用于在用于交通参与者与至少一个另外的交通参与者之间通信的通信网络中传输消息的方法与流程

1.本发明涉及用于在用于交通参与者与至少一个另外的交通参与者之间通信的通信网络中传输消息的一种方法、一种分析评价单元、一种计算机程序和一种计算机可读的介质。


背景技术：

2.车对基础设施通信(v2i)和车对车通信(v2v)——也统称为车对x通信(v2x)——使得能够实现车辆与所谓的路侧单元(rsu)无线地彼此通信。在此，例如能够交换如车辆的如位置或速度的车辆动力学数据或关于周围环境的信息。
3.v2x通信在用于自动化驾驶的结合驾驶辅助系统的应用被认为是尤其前景可期的。collective perception(“kollektive wahrnehmung”，集体感知)等技术，即与相邻车辆分享关于由车辆的车载传感装置所识别到的对象的信息并基于预计车辆轨迹的交换协调车辆机动动作，能够提高安全水平、驾驶舒适度和交通效率，为此另参见：laurens hobert等，“enhancements of v2x communication in support of cooperative autonomous driving”，ieee communications magazine 53(12)，第64至70页，2015。
4.协作式驾驶功能要求传输新的v2x消息类型，例如目前由欧洲电信标准化协会(etsi)委员会所提出的用于进行标准化的collective perception message(cpm，集体感知消息)和maneuver coordination message(mcm，机动动作协调消息)。这些消息典型地包含必须被包含在每个消息中的强制字段——如头部，和能够根据特定的规则被记录到消息中的若干可选字段。这例如涉及cpm中的所识别到的对象或者mcm中的车辆轨迹。
5.用于协作式驾驶的v2x消息的传输可能导致增加的v2x无线电信道负载。在使用在欧盟已针对v2x通信被标准化的its-g5技术的情况下，信道过载可能导致降低的通信功率，即可能导致更高的误包率和更高的延迟。
6.为避免v2x无线电信道的过载，可以将所谓的dcc协议(dcc＝distributed congestion control，分散式拥塞控制)用于消息传输。dcc协议的目的是优化网络稳定性、吞吐率和向参与的网络站点的资源配置。


技术实现要素：

7.在此背景下，以在此所提出的方案提出根据独立权利要求的用于在用于交通参与者与至少一个另外的交通参与者之间通信的通信网络中传输消息的一种方法、一种分析评价单元、一种计算机程序和一种计算机可读的介质。在此所提出的方案的有利的扩展方案和改善方案从说明书中得出并在从属权利要求中进行描述。
8.本发明的优点
9.本发明的实施方式使得能够以有利的方式实现：在考虑消息对于参与的车辆或者交通参与者而言的对应相关性的情况下并且在考虑当前网络负载量的情况下在v2x通信网
络中传输消息。通过根据消息内容来控制传输，例如能够避免具有高优先级的消息——例如对潜在地即将发生的与行人的碰撞的警告——被丢弃，而传输具有低优先级的消息——例如在高速公路上在相反方向上行驶的车辆的位置和速度。换言之，因此能够在高网络负载量的情况下传输更多具有更高优先级的消息，其方式是，同时传输更少具有低优先级的消息。
10.本发明的第一方面涉及一种用于在用于交通参与者与至少一个另外的交通参与者之间通信的通信网络中传输消息的方法。该交通参与者和该另外的交通参与者各具有一个用于经由通信网络传输消息的分析评价单元。该方法包括以下步骤，所述步骤尤其可以以所说明的顺序执行：在分析评价单元中接收第一消息，其中，该第一消息包括各具有一个优先值的消息片段；确定通信网络的当前负载量；基于所述优先值和通信网络的当前负载量从第一消息中滤出待传输的消息片段；和产生具有所述待传输的消息片段的第二消息并经由通信网络发送该第二消息。
11.交通参与者例如可以理解为机动车、交通基础设施元素(亦称路侧单元)、自行车、踏板车(tretroller)或者行人，所述机动车例如是载客汽车、载重汽车、公共汽车或者摩托车。
12.通信网络可以理解为用于交通联网的网络，例如从车到车(v2v或car2car)、从车到路(v2r)、从车到基础设施(v2i)、从车到网络(v2n)或者从车到人(v2p)。例如可以经由无线通信连接在交通参与者与至少一个另外的交通参与者之间传输消息，所述无线通信连接例如是wlan连接、蓝牙连接或者移动无线电连接。
