本文關(guān)鍵詞：面向車聯(lián)網(wǎng)的車載信息實(shí)時(shí)感知與交互方法

  更多相關(guān)文章： 車聯(lián)網(wǎng) 車載信息感知與交互 TinyOS MAC層及物理層協(xié)議

【摘要】：車聯(lián)網(wǎng)是集信息感知、處理和交互于一體的服務(wù)系統(tǒng),通過無線通信在車輛、道路、行人及互聯(lián)網(wǎng)之間進(jìn)行信息交互,可以全面感知和共享交通參與者和交通環(huán)境的各種動(dòng)靜態(tài)信息。本文以面向車聯(lián)網(wǎng)的車載信息感知與交互為研究背景,對(duì)其中的若干關(guān)鍵問題展開深入研究,主要研究工作如下:(1)在深入分析車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的車載信息感知與交互需求的基礎(chǔ)上,結(jié)合車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),提出了一種面向車聯(lián)網(wǎng)的車載感知與交互系統(tǒng)架構(gòu)。該架構(gòu)以GPS作為空間定位手段,以移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(4G LTE)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,以車載感知與交互終端作為狀態(tài)感知與交互的核心載體,實(shí)現(xiàn)車輛狀態(tài)感知、狀態(tài)分析與管理、預(yù)警/報(bào)警等功能,并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作流程以及感知節(jié)點(diǎn)的部署方式。(2)為了增強(qiáng)車載感知節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)TinyOS調(diào)度算法的實(shí)時(shí)性,提出了一種基于優(yōu)先級(jí)的RTQ-TOSQ調(diào)度算法。該算法將感知節(jié)點(diǎn)任務(wù)劃分為實(shí)時(shí)任務(wù)與普通任務(wù)兩類,并為任務(wù)增加相關(guān)的時(shí)間屬性描述信息,在兼容原有TinyOS內(nèi)核調(diào)度API和語義的基礎(chǔ)上,通過RTQ和TOSQ兩個(gè)獨(dú)立的任務(wù)隊(duì)列,結(jié)合非搶占式最早截止期優(yōu)先算法以及任務(wù)超時(shí)檢測(cè)機(jī)制,為感知節(jié)點(diǎn)任務(wù)執(zhí)行提供實(shí)時(shí)性保障。通過與TinyOS原有調(diào)度算法在任務(wù)丟失數(shù)、實(shí)時(shí)任務(wù)平均時(shí)延和節(jié)點(diǎn)能耗進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)后的調(diào)度算法能有效減少實(shí)時(shí)任務(wù)的任務(wù)丟失率并提高其的實(shí)時(shí)響應(yīng),且不會(huì)產(chǎn)生過多的計(jì)算、存儲(chǔ)以及能耗方面的開銷,適用于車載實(shí)時(shí)感知節(jié)點(diǎn)的任務(wù)調(diào)度。(3)為了優(yōu)化車載感知與交互系統(tǒng)的吞吐量和接入延時(shí),對(duì)車載感知節(jié)點(diǎn)MAC層協(xié)議部分進(jìn)行了改進(jìn)。提出了一種支持優(yōu)先級(jí)的GDCF退避算法,通過遞減競(jìng)爭(zhēng)窗口降低碰撞概率和重傳次數(shù),提升了飽和吞吐率。結(jié)合車載感知與交互系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)包容量較小的特點(diǎn),通過剔除RTS/CTS機(jī)制,提升了吞吐量、降低了接入延遲。同時(shí)在車載感知節(jié)點(diǎn)中引入睡眠機(jī)制,通過降低感知節(jié)點(diǎn)無線射頻芯片有效工作時(shí)間占空比,提升感知節(jié)點(diǎn)能量利用率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:GDCF算法可持續(xù)維持較低的丟包率,去除RTS/CTS方式后網(wǎng)絡(luò)丟包率小于0.5%,引入睡眠機(jī)制后一個(gè)周期可節(jié)省能量可達(dá)95%。(4)為了提升車載感知節(jié)點(diǎn)物理層串行數(shù)據(jù)的發(fā)送效率,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于緩沖區(qū)并行讀寫的數(shù)據(jù)無線發(fā)送機(jī)制。在發(fā)送數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)的同時(shí)執(zhí)行無線發(fā)送任務(wù),射頻芯片從休眠狀態(tài)喚醒后立即發(fā)送數(shù)據(jù)幀頭,同時(shí)微控制器在此時(shí)間內(nèi)初始化射頻芯片接口總線,并將數(shù)據(jù)幀的有效載荷填充至射頻芯片緩沖區(qū)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:基于緩沖區(qū)并行讀寫的數(shù)據(jù)無線發(fā)送機(jī)制將數(shù)據(jù)的發(fā)送延時(shí)降低50%,能夠滿足提升數(shù)據(jù)發(fā)送效率的需求。(5)在所提出的車載感知與交互系統(tǒng)架構(gòu)和車載感知節(jié)點(diǎn)部署方式的基礎(chǔ)上,確定了車載感知節(jié)點(diǎn)以及車載感知與交互終端硬件選擇方案、參數(shù)性能、軟硬件設(shè)計(jì)方案等,并在此基礎(chǔ)上搭建了一種車載感知與交互測(cè)試平臺(tái),對(duì)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性和響應(yīng)速度,以及三個(gè)子系統(tǒng)的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)穩(wěn)定,各子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及傳輸速率可滿足應(yīng)用需求和設(shè)計(jì)要求。通過研究面向車聯(lián)網(wǎng)的車載信息感知與交互系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),提出了一種車載感知與交互系統(tǒng)架構(gòu),并從車載感知節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度算法、MAC層協(xié)議以及物理層發(fā)送時(shí)序三個(gè)方面解決了車載信息感知與交互中存在的若干問題。該研究成果對(duì)于實(shí)現(xiàn)面向車聯(lián)網(wǎng)的車載信息感知與交互具有重要的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：車聯(lián)網(wǎng) 車載信息感知與交互 TinyOS MAC層及物理層協(xié)議
