基于微云的车辆信息处理与交互方法、处理与交互系统与流程

本发明涉及云计算技术领域，尤其涉及一种基于微云的车辆信息处理与交互的方法和车联网信息处理与交互系统。

背景技术：

无人驾驶汽车利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠的在道路上行驶。以上的所有流程都是车辆单独完成，没有考虑到车辆间的协作感知与信息共享。无人驾驶目前主要是依靠自身车载计算机的强大计算能力，实现对传感器数据的分析处理，对于分析结果的准确性依赖于自身的结果。车辆之间并没有对路况信息的识别结果进行共享，彼此车辆对立的进行计算。与此同时，由于无人驾驶汽车需要更多的数据、更加复杂的数据处理以及更短的响应时间，采用传统的云端请求模式，很难满足车辆需求，同时也会对接入网络带来很大的负载压力，数据传输不仅会占用大量的网络带宽，还会增大网络的传输时延，导致紧急情况处理不及时，造成车辆大量拥堵。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种基于微云的车辆信息处理与交互的方法和车联网信息处理与交互系统。

根据本发明的一个方面，提供一种基于微云的车辆信息处理与交互的方法，包括：车辆基于微云形成判决信息判断是否需要形成微云；其中，所述微云形成判决信息包括：周围车辆信息、特定场景信息、周围路况信息；在满足微云形成条件并形成或加入微云后，微云内的成员车辆共同选出此微云内的计算节点车辆；所述计算节点车辆接收到微云内的成员车辆发送的第一数据，对所述第一数据进行处理并将处理结果发送给成员车辆进行相应地调度处理；或，所述计算节点作为移动网关，将所述第一数据或对第一数据的初步处理结果发送给远程云服务器，将所述远程云服务器发送的控制信息分发给所述成员车辆；所述远程云服务器基于预设的激励机制对成为计算节点的车辆进行奖励，鼓励车辆主动成为计算节点。

根据本发明的另一方面，提供一种车联网信息处理与交互系统，包括：车辆和远程云服务器；车辆获得微云形成判决信息，基于所述微云形成判决信息判断是否需要形成微云；其中，所述微云形成判决信息包括：周围车辆信息、特定场景信息、周围路况信息；在形成微云后，所述微云内的成员车辆共同选出此微云内的计算节点车辆；所述计算节点车辆接收到微云内的成员车辆发送的第一数据，对所述第一数据进行处理并将处理结果发送给成员车辆进行相应地调度处理；或，所述计算节点作为移动网关，将所述第一数据或对第一数据的初步处理结果发送给远程云服务器，将所述远程云服务器发送的控制信息分发给所述成员车辆；所述远程云服务器基于预设的激励机制对成为计算节点的车辆进行奖励，鼓励车辆主动成为计算节点。

本发明的基于微云的车辆信息处理与交互的方法和车联网信息处理与交互系统，提出了一种和场景相关的动态微云架构，车辆直接根据周围路况及环境的需求动态形成微云并对微云进行维护，由微云内车辆节点选出的计算节点进行数据处理、微云内处理任务的分配、微云间的通信以及微云内数据的上传和分发，使无人驾驶车辆可以针对更加复杂的路况进行更快的处理并作出判断，为无人驾驶车辆提供更可靠的服务；提供激励机制，激励车联网内的车辆主动成为微云计算节点，为微云内成员车辆提供服务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于微云的车辆处理与交互方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明的基于微云的车辆处理与交互方法的一个实施例中的形成或加入微云的过程示意图；

图3为本发明的基于微云的车辆处理与交互方法的一个实施例中对邻近车辆信息的维护过程示意图；

图4为本发明的基于微云的车辆处理与交互方法的一个实施例中微云成员车辆邻近车辆信息维护流程图；

图5为本发明的基于微云的车辆处理与交互方法的一个实施例中微云成员节点车辆管理流程图；

图6为本发明的基于微云的车辆处理与交互方法的一个实施例中车辆注册过程示意图；

图7为本发明的基于微云的车辆处理与交互方法的一个实施例中积分获取过程示意图；

图8为本发明的基于微云的车辆处理与交互方法的一个实施例中的车辆注册过程的流程示意图；

图9为本发明的基于微云的车辆处理与交互方法的一个实施例中的积分获取的流程示意图；

图10为本发明的车联网信息处理与交互系统的一个实施例的组成示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下文中的“第一”、“第二”等仅用于描述上相区别，并没有其它特殊的含义。

智能交通系统(Intelligent Transportation System，ITS)通过运用先进的信息技术、传感技术、控制技术和计算机技术等，实现人与车、路的密切配合，从而减少交通事故，缓解交通拥堵，提高交通运输效率，降低能耗和减轻环境污染。车联网作为ITS的重要组成部分，通过收集、处理和分享交通信息，实现车与车、车与路、车与城市交通网络和车与互联网之间的互联互通，给用户带来舒适、安全和顺畅的驾驶体验。