13.可以实现，交通参与者分别具有一个用于检测其周围环境的传感装置。该传感装置例如可以包括摄像机、雷达传感器或者激光雷达传感器。在此，分析评价单元可以实施为用于基于通过传感装置所产生的传感器数据来识别对象和/或相应于所识别到的对象来控制所涉及到的交通参与者——如车辆，即，通过操控对应的促动装置来进行转向、制动和/或加速。分析评价单元例如可以实施为用于基于由其他交通参与者所提供并经由通信网络所接收到的消息来控制所述交通参与者。
14.所识别到的对象例如还可以是相邻交通参与者的轨迹或者基于该交通参与者的至少一个可能的轨迹和/或至少一个相邻交通参与者的至少一个可能的轨迹的机动动作信息。
15.例如可以给所识别到的对象配属优先值，该优先值显示所识别到的对象对于所涉及到的交通参与者和/或另外的交通参与者而言的相关性。该配属例如可以通过周围环境模型进行，该周围环境模型将周围环境中的对象作为对象模型进行存储并基于传感器数持续进行更新。该周围环境模型例如能够根据对象的位置、位态、速度、轨迹或对象类来对该对象的相关性进行确定并通过计算对应的优先值进行量化。
16.在通信网络中待传输的消息可以理解为用于协作式驾驶的v2x消息，例如cpm或mcm。这种消息除了头部之外还可以包含一个或多个消息片段。与头部相反，消息片段可以是可选的。例如可以实现，每个消息片段描述一个所识别到的对象，如该对象的位置、位态、速度、尺寸或者对象类，并通过所识别到的对象的优先值进行标记。消息的各个消息片段可以在其优先值方面相互之间进行区分。该消息还可以包含关于该交通参与者的预计轨迹、转向角度、位置、方向或者速度的信息。附加地，在该消息中可以描述传感装置的视场或者
networks”，ieee vehicular networking conference(vnc)2016。
28.例如，当前的dcc协议不考虑消息的内容。因此，该dcc协议不能够区分重要消息与较不重要消息或者相对于其他消息优选传输特定的消息。关于当前的dcc协议另参见：m.sepulcre，j.mittag，p.santi，h.hartenstein和j.gozalvez，“congestion and awareness control in cooperative vehicular systems”，proceedings of the ieee，第99卷，第7期，第1260-1279页，2011年7月。bengi aygun，mate boban，alexander m.wyglinski，“ecpr:environment-and context-aware combined power and rate distributed congestion control for vehicular communications”，computer communications，第93卷，第3-16页，2016年。c.b.math，a.ozgur，s.h.de groot和h.li，“data rate based congestion control in v2v communication for traffic safety applications”，2015ieee symposium on communications and vehicular technology in the benelux(scvt)，卢森堡市，2015年，第1-6页。
29.相反，在此描述的方案能够实现基于优先级对待传输的消息片段进行选择，以便达到在功能上的效益与信道负载之间的良好妥协。在此，优选为每个消息选择具有高优先级的消息片段。同时能够确保无线电信道保持低于特定的阈值。
30.根据一种实施方式，该方法另外还可以包括：根据通信网络的当前负载量确定待传输的消息的最大消息大小，并根据通信网络的当前负载量和/或基于上一次传输的消息片段的优先值确定优先级阈值；基于最大消息大小和该优先级阈值从第一消息中滤出待传输的消息片段。换言之，优先级阈值可以因消息而异地不同并且基于一个或多个在前的消息来为每个待传输的消息重新计算。由此，优先级阈值能够连续地匹配到在交通参与者的周围环境中的本身进行变化的状况，以及匹配到网络负载量在时间上的波动。
