"，重發(fā)數(shù)據(jù)帖。
[0087] 6)如果重發(fā)成功，退出退避算法；否則，重傳次數(shù)加1，C=C+1，如果重傳次數(shù)大于 16次，則退出并向上層協(xié)議匯報(bào)，否則進(jìn)入第4)步，再次重發(fā)。
[008引例子：當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)碰撞發(fā)生，發(fā)送端立即發(fā)送一個(gè)"Jamming signal"信號(hào)，預(yù)防 有新的數(shù)據(jù)發(fā)送。假定退避基準(zhǔn)時(shí)間2T為51.2 ys，重傳次數(shù)C為1，那么K也為1，那 么發(fā)送端在0或1個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間后重新發(fā)送數(shù)據(jù)帖。根據(jù)TRB，*。。11二tcDii+thckwf(t?！跏?值為0)，tbaekwf等于51.2 ys，把51.2 y S寫入數(shù)據(jù)帖的"Collision Delay Time"域并重 新發(fā)送。如果重發(fā)失敗，重傳次數(shù)C(加I)為2次，K等于2,那么R在0~2中隨機(jī)選擇， tbackcffE[Os, 51. 2 y S，102. 4 y S]，假定R被隨機(jī)設(shè)置為2,即tbackwf=102. 4us，根據(jù)TRB， tcDii二51.化S+102. 4us，把153.6JiS寫入到數(shù)據(jù)帖的"Collision Delay Time"域并發(fā)送， 接收端通過(guò)解析數(shù)據(jù)帖可W獲得發(fā)送端在發(fā)送過(guò)程中由于數(shù)據(jù)重發(fā)所延遲的總時(shí)間 TRB的偽代碼實(shí)現(xiàn)如下表1所示：
[0089] 表I
[0091] S3、增強(qiáng)的單邊同步雙向測(cè)距算法巧hancedOSS-TWR，EOSS-TWR)
[0092] 在OSS-TWR算法中，由于網(wǎng)絡(luò)碰撞的存在（在使用RTS/CTS機(jī)制后碰撞依然存 在），車輛位置估計(jì)受到無(wú)線信號(hào)飛行時(shí)間統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確的影響，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)是時(shí)間統(tǒng)計(jì)不精 確的原因之一。系統(tǒng)通過(guò)使用專用的通信信道來(lái)降低網(wǎng)絡(luò)碰撞的概率，再使用可記錄時(shí)間 的退避算法去統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)重發(fā)所引起的延時(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)增強(qiáng)的OSS-TWR定位通信協(xié)議，協(xié) 議通信流程如圖8所示。車輛周期性的廣播定位請(qǐng)求數(shù)據(jù)帖"Req"，請(qǐng)求附近RSU提供位置 參考，通過(guò)測(cè)量與RSU之間的距離完成自定位，其工作原理如下所示：
[009引 Se化1 :車輛準(zhǔn)備發(fā)送"Req"，檢查無(wú)線信道的狀態(tài)，使用RTS/CTS進(jìn)行協(xié)商，等待 信道空閑，一旦信道空閑，發(fā)送"Req"同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器tf。。。^，發(fā)送后，檢查是否有碰撞發(fā)生， 如果發(fā)生，廣播一個(gè)"Jammingsignal"數(shù)據(jù)帖。延遲隨機(jī)時(shí)間，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器重新開(kāi)始 計(jì)時(shí)，并重新發(fā)送"Req"。
[0094] Se化2:本步驟分為3個(gè)部分，a)RSU接收到"Req"數(shù)據(jù)帖，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器器 t'fepw去測(cè)量數(shù)據(jù)帖處理時(shí)間；b)定位數(shù)據(jù)帖"Req"處理完畢后，RSU檢查無(wú)線通信信道 狀態(tài)，當(dāng)空閑時(shí)，發(fā)送"Ack"數(shù)據(jù)帖，使用ttpmp暫存計(jì)時(shí)器t' 的值a'UPW不停止 計(jì)時(shí)），同時(shí)重啟計(jì)時(shí)器第一次則啟動(dòng)計(jì)時(shí)器tdebye) ;c)如果發(fā)送成功，停止定時(shí)器t' replyB，并且t' npw=ttemp，t' replyB為本次處理的總時(shí)間；如果發(fā)生碰撞，轉(zhuǎn)到b)重新 發(fā)送"Ack"數(shù)據(jù)帖。