云计算是目前车联网大数据分析处理的平台。基于云计算的智能交通系统，以其海量的存储能力，快速的计算能力和动态资源调度的特点，为城市智能交通提供了强大的技术支持。为了能够利用云计算优越的存储和计算能力，同时又能解决其在物联网和大数据应用中的不足，可以使用边缘计算技术。如果采用边缘计算，则许多控制将通过本地设备实现而无需交由云端，处理过程将在本地边缘计算层完成，将大大提升处理效率，减轻云端的负荷。由于更加靠近用户，还可为用户提供更快的响应，将需求在边缘端解决。边缘计算通过在网络边缘收集、处理和分析数据，为车联网提供了有力的技术支持。

云计算给车联网带来了巨大的计算能力，能够解决更多数据处理的请求，还可以把不同的局部信息联网，方便了更大范围数据的传递。但随着以云计算为基础的车联网架构的发展，云计算存在的一些局限性也被逐渐暴露出来。首先是传输时延和对带宽占用的问题，传统情况下，车辆对于一些较为复杂的数据处理，需要先将收集到的数据上传到云端数据中心进行处理，之后再将结果返回给车辆，车辆根据返回的数据做出反应。这样的数据处理方式会带来较大的时延，并且大量数据的上传也会占用更多的带宽。其次是由于车辆的移动性导致的节点之间链路的维持时间短，数据传输的可靠性难以保证。

针对无人驾驶的应用场景，无人驾驶遇到复杂路况时，为了避免车辆因无法及时对复杂路况进行处理做出反应而导致事故的发生，对于处理时延的要求非常高。无人驾驶车辆由于其控制全部需要计算，对于数据处理的请求更多也更加复杂，同时还需要更小的时延，这对时延和带宽提出了更高的要求。同时车联网中乘客对于娱乐媒体等信息的需求量也非常大，会占用大量的带宽，并且车辆的移动性也会对数据传输的可靠性造成影响。

基于移动云服务的车联网数据上传策略中的网关服务者主要功能是将车辆数据上传到云端，同时从云端接收数据，并将接收到的数据提供给消费者车辆。移动自组织网络中普遍存在一些自私节点，这些节点为了节约自己有限的带宽和缓存等资源，只从周围节点下载资源，而不共享自己的资源，不愿意消耗自身资源为其他节点服务。因此，需要激励机制来鼓励有能力的节点主动作为移动网关，甚至更进一步进行数据的处理或数据处理任务的分配。

网关服务者需要在云端注册其服务信息和状态信息，成功注册的网关服务者周期性的向云端更新其服务信息和状态信息，是否提供网关服务由云端进行决策和管理。云端对网关进行管理需要网关和云端之间的数据交换，而车辆的移动性较高，与云端进行数据交互会增加时延，可以将网关的决策和管理放在网络边缘，由车辆进行。

本发明提出一种和环境相关的微云架构，微云中的车辆之间保持数据交换，同时选出有能力的车辆作为微云计算节点，进行数据的转发、处理或者数据处理任务的分配。在本发明的实施例中，为了满足无人驾驶对响应时延的要求，帮助车辆进行快速的判断并作出反应，形成微云条件中的“预定范围”可以根据一跳通信范围进行判断。这里的一跳通信范围指无需经过中间节点转发，数据包在无线通信范围能够直接到底达目的节点。图1为本发明的基于微云的车辆处理与交互方法的一个实施例的流程示意图，如图1所示：

步骤101，车辆基于微云形成判决信息判断是否需要形成微云，微云形成判决信息包括：周围车辆信息、特定场景信息、周围路况信息等。

步骤102，车辆满足形成微云条件后从广播Hello包变为广播微云数据包，根据接收到的其他微云数据包判断是否形成或加入微云。

步骤103，在形成微云后，微云内的成员车辆选出此微云内的计算节点车辆。

步骤104，计算节点车辆接收到微云内的成员车辆发送的第一数据，对第一数据进行处理并将处理结果发送给成员车辆进行相应地调度处理；或，计算节点作为移动网关，将第一数据或对第一数据的初步处理结果发送给远程云服务器。第一数据包括：环境数据、车辆运行数据、事故数据、请求数据等，远程云服务器部署在远程云端。第一数据为微云内的成员车辆发送给计算节点的数据，计算节点车辆基于第一数据进行处理并将处理结果发送给成员车辆进行相应地调度处理。

步骤105，远程云服务器基于预设的激励机制，通过对车辆进行奖励，激励车辆自愿成为微云计算节点，为微云内车辆提供服务。激励规则可以有多种，例如为积分规则，可以基于积分规则对计算节点车辆分配相应的积分，激励车辆自愿成为微云计算节点，为微云内车辆提供服务。

上述实施例中的基于微云的车辆信息处理与交互方法，动态微云的形成以及维护可以根据车辆需要的计算量的大小、要求信息返回时间的长短以及需要处理的数据量等决定，例如，基于周围车辆的密度等信息、基于云端提供的特定场景或基于周围道路情况的复杂程度决定微云的形成及维护。

