随着车车通信(v e h i c l eＧt oＧv e h i c l e,V２V)技术的不断发展,很多学者对基于G P S与V２V[１０Ｇ１１]的防追尾碰撞技术进行了研究.将这两者结合,可以使车辆获取较为全面二准确的信息,但其有效性在V２V通信受到干扰而被屏蔽或延时时,导致信息的不准确甚至无法获取,影响预警系统性能.近年来,基于WA V E(w i r e l e s s a c c e s s i n v e h i c u l a r e n v i r o n m e n t,车载环境下无线接入)的车载无线通信系统[１２Ｇ１３]的核心关键技术的研究也在不断进步,促使V２V通信性能不断提高,时延二丢包率等也得到有效改善.如文献[１４]提出１种分析模型通过性能参数如平均传输延迟二包传输率二包接收率,评估高速公路上车辆的安全相关服务的性能;文献[１５]提出１种能够动态调整C C H和S C H 间长度的可变控制信道间隔多信道接入机制,在保证重要安全信息优先传播的前提下,可显著提高S C H s的饱和吞吐量和降低服务包的传输延迟.这些研究成果也为本文的研究提供了理论基础和有力支持.笔者基于WA V E协议标准,包括I E E E８０２．１１p及１６０９协议族,构建了车辆防追尾碰撞终端系统的硬件二软件设计及实现方案,并通过实地测试,对系统的可行性进行了评价. 1一车辆防追尾碰撞终端系统设计与实现
一一车辆防追尾碰撞终端系统通过车载单元(o n b o a r du n i t,O B U)实现车与车通信.当前车辆车载单元O B U采集自身车辆G P S定位信息二车辆状态信息,并将这些信息由D S R C(d e d i c a t e d s h o r tr a n g ec o mm u n i c a t i o n s,专用短程通信技术)模块实时地发送给周边其他车辆的车载单元O B U,同时接收来自其他车辆车载单元O B U播发的位置和状态信息.当前车辆信息处理单元将接收到的其他车辆的位置与状态信息与自身信息相比对,判断是否对当前车辆造成威胁.若有,则将危险按等级分类,给出报警信息,提醒驾驶者注意,并采取相应措施以避开危险,提高交通车辆安全性.
１．１一硬件设计
由于车辆主动安全通信要求终端接入及时二信息收发实时性强等,对终端设备性能要求较高,因此,本终端设计采用一主多从的模块化系统方案,G P S数据接收与处理二D S R C数据收发二数据显示模块通过相应接口与主处理器相连,每个功能模块在主处理器协调控制下单独运行,完成数据通信与交互.这种设计模式便于模块故障排查,有利于终端稳定性的提高.为此系统选择具有功耗低二稳定性良好等特点的,符合车规级的F r e e s c a l e I．M X６嵌入式开发板作为研发基础.该开发板采用A R M架构的C o r t e x A９处理器,主频１G H z,５１２M BD D R内存,L i n u x嵌入式操作系统,具有串口二U S B接口二以太网接口二C A N 接口二音频口二视频口二P C I口等,能够很好满足终端系统的设计需求.终端系统车载单元O B U硬件结构见图１.
车载单元O B U硬件结构主要包含如下模块.
１)车辆接口模块.本模块主要完成O B U内外各模块的连接,为数据可靠通信和交互提供保障.采用C A N(c o n t r o l l e r a r e an e t w o r k)总线接口与车辆连接,通过C A N总线接口采集车辆加速度二速度二刹车二转向灯等动态信息.
８２１交通信息与安全一２０１５年４期一第３３卷一总１９２期
２)L C D 显示模块.本模块通过开发板提供
的V G A 接口外接L C D 显示屏,主要从处理器接收数据处理后的结果,处理后的结果以预警信息图片的方式提供给驾驶者,直观二简便.
３)G P S 数据接收与处理模块.G P S 模块选取U B L O XL E A ４S 模块,模块包括基带与射频模块,外置天线,接收灵敏度高,定位实时精确.
G P S 模块主要完成G P S 定位信号与同步时间的提取,对G P S 信号进行解调和滤波处理,解算出G P S 卫星的导航报文,获得车辆导航定位的位置二方向等数据.４)D S R C 数据收发模块.该模块主要完成周边车辆D S R C 信息的接收和自身车辆D S R C 信息的播发.本文D S R C 模块选择U n e x 公司的
D C MA Ｇ８６P ２模块,模块采用m i n i P C I 接口,需要将开发板P C I 接口转换为m i n i P C I 接口.模块可工作于５．８５０~５．９２５G H z 的频率范围内,
支持I E E E８０２．１１p 协议,
传输速率达到１３．５M b /s ,包含主控模块及射频模块
.
图１一车载单元硬件结构
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．１一H a r d w a r e a r c h i t e c t u r e o f t h eO B U １．２一软件设计１．２．１一终端操作系统设计
在F r e e s c a l e 开发板嵌入式硬件设计基础上
进行系统软件设计,L i n u x 系统提供串口二U S B ,
P C I ,C A N ,L C D 等设备驱动程序,
降低了系统软件开发的难度,应用层程序通过调用标准接口对设备进行操作.硬件D S R C 模块实现了物理层与部分MA C 层协议,驱动程序需要对P C I 控制器进行设置,通过P C I 接口配置D S R C 模块,包括初始化二设置发送接收操作二中断处理等.上层协议由L i n u x 内核实现,编写I E E E１６０９协议
栈,实现１６０９．４,１６０９．３,１６０９．２等协议.同时,
L i n u x 给应用层用户提供S o c k e tA P I 接口,
用户由具体应用调用接口实现相应的应用,例如,可编写车辆防碰撞应用二车辆换道警示等车辆主动安全应用.
L i n u x 操作系统内核中已经存在的T C P /I P 网络协议栈模块,以及无线网卡的驱动程序.本文通过修改A t h e r o sa t h ５k 驱动程序实现D C ＧMA Ｇ８６P ２网卡的I E E E ８０２．１１p 协议规定的逻辑功能.G P S 模块则采用已有的G P S 驱动程序.对以下程序模块进行单独开发:W S M P 模块,
实现I E E E１６０９．３的路由层功能;L L C 模块,整合W S M P 和I P v ６的数据报文;虚拟网卡层模块,实现I E E E １６０９．４所的多信道协调控制;管理层的WM E 和M L M E 模块,为通信双方提供了数据传输通道,并完成WA V E 协议栈的参数的设置与获取等功能.
１．２．２一车辆防追尾碰撞算法设计
车辆防追尾碰撞算法是在WA V E 协议栈基础上开发的.防追尾系统判断流程说明如下:假设A 车代表行驶在前方的车辆,B 车为行驶在后方的车辆,当系统启动后A ,B ２车以１０H z 的频率将各自车辆G P S 信息通过D S R C 通信模块播发.当A 车采取刹车措施后,触发刹车板上的触发器,A 车的车载单元将触发的刹车信息及G P S 信息通过D S R C 通信模块发送出去.B 车在播发的同时,也接收其它车辆的信息.B 车接收到A 车G P S 等信息后,