本發(fā)明屬于通信技術領域，涉及一種基于v2x通信的消息管理裝置及方法。

背景技術：

目前，交通事故、交通堵塞、環(huán)境污染、能源消耗等日趨嚴重的問題已成急需解決的問題。在日益嚴峻的交通問題過程中，電子信息技術的發(fā)展為交通運輸增加了新的可能。車路協(xié)同技術是實現智能交通的一項大規(guī)模的綜合技術，可以使公路交通徹底改變其原有面貌，通過車與車，車與路之間的相互通信從而提高其通行能力，運輸效率和安全度。

隨著v2x(vehicletoeverything)通信技術的迅速發(fā)展，v2x的應用由簡單的車輛預警延伸到復雜的車輛隊列管理，其通信拓撲結構也變?yōu)閺碗s的通信結構，而對于v2x通信節(jié)點而言，v2x通信設備的消息管理使得通信節(jié)點在復雜的通信拓撲結構中實時接收環(huán)境中的多源消息，并將其接收到的消息有序的傳輸到其應用程序中，以提高v2x通信設備在復雜拓撲信息流環(huán)境的可靠性和適用性。

技術實現要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于v2x通信的消息管理裝置及方法。該裝置能夠安裝在車輛或路側設備上與其車輛或路側設備上自帶的傳感器通過物理接口聯(lián)通，從而使得車輛或路側設備能夠實現v2x通信。使其車輛或路側設備在復雜拓撲信息流環(huán)境下能夠實時接收多源消息并根據其消息屬性對所接收到的消息進行類別管理，并將消息有序的傳輸給應用層中應用程序，從而提高了所述裝置在復雜拓撲信息流環(huán)境的可靠性和適用性。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種基于v2x通信的消息管理裝置，包括消息接口、環(huán)境傳感器、基于車車/車路通通信模塊、消息中間件、應用程序；

所述消息接口用于接收所述環(huán)境傳感器采集到的環(huán)境信息，所述v2x通信模塊用于接收和發(fā)送v2x信息，并通過所述消息中間件對所述環(huán)境信息和所述v2x信息進行數據分類、存儲和處理；所述消息中間件根據所述應用程序需接收的消息建立消息轉發(fā)規(guī)則并轉發(fā)消息；所述應用程序位于應用層，所述消息中間件為所述應用層提供數據接口，使所述應用層實時獲取到完成分類整理的消息；

所述消息接口包括串口、網口，用于與車載傳感器、道路傳感器相連；

所述環(huán)境信息包括車載傳感器信息和道路傳感器信息；

所述v2x信息為環(huán)境所廣播的各類信息；

所述v2x通信模塊包括專用短程通信技術(dedicatedshortrangecommunications,dsrc)通信模塊和長期演進v(longtermevolution-vehicle,let-v)通信模塊，用于與其他車輛進行車-車(vehicletovehicle,v2v)通信、與路側設備進行車-基礎設施(vehicletoinfrastructure,v2i)通信；所述v2x通信模塊以消息的方式進行發(fā)送和接收，消息格式滿足v2x通信標準協(xié)議；

所述應用程序為v2x應用程序，用于車路協(xié)同應用，通過提供的應用程序編程接口(applicationprogramminginterface,api)接口讀取所述消息中間件中的應用消息隊列的數據，從而實時獲取所需信息；所述應用程序還通過api接口進行消息發(fā)送，根據接口的規(guī)范要求，將消息封裝為數據包，利用所述消息中間件提供的api接口，將數據包傳輸至所述消息中間件創(chuàng)建的發(fā)送消息隊列中。