31.根据一种实施方式，可以创建待过滤的消息片段的过滤列表。在此，可以将消息片段的优先值分别与优先级阈值进行比较。可以通过将其优先值低于优先级阈值的消息片段移除来缩短过滤列表。然后可以在考虑最大消息大小的情况下从经缩短的过滤列表中选择出待传输的消息片段。所述过滤由此能够两阶段地进行，由此能够提高该方法的效率。
32.根据一种实施方式，该方法还可以包括以下步骤，所述步骤优选能够以所说明的顺序执行：从经缩短的过滤列表中选择具有最高优先值的消息片段；求取所选择的消息片段的消息片段大小；将所述消息片段大小与最大消息大小进行比较；如果所述消息片段大小小于最大消息大小：将所选择的消息片段添加至待传输的消息片段的传输列表；从经缩短的过滤列表中移除所选择的消息片段；减小最大消息大小，减小量为所述消息片段大小。周期性地重复所述进行选择、求取、比较、添加、移除和减小的步骤，直至所述消息片段大小小于或者等于最大消息大小和/或所有消息片段都被从经缩短的过滤列表中移除。然后从传输列表中产生第二消息并经由通信网络发送该第二消息。如果对传输列表的持续完善(fortschreiben)例如由于所添加的消息片段的大小超过最大消息大小而中断，则可以生成具有直至该时间点所添加的消息片段的消息。因此能够确保该消息即使在受限的消息大小的情况下也分别包含具有最高优先级的消息片段。
33.根据一种实施方式，该方法可以附加地包括以下步骤：检查传输列表是否包含至少一个消息片段。若是，则能够以传输列表产生第二消息并经由通信网络发送该第二消息。因此例如能够避免发送无消息片段的消息。
34.根据一种实施方式，可以由信道占用比率(channel busy ratio，信道忙率，cbr)计算出优先级阈值。在此，优先级阈值可以随信道占用比率的增加和/或减小而增加和/或减小。信道占用比率一般可以理解为如下时间间隔与如下测量间隔之间的比例：在该时间间隔内使用配属给通信网络的无线电信道，在该测量间隔内对信道占用比率进行测量。优先级阈值例如可以与信道占用比率成比例。附加或替代地可以由上一次传输的消息片段的优先值计算至少一个统计学特征参量。可以由所述统计学特征参量计算出优先级阈值。这种统计学特征参量例如可以是算数平均值或者中位数。可以实现，优先级阈值随该统计学特征参量的增加和/或减小而增加和/或减小。优先级阈值例如可以与统计学特征参量成比例。由此能够补偿在计算优先级阈值时的由偶然因素所导致的波动。
35.根据一种实施方式，通信网络的当前负载量可以作为配属给通信网络的无线电信道的当前可用的数据传输速率由无线电信道的信道占用比率(cbr)和数据传输速率(ra)计算出：ra＝(1-cbr)
·
r。数据传输速率可以理解为无线电信道的理论带宽或者对于传输所必要的带宽。所述必要带宽例如可以是理论带宽的大约三分之二。通信网络的负载量因此能够被非常容易求取出。
36.根据一种实施方式，可以计算最大消息大小：m
max
＝ra·
t。在此，t可以理解为自上一次经由无线电信道传输消息以来的时间。因此能够根据传输频率来确定最大消息大小。例如，传输频率越小则可以将消息大小选择得越大，反之亦然。
附图说明
37.以下参照所附示图描述本发明的实施方式，其中，既不应将示图也不应将说明书解释为对本发明进行限制。
38.图1示意性示出具有彼此联网的车辆的交通场景，所述车辆各配备有一个根据本发明的一个实施例的分析评价单元。
39.图2示意性示出怎样通过图1中的分析评价单元对消息片段进行过滤。
40.图3示出根据本发明的一个实施例的方法的流程图。
41.所述附图仅仅是示意性的并且不是按比例的。附图中的相同参考标记表示相同或具有相同效果的特征。
具体实施方式
42.图1示例性示出四个车辆101、102、103、104，所述四个车辆各配备有一个用于检测周围环境的传感装置106、一个用于分析评价通过传感装置106所产生的传感器数据110的分析评价单元108和一个促动装置112。分析评价单元108还配置为用于基于传感器数据110经由无线v2x通信网络发送和/或接收消息114，所述四个车辆101、102、103、104在所述无线v2x通信网络中彼此联网。所接收到的消息114可以由分析评价单元108例如为了操控促动装置112而进行分析评价。因此例如可以实现，使车辆101、102、103、104的各个驾驶机动动作自动化地彼此协调一致，这亦可称为协作式驾驶。
43.在图1中，三个车辆101、103、104在高速公路115上行驶，而车辆102即将驶入到高速公路115上。
44.传感装置106例如实现为摄像机。然而，传感装置106也可以包括多个不同类型的
