一種用于十字路口的分布式交通控制機(jī)制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種分布式十字路口交通控制機(jī)制，通過(guò)車(chē)輛之間的通信，提供一套基于互斥的算法協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)十字路口處的車(chē)輛通行問(wèn)題。一方面解決了紅綠燈控制這種靜態(tài)控制機(jī)制的不靈活造成的通行效率低下的問(wèn)題，另一方面避免了中心控制器的集中式架構(gòu)設(shè)計(jì)的一些固有缺陷?？蓱?yīng)用在現(xiàn)有紅綠燈集中控制器故障時(shí)，或是在一些沒(méi)有中心控制器等基礎(chǔ)設(shè)施的十字路口中。將十字路口及附近一定區(qū)域稱為協(xié)議感應(yīng)區(qū)(臨界區(qū))，依照車(chē)輛所在車(chē)道間的沖突關(guān)系，車(chē)輛通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)的方式獲取十字路口的通行權(quán)利。為提高通行效率，節(jié)省車(chē)道間的切換代價(jià)，將同一個(gè)車(chē)道上一定數(shù)量的小車(chē)作為一個(gè)組，享有同樣通行優(yōu)先級(jí)，以此來(lái)提高十字路口的利用率。
【專利說(shuō)明】一種用于十字路口的分布式交通控制機(jī)制

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及車(chē)輛在通行十字路口的交通控制問(wèn)題。更具體的說(shuō)，實(shí)現(xiàn)一種不依賴基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)車(chē)輛間通信協(xié)調(diào)安全高效通行十字路口的方法。
技術(shù)背景:
[0002]目前十字路口的交通和車(chē)流控制主要是紅綠燈控制，這種靜態(tài)的車(chē)流控制方案簡(jiǎn)單有效，但不能夠靈活的根據(jù)路況的反饋?zhàn)龀鰶Q策，使得在不同車(chē)道的車(chē)流不均衡情況下，車(chē)輛在十字路口的通行效率低下問(wèn)題尤為凸顯，而在現(xiàn)實(shí)生活中，城市布局造成的群體行為使得車(chē)流不均衡是常有發(fā)生的。在現(xiàn)有的研究中，為解決該問(wèn)題，通過(guò)一個(gè)中心控制器，來(lái)收集當(dāng)前的車(chē)流信息，并通過(guò)反饋得到的車(chē)流信息做出相應(yīng)的決策。這種具有中心控制器的集中式算法通過(guò)全局信息的收集快照使得在得到一個(gè)當(dāng)前最優(yōu)的解決方案上有一定的優(yōu)勢(shì)，但是卻存在一些問(wèn)題:(1)中心控制節(jié)點(diǎn)的部署價(jià)格昂貴且在部分地區(qū)或路口的部署是不具有可行性的；(2)中心節(jié)點(diǎn)的架構(gòu)設(shè)計(jì)不靈活，不能夠適應(yīng)所有的路口通行規(guī)則；(3)中心節(jié)點(diǎn)的架構(gòu)設(shè)計(jì)不具有容錯(cuò)性，具有單節(jié)點(diǎn)失效的危險(xiǎn)。
[0003]綜上，現(xiàn)有的解決方案，不管是安全上，效率上或者是經(jīng)濟(jì)實(shí)施上所存在的問(wèn)題都是亟待重視的。隨著智能車(chē)的發(fā)展，車(chē)輛的通信能力和計(jì)算能力也隨之被挖掘利用，本發(fā)明提出的分布式的十字路口交通控制機(jī)制將能夠更好的解決這些問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:在現(xiàn)有紅綠燈或者集中控制器故障時(shí)，或是在一些沒(méi)有中心控制器或者紅綠燈等基礎(chǔ)設(shè)施的十字路口中，車(chē)輛之間該如何不依賴基礎(chǔ)設(shè)施即可在保證安全的前提下高效的通行十字路口的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明通過(guò)智能車(chē)輛之間的通信，提供一套基于互斥的算法協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)十字路口處的車(chē)輛通行問(wèn)題。將十字路口及附近一定區(qū)域稱為協(xié)議感應(yīng)區(qū)(臨界區(qū))，依照車(chē)輛所在車(chē)道間的沖突關(guān)系，其通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)的方式獲取十字路口的通行權(quán)利?？紤]同車(chē)道上的車(chē)一次性通行可以節(jié)省車(chē)道間的切換代價(jià)，為了提高通行效率，將同一個(gè)車(chē)道上一定數(shù)量的小車(chē)作為一個(gè)組，享有同樣優(yōu)先級(jí)的通行權(quán)，以此來(lái)提高十字路口的利用率。
