病或自然灾害。研究表明，如果车辆驾驶者在事故发生前0.5秒以上得到警报，60%的路面事故都可以避免。驾驶人员在路面发生紧急情况时都会受到反应时间影响，导致紧急警报的发出有很大延迟，就像下面的简单例子所说明的一样。在图1中，A、B、C三辆车行驶在同一车道中。当A突然紧急刹车，B和C两辆车都面临危险，并且由于下面的两个原因，C与A离得更远并没有使得C比B更安全：

4、刹车灯的视线局限性：一般的，司机只能看见直接前面车辆的刹车灯，所以司机C很有可能要等到司机B刹车亮灯时才知道A发生了事故。严重的紧急事件处理延迟：司机反应时间,也就是从司机B看到A的刹车灯到踩下刹车的时间,通常在0.7秒到1.5秒的范围,这将导致紧急警报传播的严重延误。新兴的无线通信技术对显著降低紧急警报的延迟很有效，专用短程通讯（DSCR）财团正在定义支持车对车（V2V）通信环境的短中程通信服务。在我们前面的例子中，使用V2V通信，一旦发生紧急情况车辆A可以立即发出警报信号。如果车辆B和C能够几乎没有延迟地收到这些信号，司机们会立即受到提醒。在这种情

5、况下，C有很大的机会通过及时反映避免事故，而B在可见度很低或者司机对周围的环境没有引起足够的注意的时候将会受益于警报信号。因此，车对车通信实现了车辆A、B、C之间的协作碰撞警报。本文讨论了一种车辆碰撞警告通信（VCWC）协议，这篇论文的主要贡献包括：车辆协作碰撞警报的识别应用要求。实现了对基于应用要求的紧急警报信息的阻塞控制。本文的其余部分安排如下，第2节讨论应用挑战，第3节介绍了相关研究，第4节描述了提出的车载碰撞警报通信（VCWC）协议，第5节展示了使用ns-2仿真器的绩效评估，最后在第6节得出结论。2.应用挑战当车辆在道路上异常行驶，比如超过一定

6、减速阈值，行驶方向剧烈变化，重大机械故障等，它就成了一部异常车辆（AV）。异常车辆使用V2V通信主动生成紧急警报消息（EWMs），其中包括地理位置，速度，加速度和异常车辆的移动方向，以警告其他周围车辆。然后警报信号的接收者可以根据自身和异常车辆的相对运动来确定和该紧急情况的相关程度。2.1挑战1:紧急情况后的严格的延迟要求在紧急情况发生后的短时间内，警报越早传送到濒危车辆，就越有可能避免事故发生。我们把从一个异常车辆到另一车辆的EWM传送延迟定义为，从A发生紧急情况到V接收到第一个相应的EWM所持续的时间。因为一辆以80英里∕时形式的车在30ms内能够

7、移动一米以上，每个受影响的车辆的EWM传送延迟应该在毫秒数量级。然而，由于多径衰减、屏蔽以及因车辆的高移动性引起的多普勒频移，V2V通信的连接质量可能会非常糟糕。在{15}中，对不同车辆交通和流动情况下的无线局域网的性能作了评估，结果表明信号质量恶化程度随着使用802.11b的车辆的相对平均速度增加。除了不可靠的无线连接，有MAC层数引起的数据包冲突也会增加EWMs的损失。此外，在非正常情况下，所有靠近AV的车辆都会受到潜在的威胁，所以他们也应该收到紧急情况警报。但是由于车辆的高流动性，面临危险的车辆群组很快会改变。例如，在图2中，当车辆A发生紧急情况

8、时，附近的车辆N1、N2、N3、N4、和N5都被置于潜在的危险当中。很快，车辆N1和N5会超过