微云的形成是车辆自身基于微云形成判决信息对微云的形成需求进行判断而动态决定的，微云的形成需求具体表现为三种场景：

场景1：车辆根据周围车辆信息决定微云的形成：由于周围车辆密度大，未满足车辆安全驾驶的需求，形成微云；

场景2：车辆根据特定场景决定微云的形成：由于某些特定路段经常发生拥堵或事故，进入该范围的车辆形成微云；

场景3：车辆根据周围路况信息决定微云的形成：由于周围道路或环境情况复杂，满足车辆需要应对复杂路况的需求，形成微云。

微云的形成过程分为三步：满足微云形成条件、形成或加入微云、以及选择微云计算节点。车辆判断是否满足微云形成条件包括：

场景1中，如果车辆根据维护的邻近车辆信息表判断周围一跳通信范围内的车辆密度达到一个阈值后，或车辆接收到周围车辆广播的微云数据包，则确定满足微云形成条件；

场景2中，车辆接收到云端通过基站或路边单元在特定范围内广播的特定场景信息，在进入特定场景标记的地理位置后，则确定满足微云形成条件；

场景3中，车辆通过收集到的信息判断周围道路环境为路况复杂路段后，则确定满足微云形成条件。

当车辆判断满足微云形成的条件时，车辆由广播信息数据包改为发送微云数据包，判断车辆是否形成或加入微云：

场景1中，车辆根据用接收到的Hello数据包维护的邻近车辆信息判断满足微云形成的条件后，车辆停止广播Hello数据包，改为广播微云数据包，并根据接收到的微云数据包判断在一跳通信范围内是否已有微云计算节点，如果是，则加入该微云，如果否，使用接收到的微云数据包维护新的邻近车辆信息，如果该邻近车辆信息仍然满足形成微云的条件，微云形成；

场景2中，车辆根据特定场景的地理位置判断满足微云形成的条件后，车辆停止广播Hello数据包，改为广播微云数据包，并根据接收到的微云数据包判断在一跳通信范围内是否已有微云计算节点，如果是，则加入该微云，如果否，与该区域内其他车辆形成微云；

场景3中，车辆根据周围道路环境信息判断满足微云形成的条件后，车辆停止广播Hello数据包，改为广播微云数据包，并根据接收到的微云数据包判断在一跳通信范围内是否已有微云计算节点，如果是，则加入该微云，如果否，与该区域内其他车辆形成微云。

如果车辆是加入已有微云，仍然保留已有微云中的微云计算节点和备份计算节点，如果是形成新的微云，通过微云内的竞选数据包选择微云计算节点及备份计算节点，之后在微云内使用第一数据包进行数据请求和交换。

在本发明中，为保护用户的隐私，所有的标识可以是经过不同方法加密的，或采用其他方式获得且不能追溯到的。在本发明的实施例中，所有车辆标识表现为车辆ID。

在一个实施例中，车辆周期性地向周围广播信息数据包，信息数据包可以为Hello包等，信息数据包中携带的信息包括：车辆ID、车辆的状况、行驶速度、行驶方向、地理位置和时间戳等。车辆根据接收到的信息数据包维护邻近车辆信息，邻近车辆信息包括：邻近车辆ID、邻近车辆行驶方向、邻近车辆地理位置、邻近车辆在周围特定范围内保持的时间中的至少一个信息。车辆根据邻近车辆信息判断是否满足形成微云的条件。例如，车辆根据维护的邻近车辆信息判断周围车辆的密度，当密度大于一个特定阈值并持续超过特定时间阈值时满足微云形成条件。当车辆接收到周围车辆广播的微云数据包时，也满足微云形成条件。

满足微云形成条件的判决条件可以有多种。例如，满足微云形成条件的判决条件包括：车辆密度阈值和第一时长阈值，如果未形成微云的车辆判断在具有预设面积的区域内的持续时间超过第一时长阈值的车辆密度大于车辆密度阈值，则满足微云形成条件。例如，车辆密度阈值为一跳通信范围内10辆，第一时长阈值为10秒，如果未形成微云的车辆基于接收到的信息数据包维护的邻近车辆信息判断在一跳通信范围内的第一区域内的持续时间超过10秒的车辆密度大于10辆，则满足微云形成条件。当车辆接收到周围车辆广播的微云数据包时，也满足微云形成条件。

车辆满足微云形成条件后，车辆停止广播Hello数据包，改为广播微云数据包，并根据接收到的微云数据包判断在一跳通信范围内是否已有微云计算节点，如果是，则加入该微云，如果否，使用接收到的微云数据包维护新的邻近车辆信息，如果该邻近车辆信息仍然满足形成微云的条件，微云形成。如果车辆是加入已有微云，仍然保留已有微云中的微云计算节点和备份计算节点，如果是形成新的微云，通过微云内的竞选数据包选择微云计算节点及备份计算节点，之后在微云内使用第一数据包进行数据请求和交换。