[0006]上述分布式十字路口的機(jī)制建立主要包括以下步驟:
[0007]步驟1:為各個(gè)車(chē)道依照其通行十字路口是否干擾建立車(chē)道間的沖突關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，來(lái)自不同車(chē)道的車(chē)輛在執(zhí)行十字路口的協(xié)議時(shí)，依照車(chē)道沖突關(guān)系建立車(chē)輛之間的沖突關(guān)系。車(chē)輛在沒(méi)有進(jìn)入十字路口緩沖區(qū)之前的初始狀態(tài)為IDLE;
[0008]步驟2:車(chē)輛進(jìn)入十字路口緩沖區(qū)，廣播REQUEST消息并修改自身狀態(tài)為WAITING，若在時(shí)限tmt內(nèi)沒(méi)有收到REJECT，則進(jìn)入步驟5，否則將收到的REJECT的消息源加入到自身的高隊(duì)列變量HL中；
[0009]步驟3:收到REQUEST消息的車(chē)輛，通過(guò)自身的狀態(tài)以及收集到的REQUEST攜帶的信息做出相應(yīng)決策:⑴沒(méi)有動(dòng)作；⑵發(fā)送REJECT消息，并將REQUEST消息的發(fā)送方放到自身的低隊(duì)列變量LL中；(3)將REQUEST消息的發(fā)送方放到自身的高隊(duì)列變量HL中；
[0010]步驟4:收到FOLLOW消息的車(chē)輛，如果是和FOLLOW消息發(fā)送方同屬于一個(gè)車(chē)道則執(zhí)行步驟4，否則如果該車(chē)存在于自身的HL或者LL變量中，則在自身高隊(duì)列變量HL或者低隊(duì)列變量LL中刪除該車(chē)信息，并將FOLLOW攜帶的隊(duì)列fit中最后一輛車(chē)加入到當(dāng)前的高隊(duì)列變量HL中；
[0011]步驟5:修改自身狀態(tài)為PASSING，開(kāi)始通行十字路口并發(fā)送FOLLOW消息給低隊(duì)列中的同車(chē)道車(chē)輛，并在十字路口通行結(jié)束離開(kāi)臨界區(qū)時(shí)，修改自身狀態(tài)為IDLE，同時(shí)廣播PERMIT 消息。
[0012]本發(fā)明所提供的這種用于十字路口的分布式交通控制機(jī)制，一方面解決了紅綠燈控制這種靜態(tài)控制機(jī)制的不靈活造成的通行效率低下的問(wèn)題，另一方面避免了中心控制器的集中式架構(gòu)設(shè)計(jì)的一些固有缺陷。依賴小車(chē)的現(xiàn)有裝置，通過(guò)加載安裝新的軟件執(zhí)行該通信協(xié)議即可。具有實(shí)施性高，且保障了安全性和十字路口的通行效率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
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[0013]說(shuō)明書(shū)附圖1為車(chē)輛的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。
[0014]說(shuō)明書(shū)附圖2為十字路口處車(chē)輛間的通信協(xié)議圖。
[0015]說(shuō)明書(shū)附圖3為收到REQUEST消息的流程圖。
[0016]說(shuō)明書(shū)附圖4為收到REJECT消息的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
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[0017]以下結(jié)合附圖，將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施做較為詳細(xì)的說(shuō)明。
[0018]本發(fā)明所述的分布式交通控制機(jī)制，在系統(tǒng)初始化時(shí)候，依照該車(chē)道上車(chē)輛能否通行十字路口建立車(chē)道間的沖突關(guān)系，譬如南北車(chē)道和東西車(chē)道沖突，北南車(chē)道和南西方向車(chē)道沖突。該控制機(jī)制中的通信協(xié)議對(duì)所有進(jìn)入十字路口感應(yīng)區(qū)的車(chē)輛有效，通過(guò)該協(xié)議，車(chē)輛之間自主協(xié)調(diào)，安全高效的通行十字路口。