[009引 Se化3 :車輛接收到"Ack"數(shù)據(jù)帖，立即停止計(jì)時(shí)器tr。。。沁，那么無(wú)線信號(hào)完成了從 車輛到RSU，RSU到車輛的一次往返，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器t' 并進(jìn)入阻塞，等待"Sync"數(shù) 據(jù)包。
[009引 Se化4 :a)RSU在發(fā)送完"Ack"數(shù)據(jù)帖和啟動(dòng)tdeiayB計(jì)時(shí)器后，進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到 計(jì)時(shí)器tdebye的計(jì)時(shí)等于t'fppw時(shí)被喚醒（設(shè)置計(jì)時(shí)器的最大閥值為t' 的時(shí)間值， 一旦tdebyB的計(jì)時(shí)等于t'replyB，系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生中斷）；b)RSU初始化"Sync"數(shù)據(jù)帖（內(nèi)部 域清零），把tdeiayB的時(shí)間值寫入"Sync"數(shù)據(jù)帖的"SyncDelayTime"域，發(fā)送"Sync"數(shù) 據(jù)帖；C)如果成功，結(jié)束本次通信；如果發(fā)生網(wǎng)絡(luò)碰撞，調(diào)用TRB算法重新發(fā)送與統(tǒng)計(jì)退避 延時(shí)。
[0097]Se化5:車輛接收到"Sync"同步帖之后，停止計(jì)時(shí)器t' 解析數(shù)據(jù)包，得到 tdebye和t。。13,可W根據(jù)公式1. 4計(jì)算出實(shí)際的同步時(shí)間t"。^。
[009引車輛通過(guò)高精度計(jì)時(shí)器可W精確地測(cè)量到和t' 的時(shí)間值，再?gòu)腞SU得 到tdelayB和tCDl擁間值，推導(dǎo)出t。。口與tdelayB+tc。。的比例關(guān)系，最終可W得到同步時(shí)間twaltA的值。系統(tǒng)通過(guò)協(xié)議跨層優(yōu)化讀寫應(yīng)用層的數(shù)據(jù)帖，統(tǒng)計(jì)出了數(shù)據(jù)重發(fā)所導(dǎo)致的延時(shí)時(shí)間， 對(duì)測(cè)量無(wú)線信號(hào)在空中的實(shí)際飛行時(shí)間，具有重大的意義。整個(gè)基于協(xié)議跨層優(yōu)化的定位 算法偽代碼實(shí)現(xiàn)如下述表2和表3所示。
[0099] 表 2
[0100]

[0103] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
[0104] 本次實(shí)驗(yàn)中，測(cè)試OSS-TWR與EOSS-TWR在有網(wǎng)絡(luò)碰撞的通信環(huán)境中的測(cè)距準(zhǔn)確 度，并與無(wú)碰撞情況下的算法進(jìn)行對(duì)比。其中有4個(gè)RSU提供參考位置，增加了一個(gè)RSU 充當(dāng)干擾節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)的廣播數(shù)據(jù)帖干擾正常通信。RSUes的坐標(biāo)分別是（(〇,〇)，（300,0)， (300, 300)，（300,0))，車輛坐標(biāo)為（150,150)，干擾RSUa的坐標(biāo)（200, 200)。車輛采用基于 TDC-GP2的專用技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)時(shí)，系統(tǒng)分辨率為65ps，精確度非常高，RSU采用STM32忍 片，內(nèi)部時(shí)鐘頻率200M，采用溫控晶振，誤差范圍為lOppm。無(wú)碰撞網(wǎng)絡(luò)通信采用分時(shí)隙通 信協(xié)議；有碰撞通信網(wǎng)絡(luò)采用CDM/CA通信協(xié)議，RSU在OSS-TWR算法中采用二進(jìn)制指數(shù) 退避算法，在EOSS-TWR算法中采用TRB退避算法。設(shè)定車輛位置向量XkI的初始坐標(biāo)值為 (140,160)，設(shè)定Qk為eye(2)，Rk設(shè)定為4Xeye(4)，根據(jù)擴(kuò)展卡爾曼濾波算法，可W估算出 車輛的位置信息。相同的實(shí)驗(yàn)重復(fù)了 100次，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。