微云内的车辆如果确定维护的邻近微云成员车辆信息表中的车辆数量少于特定值，则此车辆离开微云；如果微云中的计算节点车辆离开微云，则微云内其他成员车辆根据维护的邻近微云成员车辆信息判断成员车辆密度，如果成员车辆密度大于特定阈值，则微云仍然保留，备份计算节点成为新的微云计算节点，微云内成员车辆重新选择备份计算节点，如果成员车辆密度小于特定阈值，则微云解散。

图2为车辆与周围车辆形成微云或加入一个已有微云的过程的示意图，当车辆周围不存在微云时，车辆接收到周围车辆发送的Hello数据包后，首先根据接收到的Hello数据包中的地理位置判断车辆地理位置是否相邻，满足条件后再根据数据包中的车辆行驶方向判断车辆是否同向行驶，之后再通过数据包中的车辆速度判断速度是否匹配，匹配后的Hello数据包以及时间戳在特定时间T内存储在临时邻近车辆表中。特定时间T内，同一车辆ID的Hello数据包数据将会覆盖上一次写入的数据，并记录写入次数，时间戳不更新。

特定时间T内如果写入次数不满足稳定次数，该车辆对应的车辆数据将被删除，当特定时间T内写入临时邻近车辆表的次数满足稳定次数后，该车辆的车辆ID将被写入稳定邻近车辆表，同时，该车辆在临时邻近车辆表中的时间戳和记录次数将被重置，如果该车辆的数据在下一个特定时间T内不满足稳定次数，该车辆对应的车辆数据在临时邻近车辆表中被删除的同时，对应的车辆ID也将从稳定邻近车辆表中删除。

车辆发送的Hello数据包中的邻近车辆数量以及邻近车辆ID从该车辆的稳定邻近车辆表中读取。最后，车辆还会根据自己的稳定邻近车辆表以及接收到的Hello数据包中的邻近车辆ID，判断周围的车辆密度，当车辆密度满足形成微云的条件，即车辆密度大于微云车辆密度N时，微云形成。

在一个实施例中，未形成或加入微云的车辆对邻近车辆信息的维护过程如图3所示。首先根据接收到的其他车辆发送的Hello数据包中的地理位置、行驶方向以及车辆速度与自己的信息进行匹配，匹配后的Hello数据包数据存储在临时邻近车辆表中。特定时间内，同一车辆ID的数据写入临时邻近车辆表的次数满足稳定次数后，该车辆的车辆ID将被写入稳定邻近车辆表。同时，该车辆在临时邻近车辆表中的时间戳和记录次数将被重置，如果该车辆的数据在下一段特定时间内不满足稳定次数，该车辆对应的车辆数据在临时邻近车辆表中被删除的同时，对应的车辆ID也将从稳定邻近车辆表中删除。车辆发送的Hello数据包中的邻近车辆数量以及邻近车辆ID从该车辆的稳定邻近车辆表中读取。

临时邻近车辆表和稳定邻近车辆表用于进行邻近车辆信息的维护，临时邻近车辆表中涉及的字段包括：车辆ID、车辆行驶速度、车辆行驶方向、车辆地理位置(经纬度)、时间戳、一个特定时间段内的写入次数。稳定邻近车辆表中涉及的字段包括：车辆ID、车辆行驶速度、车辆行驶方向、车辆地理位置(经纬度)、微云计算节点标记(非微云成员车辆本字段为空)、备份计算节点标记(非微云成员车辆本字段为空)。

Hello包格式如下表1所示：

表1-Hello包格式表

临时邻近车辆表如下表2所示：

表2-临时邻近车辆表

稳定车辆表如下表3所示：

表3-稳定车辆表

当车辆根据接收到的微云数据包判断周围存在微云时，车辆改为由广播Hello数据包改为广播微云数据包，之后根据接收到的微云数据包判断一跳通信范围内是否有微云计算节点，如果是，加入该微云，如果否，通过维护邻近车辆信息判断是否形成微云。

在一个实施例中，车辆获得远程云服务器提供，由基站或路边单元广播的特定场景信息，特定场景信息包括：特定场景地域信息和特定场景时间信息。如果车辆在与特定场景时间信息对应的时段内进入特定场景地域信息指定的区域，则车辆满足微云形成条件。

满足微云形成的条件后，车辆停止广播Hello数据包，改为广播微云数据包，并根据接收到的微云数据包判断在一跳通信范围内是否已有微云计算节点，如果是，则加入该微云，如果否，与该区域内其他车辆形成微云。如果车辆是加入已有微云，仍然保留已有微云中的微云计算节点和备份计算节点，如果是形成新的微云，通过微云内的竞选数据包选择微云计算节点及备份计算节点，之后在微云内使用第一数据包进行数据请求和交换。在形成微云后，如果微云内的成员车辆或计算节点车辆离开特定场景地域信息指定的区域时，则此成员车辆或计算节点车辆自动离开微云。