[0019]參見(jiàn)圖1，所示為車(chē)輛在該協(xié)議中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，其在整個(gè)交通控制的系統(tǒng)初始化時(shí)候?yàn)镮DLE狀態(tài)。在進(jìn)入十字路口感應(yīng)區(qū)后和感應(yīng)區(qū)的其他車(chē)輛競(jìng)爭(zhēng)十字路口的通行權(quán)力，切換自身狀態(tài)為WAITING狀態(tài)。等待競(jìng)爭(zhēng)成功，則轉(zhuǎn)換成PASSING狀態(tài)并通行十字路口。在通行完十字路口離開(kāi)十字路口感應(yīng)區(qū)，車(chē)輛的狀態(tài)又恢復(fù)到IDLE狀態(tài)，按照這樣的規(guī)律，在下一個(gè)十字路口重復(fù)上述狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
[0020]參見(jiàn)圖2，所示為在整個(gè)十字路口的交通控制中的通信協(xié)議。其中V2和VO代表來(lái)著沖突車(chē)道的車(chē)，VO和V0’為來(lái)自同一個(gè)車(chē)道上的車(chē)。能夠收發(fā)到這些消息的車(chē)均為到達(dá)十字路口感應(yīng)區(qū)且沒(méi)有離開(kāi)的車(chē)，當(dāng)車(chē)剛到達(dá)的時(shí)候，廣播REQUEST請(qǐng)求給所有十字路口感應(yīng)區(qū)內(nèi)的車(chē)，不同的車(chē)將作出不同的反應(yīng)，此部分將在圖3中詳細(xì)介紹。但只有沖突車(chē)道上的車(chē)有可能針對(duì)該REQUEST請(qǐng)求發(fā)送REJECT消息來(lái)阻塞V2。所有在十字路口感應(yīng)區(qū)的車(chē)在接收到該REJECT消息也將作出不同的反應(yīng)，此部分在圖4中詳細(xì)介紹。在某車(chē)中高隊(duì)列變量HL為空的時(shí)候，則滿足狀態(tài)WAITING轉(zhuǎn)PASSING條件，此時(shí)將發(fā)送FOLLOW消息給自己同車(chē)道的車(chē)，借此來(lái)提升同車(chē)道的車(chē)的優(yōu)先級(jí)，使之免去資源競(jìng)爭(zhēng)的步驟，跟隨該車(chē)進(jìn)入PASSING狀態(tài)，來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的通行效率。而在系統(tǒng)中的并發(fā)度和公平性是相互制約的，在提升系統(tǒng)的并發(fā)度和通行效率的情況下，為避免其他車(chē)道因無(wú)限次搶占而造成的餓死現(xiàn)象，在系統(tǒng)的每個(gè)車(chē)上限定了一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)數(shù)自身被搶占次數(shù)，當(dāng)達(dá)到一定次數(shù)后，就不再允許被搶占。在車(chē)通行完十字路口離開(kāi)感應(yīng)區(qū)域，切換狀態(tài)恢復(fù)到IDLE的同時(shí)廣播PERMIT消息，所有接收到PERMIT消息的車(chē)輛將從自身的高隊(duì)列變量HL或低隊(duì)列變量LL中刪除該車(chē)。并檢查自身是否滿足轉(zhuǎn)為PASSING狀態(tài)的條件。
[0021]參見(jiàn)圖3，在十字路口感應(yīng)區(qū)的車(chē)輛有兩種狀態(tài)WAITING或PASSING，當(dāng)收到來(lái)自J的REQUEST消息時(shí)，在分支I中先進(jìn)行判斷，分支I判斷是否與J為同一個(gè)車(chē)道或沖突車(chē)道，若不是則不做動(dòng)作進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)，否則進(jìn)入分支2。
[0022]在分支2中，主要用于解決不同車(chē)道間在可以多車(chē)道通行的情況下，由于優(yōu)先級(jí)的順序等待導(dǎo)致的車(chē)道間的并發(fā)度不高的問(wèn)題。分支2檢查自身的高隊(duì)列是否存在和J屬于并發(fā)不沖突的車(chē)輛，如果存在，且自身被阻塞計(jì)數(shù)器沒(méi)有達(dá)到閾值，則可以提升J的優(yōu)先級(jí)也在高隊(duì)列HL中，執(zhí)行動(dòng)作“添加J到當(dāng)前高隊(duì)列HL，被搶占次數(shù)自增I”。否則，執(zhí)行動(dòng)作“添加J到當(dāng)前低隊(duì)列LL，廣播給J的REJECT消息”。這部分動(dòng)作使得車(chē)道間并發(fā)度有了很大的提高，且可通過(guò)調(diào)控?fù)屨即螖?shù)來(lái)防止餓死。
[0023]參見(jiàn)圖4，當(dāng)十字路口感應(yīng)區(qū)的車(chē)輛收到J發(fā)送給K的REJECT消息時(shí)候，只有WAITING狀態(tài)的車(chē)會(huì)對(duì)REJECT消息有動(dòng)作，進(jìn)入分支1，判斷是否是被阻塞的車(chē)K，條件成立，則執(zhí)行動(dòng)作“將J添加到高隊(duì)列變量H L中”并進(jìn)入分支2，條件不成立則直接跳轉(zhuǎn)到分支2。