進一步，所述車載傳感器信息包括車輛的位置、速度、方向角。

進一步，所述道路傳感器信息包括道路車流量、平均車速。

進一步，所述數據分類、存儲和處理包括物理層數據的接收、物理層數據的管理；

所述建立消息轉發(fā)規(guī)則并轉發(fā)消息包括應用層轉發(fā)規(guī)則的制定、應用層消息的轉發(fā)、應用層數據機制的發(fā)送。

一種基于v2x通信的消息管理方法，該方法包括以下步驟：

s1：接收環(huán)境信息和v2x信息；

s2：對接收的信息進行管理；

s3：建立消息轉發(fā)規(guī)則并依據規(guī)則進行轉發(fā)；

s4：應用程序通過所提供的api接口獲取消息；

s5：應用程序通過所提供的api接口發(fā)送消息；

s6：建立消息發(fā)送規(guī)則并依據規(guī)則進行發(fā)送；

s7：通過v2x通信模塊發(fā)送消息。

進一步，所述步驟s1具體包括以下步驟：

s101：將接收到的環(huán)境信息進行分類并封裝為不同的消息；將接收到的v2x信息過濾掉非標準信息；

s102：將消息上傳至中間件。

進一步，所述步驟s2具體包括以下步驟：

s201：消息中間件接收類型為j的消息mj，其中j＝1,2,…,m，m為消息中間件接受消息類型的總數，即消息中間件至多能同時處理m個消息；

s202：消息中間件根據接收的消息識別接收到的消息類型為j；

s203：判斷是否有消息隊列接收到j類消息；若有，則進入步驟s205；若沒有，則進入步驟s204；

s204：消息中間件創(chuàng)建j類型接受消息隊列

s205：將接收的消息mj存入消息隊列形成接收消息隊列集

進一步，所述步驟s3具體包括以下步驟：

s301：第i個應用程序ai根據程序需求進行消息注冊；

s302：消息中間件讀取應用程序中配置文件；

s303：消息中間件獲取各個應用程序所需消息類型；

s304：消息中間件為第i個應用程序ai的注冊消息創(chuàng)建消息隊列，從而創(chuàng)建第i個應用程序ai的消息隊列集其中i＝1,2,…,n，n為應用程序的總數，即裝置至多能夠同時運行n個應用程序；

s305：將所有應用程序的隊列匯總形成總消息隊列集

s306：根據所創(chuàng)建的總消息隊列集ka，生成消息路由表；

s307：將所述步驟s205中得到的消息隊列進行遍歷并讀?。?/p>

s308：將所讀取到的消息類型與消息路由表進行對比；

s309：判斷接收消息是否匹配路由表中的消息類型；若匹配，則進行下一步，若不匹配，則進入步驟s307；

s310：將所讀取的消息存儲至隊列集ka中所匹配的消息隊列；

s311：將接收到的消息按類別存儲進行消息隊列集ka中所匹配的消息隊列中；

s312：第i個應用程序ai根據所提供的消息中間件api讀取消息隊列集中的消息隊列數據。

進一步，所述步驟s5、s6具體包括以下步驟：

s501：應用程序將按需發(fā)送的數據按照標準格式封裝為消息mj；

s502：將發(fā)送的消息通過消息中間件所提供消息發(fā)送接口，存儲入發(fā)送消息隊列qs中；

s601：消息中間件的發(fā)送消息隊列qs將接收所有應用程序的發(fā)送消息；

s602：消息中間件將持續(xù)讀取發(fā)送消息隊列qs，并傳入v2x通信接口中。

本發(fā)明的有益效果在于：在復雜拓撲信息流環(huán)境下，本發(fā)明能夠移植至基于v2x通信的車載裝置或路側設備上，在復雜的交通通信環(huán)境中對設備所接收到的各類消息進行分類管理，使得車載裝置或路側設備中所運行的各類應用程序能夠實時穩(wěn)定的獲取到所需的數據，于此同時，本發(fā)明將車載裝置或路側設備的物理層和應用層進行隔離，使得應用層開發(fā)者無需對底層通信機制進行學習，僅需了解消息接收和發(fā)送的機制即可展開基于v2x的應用開發(fā)，提高了整個應用程序的開發(fā)效率。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明：

圖1為本發(fā)明的功能流程圖；

圖2為本發(fā)明的信息采集和消息接收的流程圖；

圖3為本發(fā)明的接收消息管理的流程圖；

圖4為本發(fā)明的消息路由管理的流程圖；

圖5為本發(fā)明的消息發(fā)送的流程圖；

圖6為本發(fā)明的結構示意圖；

圖7為本發(fā)明的中間件所處理的信息流環(huán)境示意圖。

附圖標記說明：1-路側設備；2-路側設備v2x通信模塊；3-云端服務器數據接口；4-攝像頭；5-多種傳感器；6-車載裝置；7-gps天線；8-各類車輛傳感器；9-車載裝置v2x通信模塊；10-車載裝置控制終端；11-人機交互界面；s1-十字路口緊急預警；s2-縱向間距緊急預警；s3-車輛隊列管理；s4-側向間距緊急預警；s5-盲區(qū)預警。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。