[0105]表4測(cè)距實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0107] 從測(cè)距結(jié)果可W看出，最大誤差距離可W看到OSS-TWR受到網(wǎng)絡(luò)碰撞的影響，最 大誤差為11. 4420米，平均誤差是2. 8561米；EOSS-TWR雖然受到了網(wǎng)絡(luò)碰撞的影響，但是 通過(guò)TRB算法能更精確的測(cè)量到無(wú)線信號(hào)飛行時(shí)間，定位精度相對(duì)OSS-TWR要高，最大距離 誤差為8. 9480米，平均距離誤差為2. 1633米；Non-collision的定位算法準(zhǔn)確度最高。在 X方向和Y方向上的表現(xiàn)上看，依然是EOSS-TWR優(yōu)于0SS-TWR。為了更直觀的看到比較效 果，圖9給出了車輛坐標(biāo)在=種方式下的對(duì)比。
[0108] 從坐標(biāo)點(diǎn)的集中度可W看出，S角形A(Non-collision)最集中，其次為圓形 O巧0SS-TWR)，十字形+(OSS-TWR)最分散。圖10為=種定位方式的距離誤差對(duì)比， EOSS-TWR優(yōu)于OSS-TWR。
[0109] 從MSE的角度來(lái)看，如圖11所示，在網(wǎng)絡(luò)碰撞環(huán)境下，EOSS-TWR優(yōu)于0SS-TWR，可 W說(shuō)明，本發(fā)明所設(shè)計(jì)基于跨層優(yōu)化的定位算法能有效降低網(wǎng)絡(luò)碰撞對(duì)位置估計(jì)帶來(lái)的影 響。
[0110]VCPS應(yīng)用案例研究
[0111] 車輛信息物理融合系統(tǒng)（Vehi州Iar切ber-PhysicalSystem,VCP巧的應(yīng)用很多， 其中最常用的應(yīng)用就是對(duì)車輛的監(jiān)控，如運(yùn)鈔車的監(jiān)控，裝載危險(xiǎn)物品的車輛監(jiān)控，軍車的 實(shí)時(shí)監(jiān)控。傳統(tǒng)的方法使用GI^接收機(jī)來(lái)獲取車輛所處的位置，然后通過(guò)3G/4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送 到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中屯、，通過(guò)GIS等地圖軟件，實(shí)現(xiàn)車輛的在線跟蹤與軌跡回放。但是運(yùn)種方法在 某些場(chǎng)合無(wú)法正常工作，城市中屯、區(qū)域、隧道和地下停車場(chǎng)，運(yùn)些區(qū)域由于GI^信號(hào)被遮 擋，GI^接收機(jī)無(wú)法提供準(zhǔn)確的位置信息，導(dǎo)致監(jiān)控中屯、無(wú)法實(shí)時(shí)跟蹤，如在運(yùn)鈔車監(jiān)控中， 在短短幾分鐘內(nèi)就可能存在被盜搶的風(fēng)險(xiǎn)。裝載危險(xiǎn)化學(xué)品的車輛穿過(guò)市區(qū)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)控 也是非常必要的。本節(jié)模擬被監(jiān)控車輛通過(guò)類似的區(qū)域，使用基于EOSS-TWR的定位系統(tǒng)為 車輛提供位置服務(wù)，同時(shí)把定位軌跡顯示在GoogleEath上。
[0112] 本應(yīng)用案例主要分為2部分，第一部分是位置估計(jì)，第二部分是軌跡顯示。由于 基于地面的無(wú)線定位系統(tǒng)采用UTM坐標(biāo)系，而GIS等地圖軟件主要利用經(jīng)締度（如WGS84 坐標(biāo)系）顯示車輛運(yùn)行軌跡，因此本發(fā)明簡(jiǎn)單先介紹一些常用坐標(biāo)系W及坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換方 法，然后根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景完成車輛的實(shí)時(shí)定位與跟蹤。
[0113] 對(duì)于本發(fā)明在V(PS場(chǎng)景的應(yīng)用如下：
[0114]為了完整模擬被監(jiān)控車輛的實(shí)時(shí)定位，需要有3種不同場(chǎng)景，第一、GI^信號(hào)沒(méi)有 遮擋的空曠地區(qū)，模擬公路等場(chǎng)景；第二、GI^信號(hào)被高樓部分遮擋，影響GI^定位，模擬高 樓林立的城市中屯、區(qū)域；第S、GI^信號(hào)全部被隧道遮擋，模擬地下停車場(chǎng)或者隧道。在運(yùn) 3種情形下，使用基于EOSS-TWR的車輛定位系統(tǒng)，完成車輛的實(shí)時(shí)定位和軌跡跟蹤。
[0115] 測(cè)試路程從Start點(diǎn)開(kāi)始，到End點(diǎn)結(jié)束，沿著道路兩旁部署了 18個(gè)RSUs(坐標(biāo) 為UTM格式），其中第一區(qū)域部署4個(gè)，第二區(qū)域部署6個(gè)，第S區(qū)域部署了 8個(gè)。車輛在任 意時(shí)刻最少可W獲得4個(gè)W上路側(cè)設(shè)備的位置參考信息。測(cè)試車輛沿著紅色軌跡W20公 里每小時(shí)的速度行駛，車輛同時(shí)配備DSRC接收機(jī)和GI^接收機(jī)，接收天線部署在車頂