[0024]分支2往后的動(dòng)作可以避免搶占不一致造成的死鎖。分支2判斷是否K是由于搶占而被放置在高隊(duì)列變量中的，在該情況下滿足(I)若自身和J沖突且J不在高隊(duì)列變量HL中，或者⑵自身和J屬于并發(fā)關(guān)系，則執(zhí)行動(dòng)作“將K從高隊(duì)列變量HL中刪除，并廣播REJECT (J，K)”。
[0025]整個(gè)分布式十字路口控制機(jī)制在按照上述協(xié)議執(zhí)行，可以達(dá)到安全且高效通行的效果。但在具體實(shí)施中應(yīng)能夠認(rèn)識(shí)到，上述過(guò)程僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作對(duì)本發(fā)明的限定，譬如，本發(fā)明的上述過(guò)程中敘述所有完成十字路口通行后將狀態(tài)PASSING轉(zhuǎn)IDLE的車(chē)都會(huì)發(fā)送PERMIT消息，通過(guò)小小的轉(zhuǎn)換，將同一個(gè)車(chē)道一次性通行的多輛小車(chē)當(dāng)做一個(gè)整體，統(tǒng)一將PERMIT的發(fā)送任務(wù)交給其中一個(gè)，譬如最后一個(gè)，來(lái)進(jìn)行執(zhí)行。因此，只要在本發(fā)明的使之精神范圍內(nèi)，對(duì)以上過(guò)程的變化，變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種分布式的十字路口的控制機(jī)制，其特征在于: A.沒(méi)有中心控制器等基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，車(chē)輛之間通過(guò)無(wú)線通信按照一定的協(xié)議自身協(xié)調(diào)通行十字路口； B.使用的通信協(xié)議算法是一種基于分布式互斥問(wèn)題的算法，將通行十字路口作為執(zhí)行臨界區(qū)狀態(tài)，按照車(chē)道間的不同關(guān)系建立不同車(chē)道中車(chē)輛之間的沖突關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1中的分布式的十字路口的控制機(jī)制，這種基于分布式互斥問(wèn)題的通信協(xié)議算法包括以下步驟: B1.為各個(gè)車(chē)道依照其通行十字路口是否干擾建立車(chē)道間的沖突關(guān)系，建立了車(chē)道間的沖突關(guān)系之后，車(chē)輛間的沖突關(guān)系取決于各自所在的車(chē)道； B2.對(duì)于剛到達(dá)十字路口的車(chē)輛狀態(tài)修改為WAITING，并將攜帶有車(chē)道信息以及優(yōu)先級(jí)的請(qǐng)求廣播到該區(qū)域，等待回復(fù)，若在某時(shí)間閾值中沒(méi)有收到回復(fù)則直接通行十字路口，修改自身狀態(tài)為PASSING，否則執(zhí)行B4 ； B3.保持車(chē)輛狀態(tài)為WAITING或PASSING，可能收到的消息有REQUEST，REJECT,PERMIT,FOLLOW ； B4.修改自身狀態(tài)為PASSING，開(kāi)始通行十字路口并通知感應(yīng)區(qū)同車(chē)道的其他車(chē)輛跟隨通行，并在十字路口通行結(jié)束離開(kāi)臨界區(qū)時(shí)，修改自身狀態(tài)為IDLE，廣播PERMIT消息。
3.如權(quán)利要求2中的分布式的十字路口的通信協(xié)議，在處于WAITING或者PASSING時(shí)候，若收到REQUEST消息，若沖突，判斷是否存在其他車(chē)道能夠提升該車(chē)優(yōu)先級(jí)的車(chē)，若不存在則發(fā)送REJECT，阻塞該車(chē)通行。
4.如權(quán)利要求2中的分布式的十字路口的通信協(xié)議，在處于WAITING時(shí)候，若收到J發(fā)送給K的REJECT消息，若是對(duì)自身的阻塞，則等待該車(chē)的PERMIT消息釋放阻塞，否則判斷是否存在被提升優(yōu)先級(jí)的車(chē)輛存在于高隊(duì)列變量中，若存在且滿足條件(I)和車(chē)輛i沖突且J不在高隊(duì)列列表，或條件(2)和J屬于不沖突的并發(fā)關(guān)系，則將K從高隊(duì)列刪除，并廣播對(duì)K的REJECT消息。
【文檔編號(hào)】G08G1/09GK104269074SQ201410470017
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】吳維剛, 羅傲雪 申請(qǐng)人:中山大學(xué)