传感器单元。因此附加或替代于摄像机，传感装置106可以具有例如至少一个雷达传感器、激光雷达传感器或者超声波传感器或者激光扫描器。
45.促动装置112例如可以包括转向促动器或者制动促动器或者用于马达控制的促动器。分析评价单元108可以实施为用于基于传感器数据110和/或消息114产生用于操控促动装置112的控制信号116，以便自动化地对所涉及到的车辆进行控制，即，进行转向、制动、加速或者相应于在数字地图中预给定的路线进行导航，尤其是例如在考虑各个其他车辆的预计轨迹的情况下。
46.分析评价单元108尤其配置为用于从传感器数据110中提取在周围环境中的对象，例如相邻车辆或者该相邻车辆的可能的轨迹。因此，车辆103的分析评价单元108例如识别三个车辆101、102、104。在进行识别时，分析评价单元108给所识别到的对象中的每个对象配属优先值，该优先值将所识别到的对象对于车辆103而言的相关性量化。在该示例中，两个车辆101、104例如获得比正在驶入的车辆102更低的优先值，该正在驶入的车辆的轨迹预计与车辆103的轨迹相交。
47.附加地，分析评价单元108求取无线电信道的当前的信道负载量，车辆101、102、103、104经由该无线电信道彼此通信。基于当前的信道负载量和对应优先值，分析评价单元108现在从所识别到的对象中选择尤其相关的对象——在此例如是所识别到的车辆102——并生成和发送具有与此相关的信息的消息114，该信息例如是关于所识别到的车辆102的位置、速度、轨迹的。在此，从消息114中排除较不相关的对象，以便不使无线电信道不必要地受到负载。消息114可以由其他车辆——例如由车辆101、104接收。
48.以下以车辆103的分析评价单元108为例，更详细地描述这种在考虑信道负载量的情况下的基于优先级的消息生成的各个步骤。然而，该描述也能够以相同或者相似的方式适用于其他车辆101、102、104的分析评价单元108。
49.图2示出通过分析评价单元108基于传感器数据110所生成的过滤列表l1，该过滤列表具有不同的消息片段s1、s2、s3、s4、s5，所述消息片段分别描述一个在车辆103的周围环境中所识别到的对象，所述对象例如描述车辆101、102、104。消息片段s1、s2、s3、s4、s5中的每个消息片段被标记以优先值pi，该优先值显示在该消息片段中所描述的对象的对应优先级。
50.在第一步骤中，分析评价单元108根据阈值比较，将具有低优先值p1或p3的消息片段s1、s3从过滤列表l1中移除，该过滤列表由此变成经缩短的过滤列表l
’1。在第二步骤中，分析评价单元108由包含在该经缩短的过滤列表l
’1中的消息片段s2、s4、s5创建传输列表l2，该传输列表在此包含具有特别高的优先值p2或p4的消息片段s2、s4。如此创建传输列表l2，使得该传输列表不超过预给定的最大消息大小。在该示例中，消息大小例如不足以使得除了两个消息片段s2、s4之外也将消息片段s5记录到传输列表l2中。分析评价单元108例如由当前的信道负载量确定最大消息大小，如以下根据图3所更详细地描述的那样。
51.最后，分析评价单元108由传输列表l2生成消息114。消息114除了包含来自传输列表l2的待传输的消息片段s2、s4之外还包含具有例如主要关于车辆103及其传感装置106的强制数据的头部h。
52.图3示出用于传输消息114的方法300的流程图。该方法300例如可以由根据图2的分析评价单元108来执行。
53.在第一步骤301中，在分析评价单元108中接收由其他交通参与者101、102、104所发送的消息，其中，该消息包含待过滤的消息片段s1至s5，所述消息片段具有附属的优先值p1至p5。
54.在另一步骤303中，创建具有待过滤的消息片段s1至s5的过滤列表l1，所述消息片段具有附属的优先值p1至p5。
55.替代地，在第一步骤301中，在分析评价单元108中可选地接收传感器数据110。在另一可选步骤302中，通过相应地对传感器数据110进行处理和分析评价来识别在车辆103的周围环境中的对象101、102、104。在此，根据相关性给对象101、102、104配属不同的优先值pi。然后在步骤303中创建具有待过滤的消息片段s1至s5的过滤列表l1，所述消息片段描述对象101、102、104并具有附属的优先值p1至p5。
56.在另一步骤304中，确定配属给通信网络的无线电信道的当前可用的数据传输速率ra。
57.在另一步骤305中，由当前可用的数据传输速率ra计算待传输的消息的最大消息大小m