特定场景可以是远程云服务器通过收集到的数据进行分析，并标记的拥堵或事故多发路段，以及可能导致某些路段限制通行或车流量增大导致发生拥堵情况发生的特殊事件。例如，马拉松、公路自行车赛、罢工、游行、大型国际会议等事件会占用道路，严重的雾霾、雨雪天气等情况导致限制或禁止车辆通行，音乐节、运动会、学校上学放学等事件会导致该地点在特定时间内预定范围内车流量急剧增多，易发生拥堵情况。远程云服务器维护经常发生拥堵或事故的特殊场景信息，将特定场景信息发送给该路段预定范围内(该范围大于特殊场景，但不覆盖全地图)的基站或路边单元，由基站或路边单元广播特定场景消息，车辆收到特定场景消息后获得特定场景地理位置范围，在进入该范围后，满足形成微云的条件。

当车辆在远程云服务器标记的特定场景时间段内进入远程云服务器标记的特定场景地域信息指定的区域时，进入该路段的车辆会形成微云，及时交换信息，帮助车辆作出决策，减少拥堵和事故情况的发生。微云的维护是根据远程云服务器标记的特定场景地域信息决定的，进入特定场景地域信息指定的区域范围内的车辆自动加入该微云，微云内的车辆之间互相协作进行任务协调和路线的规划等复杂的任务。离开特定场景地域信息指定的区域范围的车辆自动脱离该微云。微云内的成员随着车流的变化而动态变化，微云不随着成员车辆的移动而移动，只随着远程云端标记的特定场景信息的变化而变化。

在一个实施例中，车辆通过传感器系统获得周围路况信息根据周围路况信息判断是否位于复杂路况区域并判断是否满足形成微云的条件。判断满足微云形成的条件后，车辆停止广播Hello数据包，改为广播微云数据包，并根据接收到的微云数据包判断在一跳通信范围内是否已有微云计算节点，如果是，则加入该微云，如果否，与该区域内其他车辆形成微云。

如果车辆是加入已有微云，仍然保留已有微云中的微云计算节点和备份计算节点，如果是形成新的微云，通过微云内的竞选数据包选择微云计算节点及备份计算节点，之后在微云内使用第一数据包进行数据请求和交换。在形成微云后，如果微云内的成员车辆或计算节点车辆离开复杂路况区域，则此成员车辆或计算节点车辆自动离开微云。

当车辆通过获得传感器系统采集的多种数据，确定周围的道路情况较为复杂，例如出现路面状况不好、障碍物较多或行人较多等情况。当车辆判断通过传感器系统获取的数据量以及车辆本身的计算能力可能不足以下完成对周围的复杂环境及时返回处理结果的任务时，车辆会和周围的车辆形成微云，便于通过微云内的其他成员车辆获取更大范围内的更多路况相关数据，并通过车辆之间的互相协作，用更短的时间完成对复杂路况的大量数据处理。当车辆感知到离开道路情况复杂的情况后，自动离开微云。

在一个实施例中，微云内的成员车辆周期性地在微云内发送微云数据包，微云数据包可以为现有的多种微云数据包，微云数据包携带的信息包括：车辆ID、车辆状况、行驶速度、行驶方向、地理位置、微云计算节点标识、微云备份计算节点标识、时间戳。微云内的成员车辆根据接收到的微云数据包判断与自己属于同一微云的成员车辆，维护邻近车辆信息，并根据邻近车辆信息对微云进行维护，维护包括重新选取计算节点及备份计算节点车辆、微云的解散等。

微云内成员节点车辆周期性发送微云数据包维护车辆中存储的临时邻近车辆表和稳定邻近车辆表。维护过程如图4所示，与非微云车辆通过Hello数据包维护邻近车辆信息类似。微云成员节点车辆通过对稳定邻近车辆表的维护，根据邻近车辆密度判断车辆是否离开微云。同时根据稳定邻近车辆表中微云计算节点标记字段和备份计算节点字段，判断微云是否存在计算节点以及备份节点，从而决定激励机制证明信息的发送，以及是否进行微云计算节点的选择。微云内成员车辆之间交互的用于维护微云的数据包称为微云数据包，微云数据包的必选字段包含车辆ID、车辆能力、微云计算节点车辆ID、备份计算节点车辆ID、车辆行驶速度、车辆行驶方向、车辆地理位置(经纬度)、时间戳。

微云数据包的格式如下表4所示：

表4-微云数据包的格式表

临时邻近车辆表如下表5所示：

表5-临时邻近车辆表

稳定车辆表如下表6所示：

表6-稳定车辆表

在一个实施例中，微云计算节点车辆负责与数据处理及转发层以及其他微云的微云计算节点之间进行数据交换，并在转发过程中对接收到的数据进行一些简单的数据处理及存储，同时还负责微云内复杂任务的分配以及微云的动态迁移。动态微云的形成及维护方法使用的三种场景中，微云计算节点的选择及维护方法相同。选出此微云内的计算节点车辆可以采用多种方法。微云计算节点的选择流程如图3所示，根据维护的稳定邻近车辆表中的微云计算节点标记和备份计算节点标记字段判断，当微云内没有微云计算节点车辆或备份计算节点车辆时，微云内的所有成员车辆发送竞选数据包，竞选数据包中包括：车辆ID、车辆计算能力、车辆是否自愿成为计算节点、车辆作为计算节点的历史信息，其中历史信息包括车辆作为微云计算节点的次数、作为微云计算节点的总时长、作为微云计算节点服务过的成员节点车辆总数。微云成员车辆根据自己及接收到的竞选数据包中的数据，根据每个字段对应的权重计算微云内所有成员车辆的权重积分，并对车辆ID按照权重积分进行排序，结果中权重排名第一的成为微云计算节点车辆，排名第二的成为备份计算节点车辆，记录该计算节点及备份计算节点车辆ID，并将车辆ID加入微云数据包相应字段，微云内车辆通过这两个字段判断属于同一微云的车辆，并维护邻近微云成员车辆信息。