如圖1所示，分為兩個流程，s1-s4為消息的接收流程，s5-s7為消息的發(fā)送流程，接收流程步驟包括：

步驟s1：裝置接收傳感器數據和通信消息，基于本發(fā)明所提出的消息管理方法的消息中間件將從傳感器接口接收傳感器所上傳的數據和v2x通信模塊接收的通信消息。

在所述步驟s1中，所述的裝置將安裝在車輛或路側設備上，若安裝在車上裝置可以通過物理接口(如串口、網口等)從車輛自帶的車身傳感器(如gps，編碼器等)中接收到傳感器上傳的車輛自身的精確運動狀態(tài)信息(車輛的位置、速度，加速度，方向角等),動力信息(節(jié)氣門開度，油耗等)等；若安裝在路側設備上裝置可以通過物理接口(如串口、網口等)接收到路側設備所配置的道路傳感器(如攝像頭、毫米波雷達等)所上傳的路面信息(如道路車流量、平均車速)。由于本發(fā)明所提出的消息管理方法是以消息為處理對象，由此，將接收到的傳感器數據轉換為消息進行處理。此外，由于v2x通信是以廣播無連接的方式進行通信，由此裝置將會接收v2x通信中的各類應用的各類消息。

在所述步驟s1中，在實驗環(huán)境中，在每輛車內安裝有本發(fā)明所提出的裝置并可通過傳感器采集車況信息；沿著道路兩側安裝本發(fā)明所提出的裝置并能采集路面信息，車輛能夠通過各自的車載裝置與其他車輛進行v2v通信，相互交換車況信息，每輛車的車載裝置通過與路側設備進行v2i通信，向路側系統(tǒng)發(fā)送各自的車況信息；每輛車的車載裝置通過與路側設備中均安裝有多種v2x應用程序，能夠通過v2x通信實現多種v2x應用，v2x通信數據的交互以消息的方式進行發(fā)送和接收，消息格式需滿足v2x通信的標準協(xié)議。

步驟s2：裝置對接收到的數據和消息進行處理，裝置將從步驟s1獲取到的多源消息(傳感器消息、v2x通信消息)根據消息類型存入消息中間件中進行數據管理。

在所述步驟s2中，本發(fā)明所提出的基于v2x通信的消息管理方法將以消息管理中間進行實現，消息管理中間件將運行于本發(fā)明所提出的設備中(車載裝置或路側設備)的物理層與應用層之間，消息中間件能夠接收到從底層多個數據源所上傳的數據和消息，其中包括車輛傳感器感知數據或道路感知數據，各個場景下的v2x通信消息，消息中間件根據v2x標準消息規(guī)則(如j275消息協(xié)議)將所接收的數據封裝為相應的類型消息，并其與所接收的v2x通信消息一并根據其消息類別的不同以隊列的數據結構的形式進行存儲。

步驟s3：建立消息轉發(fā)規(guī)則并依據規(guī)則進行轉發(fā)，v2x應用程序從接收消息隊列中收取需要的信息，v2x應用亦可將需發(fā)送的消息傳入發(fā)送消息隊列中。

在所述步驟s3中，v2x應用程序根據其消息中間件中的文件配置規(guī)則進行消息配置，即指明本應用所需的消息類型，消息中間件中獲取v2x應用程序所需的消息后，消息中間件將為每一個v2x應用程序創(chuàng)建消息路由表，用于描述轉發(fā)接收消息的消息轉發(fā)規(guī)則。消息中間件將實時讀取步驟s2中的所管理的各類消息，并根據v2x應用程序的需求所提出的消息轉發(fā)規(guī)則進行消息轉發(fā)；

步驟s4：應用程序通過所提供的api接口獲取消息，消息中間件將為應用程序提供一系列消息接口api，v2x應用程序即可利用消息中間件所提供的api接口對轉發(fā)的消息進行讀取，即v2x應用程序可通過消息中間件實時獲取到所接收的消息。

消息發(fā)送流程步驟包括：

步驟s5：應用程序通過所提供的api接口發(fā)送消息，消息中間件將為應用程序提供一系列消息接口api，v2x應用程序將所發(fā)送的數據封裝為相應的消息后，即可利用消息中間件所提供的api接口對消息進行發(fā)送。

步驟s6：建立消息發(fā)送規(guī)則并依據規(guī)則進行發(fā)送，消息中間件將會建立發(fā)送消息規(guī)則，其規(guī)則主要為應用程序將發(fā)送的數據統(tǒng)一存入消息隊列中進行管理。

