高速公路汽车追尾预警系统蚁群信息素驿站式传播研究

　　0　引言

　　高速公路汽车追尾碰撞是高速公路各类事故中多发的一种类型,它造成的生命财产损失令人触目惊心,因此开发相应的预警系统正成为国内外汽车厂商、科研机构和高等院校的研究热点。使用车载专用仪器代替驾驶员目测,及时、准确和可靠地测量汽车之间的距离是采取追尾预防措施的关键一步。目前,汽车间距测量的实现方式主要从两个角度开展研究。一是使用传感器探测技术,前方汽车被看作只具有光反射和波反射能力的运动物体,后方汽车采用超声波、红外线、视频成像和雷达波传感器进行主动探测,这项技术的研究起步较早,取得了阶段性成果,因受气候环境、地形变化以及生产成本等条件限制,效果均未达到实用状态。二是模仿蚁群通信机制,将高速公路上行驶的汽车理解为在路径上爬行的蚂蚁,沿途分泌信息素供同伴感知,即间歇地播发本车的速度和位置信息,同时也在接收其他汽车播出的同样信息,从而计算出相邻汽车之间的距离。这个方法另辟蹊径,比较新颖,但仍存在许多问题有待深入研究。如,汽车在收发信息时要解决信道资源竞争的矛盾,汽车高速行驶的状态需要解决信息收发实时性要求与信息传播周期性的矛盾,作者针对这两项问题,以蚁群信息素驿站式传播的思路提出了具有实用价值的解决方案。

　　1　信息素传播策略

　　在高速公路入口站,将无线信息收发器放置在驶入高速公路的汽车上,汽车离开高速公路时,再将其交还出口站。无线信息收发器使用车上即插式电源,可随时车载和卸载,使用时接收卫星定位信号,并以无线方式发送和接收同类信号,汽车带上它在高速公路上行驶便成为能感知和播发信息素的蚂蚁。由于每辆汽车都要将信息广播给相邻近的车辆,所以车与车之间就结成移动通信网,在信道使用权上需要协调以避免报文冲突。按照移动通信系统是否具有基础设施,移动无线网络可分为两种:一是有固定基础设施的网络,这种网络通过中心节点传输通信,中心节点之间通过电缆或光缆进行互连,各个移动节点直接和中心节点通信,典型的应用如蜂窝无线系统。另一种是没有固定基础设施的网络即无线自组织网络(AdHoc网络),该网络由一组带有无线收发装置的移动节点组成。由于高速公路汽车速度快,所以对信息传播的实时性要求高。对AdHoc网络来说,移动节点之间在信道竞争中发生冲突是其固有性质,接入时间的不确定性使得在AdHoc网络上传送具有时间要求的业务变得非常困难,无法针对实时业务提供QOS保证。相比之下,有固定基础设施的移动无线网络可以保证移动节点接入网络时间的确定性和实时性。中国古代驰道上的驿站接待重要官员的方法可以借鉴,驰道上沿途适度间隔配有驿站,要员在抵达下一驿站之前,上一驿站通过信使提前通报情况。这样,下一驿站就可以预先知道将要接待的客人身份和数量,主动与到达的客人取得联系。