竞选数据包的格式如下表7所示：

表7-竞选数据包的格式表

历史信息格式如下表8所示：

表8-历史信息格式表

通过微云计算节点和数据处理及转发层之间进行数据交换，可以减少车辆与车联网中上层节点之间大量的数据交换导致对带宽的占用。通过和其他微云的微云计算节点进行数据交换，微云内车辆可以获得更多更大范围的环境信息。通过微云计算节点对复杂任务的分配，可以在微云内部通过成员节点车辆之间的协作以很短的时间延迟完成复杂的数据处理任务。通过微云计算节点对云的资源进行虚拟化和动态迁移，减少车辆移动性对边缘节点车辆与远程云端之间进行数据交互的可靠性问题。

在一个实施例中，如果在具有预设面积的区域内的计算节点车辆的数量大于一个，则从此区域内的多个计算节点车辆中保留一个计算节点车辆，将多个计算节点车辆中的其余计算节点车辆转变为成员车辆，并将此区域内的多个微云进行动态合并。从多个计算节点车辆中选择其中的一个计算节点车辆继续作为计算节点车辆可以采用现有的多种方法。例如，一跳通信范围内的计算节点车辆的数量大于1，则从此区域内的多个计算节点车辆中只保留一个计算节点车辆，将其余计算节点车辆对应的微云解散，并重新加入新的微云，完成此区域内的多个微云的动态合并。从多个计算节点车辆中选择其中的一个计算节点车辆继续作为计算节点车辆、合并微云可以采用现有的多种方法和数据交互流程。

在一个实施例中，微云内的成员车辆和计算节点车辆根据接收到的微云数据包维护邻近车辆信息，基于所述邻近车辆信息、对于预定时间内是否收到所述微云数据包的判定结果对微云进行维护。场景1中，微云内的车辆如果确定维护的邻近微云成员车辆信息表中的车辆数量少于特定值，则此车辆离开微云；如果微云中的计算节点车辆离开微云，则微云内其他成员车辆根据维护的邻近微云成员车辆信息判断成员车辆密度，如果成员车辆密度大于特定阈值，则微云仍然保留，备份计算节点成为新的微云计算节点，微云内成员车辆重新选择备份计算节点，如果成员车辆密度小于特定阈值，则微云解散。设置成员数量阈值为8，时长阈值为10秒。如果确定在车辆周围一跳通信范围内的成员车辆的数量小于8且持续时长超过10秒，则判定此车辆离开微云，若成员车辆根据维护的邻近车辆信息判断计算节点车辆离开微云，该车辆根据邻近车辆信息判断微云内其余成员车辆数量，如果数量大于阈值8，备份计算节点车辆成为新的微云，微云内车辆重新发送竞选数据包选择新的备份计算节点，如果数量小于阈值8，则微云解散。场景2及场景3中，微云内的车辆如果离开特定场景或周围路况不处于路况复杂路段时，则此车辆离开微云。

微云计算节点需要管理微云内成员车辆、收集并处理微云内成员车辆传感器收集的周围环境信息、进行复杂的数据处理及复杂数据处理任务的虚拟化和任务分配以及与其他微云的微云计算节点进行数据交换。为了防止车辆移动性造成的连接不稳定带来的问题，本文设计的微云结构结合了云的动态迁移，通过周期性备份计算节点数据的方式在微云计算节点离开时完成数据迁移，保证数据传输的可靠性。通过在微云内选出备份计算节点，微云计算节点周期性将微云内成员车辆列表、微云内成员车辆传感器收集的周围环境信息、复杂数据处理任务的分配以及缓存的其他任务数据发送给备份计算节点进行数据的备份，当微云计算节点离开微云时，如果微云仍然存在，微云内的备份计算节点成为新的微云计算节点，并使用备份的微云数据继续进行微云的管理和数据处理，同时，微云内重新投票选择新的备份计算节点。微云消失，车辆停止发送微云数据包，开始周期性发送Hello数据包。将微云取消、微云消失等具体的处理方法可以使用现有的多种方法。