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U463.6;U495
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 相關(guān)技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-22
• 1.2.1 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 車載信息感知技術(shù)研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.3 車載信息交互技術(shù)研究現(xiàn)狀19-22
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排22-24
• 第二章 面向車聯(lián)網(wǎng)的車輛感知與交互系統(tǒng)體系架構(gòu)24-36
• 2.1 概述24-28
• 2.1.1 車聯(lián)網(wǎng)信息感知需求24-25
• 2.1.2 車聯(lián)網(wǎng)信息交互需求25
• 2.1.3 車載感知與交互系統(tǒng)的信息感知與交互需求25
• 2.1.4 信息處理與信息融合25-28
• 2.2 車聯(lián)網(wǎng)感知與交互系統(tǒng)體系架構(gòu)28-30
• 2.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)28-29
• 2.2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)29-30
• 2.3 車載感知與交互系統(tǒng)架構(gòu)30-35
• 2.3.1 系統(tǒng)的功能需求30
• 2.3.2 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)30-32
• 2.3.3 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程32-33
• 2.3.4 系統(tǒng)的工作流程33-34
• 2.3.5 感知節(jié)點(diǎn)部署方式34-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第三章 車載感知節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)調(diào)度算法優(yōu)化36-56
• 3.1 引言36
• 3.2 研究現(xiàn)狀36-41
• 3.2.1 感知節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)并發(fā)模型36-37
• 3.2.2 感知節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)調(diào)度算法37-41
• 3.3 TinyOS 2.x的調(diào)度機(jī)制41-45
• 3.3.1 兩級(jí)調(diào)度機(jī)制41-42
• 3.3.2 TinyOS調(diào)度器結(jié)構(gòu)剖析42-44
• 3.3.3 TinyOS調(diào)度算法的不足44-45
• 3.4 TinyOS調(diào)度算法改進(jìn)45-52
• 3.4.1 RTQ-TOSQ調(diào)度策略45-47
• 3.4.2 超時(shí)任務(wù)處理機(jī)制47-49
• 3.4.3 算法理論分析49-50
• 3.4.4 調(diào)度算法的實(shí)現(xiàn)50-52
• 3.5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與性能分析52-54
• 3.5.1 任務(wù)丟失數(shù)分析52-53
• 3.5.2 實(shí)時(shí)任務(wù)平均延時(shí)53-54
• 3.5.3 算法能耗分析54
• 3.6 本章小結(jié)54-56
• 第四章 車載感知與交互網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究56-76
• 4.1 引言56
• 4.2 MAC層協(xié)議設(shè)計(jì)理念與研究現(xiàn)狀56-61
• 4.2.1 MAC層協(xié)議設(shè)計(jì)理念56-57
• 4.2.2 MAC層協(xié)議研究現(xiàn)狀57-61
• 4.3 車載感知與交互網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議優(yōu)化與改進(jìn)61-71
• 4.3.1 載波偵聽多路訪問/沖突避免機(jī)制中隨機(jī)退避算法的優(yōu)化63-64
• 4.3.2 載波偵聽多路訪問/沖突避免機(jī)制中請(qǐng)求發(fā)送/清除發(fā)送方式分析64-66
• 4.3.3 MAC層休眠機(jī)制與時(shí)間同步策略66-69
• 4.3.4 物理層無線發(fā)送時(shí)序優(yōu)化方法69-71
• 4.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析71-75
• 4.4.1 GDCF退避算法測(cè)試與分析72
• 4.4.2 去除RTS/CTS機(jī)制后的性能分析測(cè)試72-73
• 4.4.3 MAC層休眠機(jī)制測(cè)試與分析73-75
• 4.4.4 無線發(fā)送時(shí)序優(yōu)化測(cè)試與分析75
• 4.5 本章小結(jié)75-76
• 第五章 車載感知與交互系統(tǒng)測(cè)試分析76-94
• 5.1 系統(tǒng)集成方案76-82
• 5.1.1 感知節(jié)點(diǎn)參數(shù)配置76-77
• 5.1.2 車載感知與交互終端軟硬件設(shè)計(jì)77-80
• 5.1.3 車載感知與交互測(cè)試平臺(tái)搭建80-82
• 5.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析82-93
• 5.2.1 車載感知節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試82-88
• 5.2.2 車載感知與交互終端數(shù)據(jù)采集處理測(cè)試88-91
• 5.2.3 遠(yuǎn)程傳輸和地圖匹配驗(yàn)證91-93
• 5.3 本章小結(jié)93-94
• 第六章 總結(jié)與展望94-96
• 參考文獻(xiàn)96-107
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果107-110
• 致謝110