max
和优先级阈值p
th
。
58.在另一步骤306中，以最大消息大小m
max
和优先级阈值p
th
作为过滤标准对过滤列表l1进行过滤。在此，从过滤列表l1中移除其优先值p1或p3低于优先级阈值p
th
的消息片段s1、s3。从具有高于优先级阈值p
th
的p2、p4或p5的消息片段s2、s4、s5中选择用于传输列表l2的消息片段，直至达到最大消息大小m
max
。在此，在消息片段s2、s4被采纳到传输列表l2中之后是这种情况。
59.最后，在步骤307中由传输列表l2产生消息114并且在通信网络中经由无线电信道传输该消息。
60.前述方法300可以被视为对在上文更前面的部分中提及的etsi-dcc协议的扩展。在此，过滤列表l1例如可以由应用层来提供并且由位于应用层下方的层——例如dcc协议——来接收。在接收过滤列表l1时，例如可以通过dcc协议执行以下六个原则性步骤。但也可以实现，仅所述六个步骤中的前两个步骤通过dcc协议来实施，而其余步骤通过应用层来实施。以这种方式能够避免消息片段列表在应用层与dcc协议之间被交换。
61.1.首先，在步骤304中估计当前可用于传输的数据传输速率ra。为此例如可以测量当前的信道占用比率cbr(cbr＝channel busy ratio，信道忙率)。信道占用比率cbr描述如下时间份额：在该时间份额中无线电信道被其他站点利用(0≤cbr≤1)。基于无线电信道的所测量到的信道占用比率cbr和可用数据速率r(该可用的数据速率能够以符合目的的方式由总数据速率被估计出并例如可以是总数据速率的三分之二)来计算可用流量ra：
62.ra＝(1-cbr)
·
r[mbit/s]2.随后，在步骤305中基于可用流量ra和自上一次消息传输以来已经过的时间t来计算最大消息大小m
max
：
[0063]mmax
＝ra·
t[bit]
[0064]
3.此外，在步骤305中计算作为信道占用比率cbr的函数的优先级阈值p
th
，其中，较高的信道占用比率cbr导致较高的优先级阈值p
th
，反之亦然。替代或附加地，优先级阈值p
th
可以基于上一次被选择用于进行传输的所有消息片段si的优先值pi的统计学分布——例如基于算数平均值或者中位数——来计算。在此，上一次所选择的消息片段si的优先值pi越大则优先级阈值p
th
越大，反之亦然。
[0065]
4.现在，在步骤308中从过滤列表l1中丢弃所有其优先值p1或p3低于优先级阈值p
th
消息片段s1、s3。由此相应地缩短过滤列表l1。若过滤列表l1一开始就仅包含具有低于优先级阈值p
th
的优先值pi的消息片段si，则例如丢弃整个过滤列表l1并在步骤309中终止该方法。
[0066]
5.在步骤310中创建传输列表l2作为新的空列表。现在，从缩短的过滤列表l
’1的消息片段s2、s4、s5中选择用于传输列表l2的消息片段。
[0067]
6.为此，逐步对过滤列表l1进行处理。首先，在步骤310中选择具有最高优先值p2的消息片段s2。在步骤311中求取所选择的消息片段s2的消息片段大小m。在步骤312中求取具有最大消息大小m
max
的消息片段大小m。如果m《m
max
，则将所选择的消息片段s2在步骤313中添加至传输列表l2并在步骤314中从过滤列表l
’1移除。最后，在步骤315中减小最大消息大小m
max
用于随后的迭代：
[0068]mm"#,新
＝m
m"#-m
[0069]
在下一次迭代中，针对保留在过滤列表l
’1中的消息片段s4、s5重复步骤310至315。现在具有最高优先值的消息片段是消息片段s4。
[0070]
一般地，一直周期性地重复步骤310至315直至过滤列表l
’1为空。最后，在步骤307中以完成的传输列表l2生成并发送消息114。
[0071]
相反，如果在步骤312中得出待采纳到传输列表l2中的消息片段si大于或者等于最大消息大小m
max
，如在此例如是消息片段s5，则例如可以在附加的布置316中在生成消息114之前检查传输列表l2是否包含至少一个消息片段si或者多于预给定最小数量的消息片段si。若是这种情况，则在步骤307中生成并发送消息114。若不是这种情况，则不生成消息114并终止方法300。
[0072]
最后需要指出的是，诸如“具有”“包括”等术语并不排除另外的元素或步骤，并且诸如“一”或“一个”之类的术语并不排除多个。权利要求书中的参考标记不应被视为限制。