在一个实施例中，微云成员节点车辆的管理的流程如图5所示。微云计算节点车辆通过与微云内其他成员车辆进行微云数据包的交互，对成员车辆信息表进行维护。当稳定邻近车辆表中有成员节点车辆信息被删除或添加，对应的车辆离开当前计算节点车辆的微云范围，在成员车辆信息表中也删除或添加该车辆信息。微云计算节点车辆存储一个申请加入车辆信息表，表结构与临时邻近车辆表相同，接收周围非微云成员车辆发送的Hello包，并用于邻近车辆信息的维护相同的方式，判断该车辆是否满足稳定条件，当非微云成员车辆满足稳定条件后，该车辆信息写入成员车辆信息表，并返回同意加入微云的ACK数据包(数据包字段在5.1节中介绍)。当微云计算节点车辆维护的稳定邻近车辆表中车辆数量不满足形成微云的密度时，微云计算节点车辆离开微云。

成员车辆表中涉及的字段包括：车辆ID、车辆能力、微云计算节点标记、备份计算节点标记。微云计算节点车辆通过周期性向备份计算节点发送的备份数据(包含成员车辆信息表、收集的成员车辆的传感信息、任务分配信息等)，完成微云内资源的动态迁移。当前微云计算节点车辆离开微云时后，备份计算节点车辆成为新的微云计算节点，继续完成对成员的维护以及对微云内任务的处理。

成员车辆信息表如下表9所示：

表9-成员车辆信息表

通过激励机制来鼓励车联网内的车辆主动成为计算节点，利用自身空余的计算能力及存储空间为微云内其他成员车辆提供服务。激励机制可以为通过向成为微云计算节点车俩，利用自身空余的计算能力及存储空间为其他成员车辆提供服务的车辆奖励积分来实现，积分可以用于向其他节点、智能设备等购买额外的服务。激励机制主要由三部分组成：车辆注册、积分获取以及用户安全。

微云内车辆间交换的数据包可分为两类：控制类数据包和任务类数据包。微云内的车辆之间通过传递交换任务类数据包(如周围道路情况等)进行协作，共同完成需要频繁处理、时延要求高的任务。微云内的车辆通过传递控制类数据包，完成对微云结构的管理，以及激励机制中对计算节点车辆的信息进行验证。

控制类数据包主要负责微云成员车辆之间的协调，对微云的结构进行管理，以及激励机制中对计算节点车辆的信息进行验证等，包括决定微云形成的Hello数据包、微云成员车辆竞选计算节点时发送的竞选数据包、以及微云成员节点使用自己的私钥进行签名，用于验证计算节点服务数据的证明信息数据包等。任务类数据包主要用于计算节点收集成员车辆采集的环境数据，以及与业务相关的数据交换或任务分配等。任务类数据包包括微云形成后交换的第一数据包。

在一个实施例中，微云计算节点的选择结合车辆能力、车辆是否自愿成为计算节点、以及车辆作为计算节点的历史信息。由于作为计算节点，会占用车辆自身的存储空间和计算资源，并且进行更多的数据处理、存储以及转发，会消耗更多能源，作为移动网关为其他车辆转发信息也会对车辆自身信息的收发产生干扰。为了防止没有车辆愿意作为计算节点，设置激励机制，通过向成为微云计算节点利用自身空余的计算能力及存储空间为其他车辆提供的服务发放车辆奖励积分来实现，积分可以用于向其他节点、智能设备等购买额外的服务。车辆ID、车辆能力、车辆是否自愿成为计算节点、以及车辆作为计算节点的历史信息等都是竞选数据包中的字段，微云内车辆根据这些字段决定计算节点的选择。

所有想要获取积分的车辆都需要在远程云端进行注册。为保护车辆的隐私，可以通过车辆的匿名性保证用户安全，车辆无需使用能给识别出真正身份的ID进行注册。例如，每辆车辆可以根据预定的算法生成自己的公钥私钥对，并采用自己公钥的hash值作为车辆本身的身份ID。

车辆注册时可采用非对称加密的方式，使用远程云端的公钥对注册信息(车辆ID，车辆公钥，车辆现有积分(新注册车辆为0)，车辆服务总时长(新注册车辆为0)，车辆作为计算节点服务过的成员节点总数(新注册车辆为0)，车辆作为计算节点的次数(新注册车辆为0)等)进行加密，并发送给远程远端。

远程云端使用自己的私钥对信息进行解密，并记录车辆信息，注册成功后，将注册成功消息使用该车辆公钥加密后发送回给该车辆。远程云端需要保留注册车辆的基本信息，至少包括：车辆ID，车辆公钥，车辆现有积分(新注册车辆为0)，车辆服务总时长(新注册车辆为0)，车辆作为计算节点服务过的成员节点总数(新注册车辆为0)，车辆作为计算节点的次数(新注册车辆为0)等。

计算节点车辆记录自己作为计算节点的次数、作为计算节点的服务总时长以及作为计算节点服务过的成员车辆总数，这三项是车辆作为计算节点的历史记录，在微云选择计算节点时发送给其他车辆作为选择依据之一。微云内成员车辆周期性向计算节点发送以自己的私钥进行签名的、证明计算节点车辆是计算(服务)节点的第一证明信息，第一证明信息包括：自己的车辆ID，计算节点车辆ID、当前时间、计算节点在竞争成为计算节点时提供服务的历史信息。本发明中的时间均假设通过某种时间同步技术或协议，如GPS,NTP等进行了同步。