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 高健;;車載信息服務(wù)已搭建標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)[J];信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化;2012年08期

2 鄧澤英;車載信息技術(shù)及其發(fā)展[J];汽車與配件;2001年Z1期

3 石磊;車載信息技術(shù)及其發(fā)展[J];汽車維修;2002年09期

4 侯海濤;車載信息技術(shù)及其發(fā)展[J];北京汽車;2004年01期

5 張新豐;連小珉;;從車載信息裝置到綜合信息平臺(tái)[J];微計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2008年03期

6 ;我國車載信息產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化軌道[J];交通標(biāo)準(zhǔn)化;2010年08期

7 邵路江;陳文彬;;上海公交車載信息設(shè)備應(yīng)用管理研究[J];城市公用事業(yè);2011年01期

8 史敏銳;;車載信息服務(wù)分析與研究[J];電信網(wǎng)技術(shù);2012年01期

9 魯義軒;;行翼通 車載信息“智慧大腦”[J];通信世界;2012年27期

10 李潔;;智能手機(jī)對(duì)車載信息服務(wù)的影響[J];通信企業(yè)管理;2013年11期

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 本報(bào)記者 徐建華;我國車載信息產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化車道[N];中國質(zhì)量報(bào);2010年

2 本報(bào)記者 蔣水林;車載信息服務(wù)：下一個(gè)十億元級(jí)市場(chǎng)[N];人民郵電;2010年

3 記者 吳瓊;八成車企擬介入車載信息服務(wù)[N];上海證券報(bào);2011年

4 本報(bào)記者 湯銘;車載信息服務(wù)搭上4G快車[N];計(jì)算機(jī)世界;2011年

5 本報(bào)記者 閔杰 劉夢(mèng)潔;車載信息服務(wù)：尋求差異化切入點(diǎn)[N];中國電子報(bào);2012年

6 陳杰;車載信息屏不能因噎廢食[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

7 本報(bào)記者 曹婧逸;車載信息行業(yè)亟待規(guī)范[N];中華工商時(shí)報(bào);2013年

8 車載信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用聯(lián)盟秘書長(zhǎng) 龐春霖　記者 趙艷秋、李映 整理;車載信息服務(wù)核心技術(shù)需合力突破[N];中國電子報(bào);2011年

9 中國電信集團(tuán)公司政企客戶事業(yè)部副總工程師 周焱　記者 趙艷秋、李映 整理;車載信息服務(wù)需要全覆蓋高帶寬網(wǎng)絡(luò)[N];中國電子報(bào);2011年

10 本報(bào)記者 鄒大斌;車載信息服務(wù)讓汽車更“聰明”[N];計(jì)算機(jī)世界;2012年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 雷濤;面向車聯(lián)網(wǎng)的車載信息實(shí)時(shí)感知與交互方法[D];長(zhǎng)安大學(xué);2016年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉雪婷;基于駕駛分心行為的車載信息裝置測(cè)評(píng)研究[D];北京理工大學(xué);2016年

2 李丹;車載信息安全控制系統(tǒng)的研究[D];吉林農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

3 李航;基于安卓平臺(tái)的車載信息交互與控制系統(tǒng)研究[D];上海交通大學(xué);2013年

4 許海波;車載信息平臺(tái)的操作系統(tǒng)移植及應(yīng)用研究[D];武漢理工大學(xué);2007年

5 張向華;面向車載信息服務(wù)企業(yè)的信息系統(tǒng)規(guī)劃研究[D];安徽大學(xué);2012年

6 趙國慶;A公司車載信息服務(wù)平臺(tái)項(xiàng)目管理研究[D];北京交通大學(xué);2013年

7 張林;嵌入式車載信息裝置研究[D];吉林大學(xué);2005年

8 周新波;基于虛擬儀器的車載信息平臺(tái)的研究[D];重慶大學(xué);2009年

9 李偉;車載信息顯示平臺(tái)的研究[D];武漢理工大學(xué);2006年

10 王媛;智能型車載信息裝置的自適應(yīng)路徑規(guī)劃系統(tǒng)研究[D];吉林大學(xué);2006年

，

本文編號(hào)：789131