步驟s7：裝置通過v2x通信模塊發(fā)送消息，v2x通信模塊將直接調用消息中間件所提供的消息隊列中的消息進行發(fā)送。

v2x設備接收如圖2，其執(zhí)行步驟如下所示：

s101，由圖2可知，基于v2x通信的消息管理方法以及裝置根據其應用功能不同可以分別安裝在車輛和路側設備中，可以通過物理接口(如串口、網口等)從車身傳感器(如gps，編碼器等)中獲取到車輛運動狀態(tài)信息(如速度、位置、方向角等)；路側設備安置在道路兩側，可利用物理接口(如串口、網口等)接收路側設備所配置的路面?zhèn)鞲衅?如攝像頭和毫米波雷達)獲取到道路的交通狀態(tài)信息(如道路車流量和平均車速)；

s102，所述的裝置將通過物理接口(如串口、網口等)接收傳感器(包括車輛上的車身傳感器和路側設備上的道路傳感器)上傳的各類感知數據；

s103，由于本發(fā)明所提出的消息中間件以消息的方式對數據進行管理，因此將傳感器所接收到的數據根據其內容屬性封裝為相應的消息(即傳感器消息)；

s104，所述裝置可通過v2x通信接收v2x通信消息，其中v2x通信可包括dsrc和let-v兩種方式，其通信方式皆為消息廣播，即v2x設備能夠接收到周圍所有廣播的v2x消息，因此，v2x設備將獲取周邊所有傳播的v2x通信消息；

s105，通過簡單消息驗證進行過濾處理，將過濾出非本設備的v2x通信消息；

s106，將接收到的v2x消息和由傳感器數據所封裝的傳感器消息實時上傳給消息中間件進行處理；

v2x設備接收到消息中間件后將利用消息中間件進行統(tǒng)一的管理，其步驟如s2所示：

s201，將步驟s1所獲取到的v2x通信類型為j的消息利用mj進行表示，其中j＝1,2,…,m，消息中間件讀取步驟s1所獲取的消息mj；

s202，消息中間件對接收到的v2x通信消息mj進行類別解析，從而獲取其消息類別為j；

s203，消息中間件查詢接收消息隊列集qr中是否包含下列消息類別為j的接收消息隊列，若有此消息接收隊列，執(zhí)行步驟s205，若無此消息的消息接收隊列則執(zhí)行消息步驟s204；

s204，消息中間件創(chuàng)建接收j類的接收消息隊列的接收屬性為能夠接收并存儲消息類別為j的v2x通信消息；

s205，消息中間件將接收到的消息類別為j的消息存儲進接收消息隊列中；

s206，通過以上步驟消息中間件通過接收多類消息即可將所接收到的所有消息按照其分類存儲進接收消息隊列集中。

v2x設備上將安裝有各類v2x應用，而其v2x應用需要接收的消息將根據其自身應用的特點進行定制，因此需要制定接收v2x消息的轉發(fā)規(guī)則用于v2x應用程序能夠及時接收，其處理流程如步驟s3所示：

s301，消息中間件將為應用程序提供v2x應用程序提供消息需求配置的接口，應用程序根據其自身對消息的需求對所需要的消息在注冊配置文件中進行消息注冊；

s302，消息中間件讀取消息注冊配置文件，獲取應用層中各個v2x應用程序所注冊的消息信息；

s303，消息中間件根據讀取注冊配置文件獲取到各個應用程序所需要接收的消息類型信息；

s304，消息中間件為第i個應用程序ai的每一類消息創(chuàng)建消息隊列，從而為用于第i個程序ai創(chuàng)建應用程序消息隊列集其中i＝1,2,…,n；

s305，將各個應用程序所需接收的消息隊列集匯總，從而將形成應用程序總消息隊列集

s306，根據所創(chuàng)建的應用程序總消息隊列集ka，生成消息路由表，建立消息轉發(fā)規(guī)則，其消息路由表中將存儲應用層中各個應用程序所創(chuàng)建的接收消息隊列的隊列id和接收消息類型；

s307，消息中間件讀取步驟s205中所得到的消息隊列集ka中的消息隊列，對于其中的所有消息隊里進行遍歷讀??；

s308，消息中間件將所讀取到的接收消息的類型與消息路由表中應用程序所創(chuàng)建的接收消息隊中的類型進行對比；

s309,判斷接收消息是否匹配路由表中的消息類型，若能有一個或多個消息隊列所接收的消息類型能夠與接收到的消息類型進行匹配，則執(zhí)行步驟s310，若不能匹配，則拋棄改執(zhí)行步驟s307；

s310，將在接收消息隊列集qr中所讀取的消息依據消息路由轉發(fā)表將數據存儲進隊列集ka中所以匹配的消息隊列中；

s311，根據以上步驟即可將裝置所接收到的消息按類別區(qū)分存儲進消息隊列中集ka中的各個應用程序的消息隊列中集中的接收消息隊列里；

s312，v2x應用程序ai根據所提供的消息中間件api讀取消息隊列集的相應的消息隊列里讀取消息。

以上為消息接收的具體流程圖，圖5則為消息發(fā)送的流程圖，其步驟如下：

s501：應用程序將需發(fā)送的數據按照v2x標準格式(如j2375消息標準)封裝為消息，應用程序將所需要發(fā)送的數據(如車輛自身狀態(tài)，預警信息等)封裝入相應的消息中(如車輛狀態(tài)消息，預警消息等)；

s502：將發(fā)送的消息通過消息中間件所提供消息發(fā)送接口，存儲入發(fā)送消息隊列qs中；

s601：所述裝置的消息發(fā)送相比于消息接收，消息中間件對消息發(fā)送的管理主要是通過一個特定的發(fā)送消息隊列qs對所有的應用程序發(fā)送的各類消息進行接收；

s602：消息中間件將以快速讀取發(fā)送消息隊列中qs的各類消息，并傳入v2x通信發(fā)送接口中；

s7：v2x通信模塊接收到消息以后即利用v2x通信發(fā)送接口進行消息發(fā)送；

對應于上述的基于v2x通信的消息管理方法，本發(fā)明提供了一種基于v2x通信的消息管理方法的裝置，下面將結合具體實施例和附圖對其進行詳細的說明。

參見圖6和圖7，分別為本發(fā)明的一種基于v2x通信的消息管理方法設備功能模塊示意圖和v2x環(huán)境示意圖。具體地，本發(fā)明所提出的裝置可以安裝在車輛上亦可以安裝在路側設備上，可通過物理接口讀取車輛或路側設備上的傳感器數據配備有v2x通信模塊以及相同的v2x通信的消息中間件，具體地，本設備將分為應用層、傳輸層以及物理層，其中物理層包括了基于v2x通信的消息管理方法設備的底層設備，包括有傳感器和v2x通信模塊等；傳輸層為應用層和物理層之間，主要作用為數據的傳輸和整理，在本發(fā)明中所提出的一種基于v2x通信的消息管理方法將以v2x通信的消息中間件的方式在傳輸層運行；應用層則主要將運行v2x應用程序，通過從傳輸層接收數據最終實現車路件的協(xié)同作用。

圖7是本發(fā)明實施例提供的基于v2x通信的中間件所處理的復雜拓撲信息流環(huán)境示意圖；如圖2所示，包括：

在每輛車6內安裝的可采集本車運動狀態(tài)的傳感器(如gps模塊7、編碼器8)等，并安裝本發(fā)明所提供的基于v2x通信的消息管理方法的裝置10，能夠實現v2x通信的v2x通信模塊9以及能夠為v2x應用程序提供展示界面的人機交互界面11；沿著道路兩側安裝有路側設備1，其中安裝有能夠對對路面信息進行采集的攝像頭4和各類傳感器5，并安裝本發(fā)明所提供的基于v2x通信的消息管理方法的裝置3，能夠實現v2x通信的v2x通信模塊2；

其中，每輛車的裝置10通過與路側設備中的裝置3進行v2i通信，車輛信息與路面信息相互交互信息，包括車輛上傳的車身基本狀態(tài)消息以及隊列請求消息等，路側設備發(fā)送車輛預警消息和道路狀態(tài)消息；每輛車的裝置10可通過v2v通信與每輛車的裝置10進行交互，包括車輛各自的狀態(tài)信息以及相應的控制指令。

進一步地，通過每輛車的裝置10與其他車輛的裝置10和每輛車的裝置10與路側設備1所組成的v2v/v2i通信可以實現基于v2x通信的實際應用，例如s1場景，根據通過路側裝置采集車道中車輛運動信息對交匯路段有碰撞的車輛進行預警；s2場景，同一車道前后車輛進行車輛信息交互，從而實現縱向間距預警；s3場景，道路中車輛間進行數據交互并由路側設備對其同意管理，從而實現道路車輛隊列行駛；s4場景，不同車道鄰近車輛進行車輛信息交互，從而實現側向間距預警；s3場景，車輛協(xié)同路側設備實現盲區(qū)預警；

進一步地，根據上述描述，一種在復雜拓撲信息流環(huán)境下的v2x設備消息中間件所處環(huán)境為多源數據，包括從設備底層上傳的各類傳感器感知數據，以及從v2x通信模塊中接收的各類v2x消息，而在上層應用中也運行有各類不同的v2x應用程序，各個程序的協(xié)同運作和對底層所需的需求也不盡相同，因此，一種在復雜拓撲信息流環(huán)境下的v2x設備消息中間件所需解決的問題為對多源數據的管理并為上層應用開發(fā)單一的接口。

最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權利要求書所限定的范圍。