车辆成为计算节点后要记录第二证明信息，第二证明信息包括：自己成为微云计算节点的时间、结束作为计算节点的时间、本次作为计算节点的服务时长、本次作为计算节点服务的车辆数目、本次作为计算节点服务过的每个成员车辆的ID以及每个成员车辆以自己的私钥进行签名的第一条以及最后一条证明信息，是计算节点车辆在结束作为计算节点后发送给远程云端申请奖励积分的证据。第二证明信息需要用计算节点车辆自己的私钥进行签名。

远程云端(远程云服务器)接收到计算节点发送的信息后，对计算节点的请求进行验证，进行的验证至少包括：首先使用密码管理系统中的成员车辆公钥对数据中成员车辆签名的数据进行验证，验证计算节点车辆在竞争成为计算节点时发送的历史信息是否属实，如果不属实，本次积分请求失效，如果历史信息属实，再通过每个成员节点的第一条以及最后一条验证信息的时间戳对计算节点车辆本次作为计算节点的服务时长、本次作为计算节点服务的车辆数目进行验证，如果通过验证，远程云端就会对该计算节点的历史信息和获得积分进行更新并存储，同时给该计算节点车辆发送积分获取成功信息。

图8为本发明的基于微云的车辆处理与交互方法的一个实施例中的车辆注册过程的流程示意图，如图8所示：

步骤201，车辆向远程云端(远程云服务器)发送注册信息，注册信息中携带的车辆信息包括：车辆ID，车辆公钥，车辆现有积分，车辆服务总时长，车辆作为计算节点服务过的成员节点总数和车辆作为计算节点的次数等。

例如，车辆可以使用远程云服务器提供的公钥对注册信息进行加密处理，对车辆ID使用车辆公钥进行加密处理等。

步骤202，远程云端对注册信息进行验证，如果通过验证，则存储车辆信息并将注册成功信息返回车辆。例如，远程云服务器可以使用与公钥相对应的私钥对加密后的注册信息进行解密处理。

图9为本发明的基于微云的车辆处理与交互方法的一个实施例中的积分获取的流程示意图，如图9所示：

步骤301，微云形成后微云内成员车辆向其他成员车辆发送竞选数据包，包括车辆ID、车辆是否自愿成为计算节点、车辆能力以及自身作为计算节点的历史信息，其中历史信息包括：作为计算节点的次数、作为计算节点的服务总时长以及作为计算节点的服务过的成员车辆总数等。

步骤302，微云内成员车辆第一次向计算节点发送第一证明信息，第一证明信息包括：该成员车辆ID，计算节点车辆ID、当前时间、计算节点竞选数据包中提供的车辆能力和历史信息等。

步骤303，微云内成员车辆第n次向计算节点发送第一证明信息。

步骤304，计算节点车辆在结束作为计算节点提供服务后，向远程云服务器发送第二证明信息，第二证明信息包括：成为微云计算节点的时间、结束作为计算节点的时间、本次作为计算节点的服务时长、本次作为计算节点服务的车辆数目、本次作为计算节点服务过的成员车辆ID以及所有成员车辆发送的第一个和最后一个第一证明信息等。

步骤305，远程云服务器对第二证明信息进行验证，如果通过验证，则对该计算节点的历史信息和获得积分进行更新并存储，同时给该计算节点车辆发送积分获取成功信息。

云端车辆信息表如下表10所示：

表10-云端车辆信息表

证明信息数据包的格式如下表11所示：

表11-证明信息数据包的格式表

积分请求数据包的格式如下表12所示：

表12-积分请求数据包的格式表

激励机制数据表(车辆自己存储激励机制信息)如下表13所示：

表13-激励机制数据表

积分请求成功ACK数据包的格式如下表14所示：

表14-积分请求成功ACK数据包的格式表

在一个实施例中，如图10所示，本发明的车联网信息处理与交互系统包括：车辆、微云41,42和远程云服务器，远程云服务器部署在远程云45内。车辆获得微云形成判决信息，基于微云形成判决信息判断是否形成微云；微云形成判决信息包括：周围车辆信息、特定场景信息、周围路况信息。在形成微云41,42后，微云41内的成员车辆411,412,413,414,415选出此微云内的计算节点车辆411。

计算节点车辆411接收到微云内的成员车辆412,413,414,415发送的第一数据，对第一数据进行处理并将处理结果发送给成员车辆412,413,414,415进行相应地调度，或者，计算节点411作为移动网关，将第一数据发送给远程云45，将远程云45发送的控制信息分发给成员车辆412,413,414,415。计算节点车辆421接收到微云内的成员车辆422,423发送的第一数据，对第一数据进行处理并将处理结果发送给成员车辆422,423行相应地调度，或者，计算节点421作为移动网关，将第一数据发送给远程云45，将远程云45发送的控制信息分发给成员车辆422,423。远程云服务器基于预设的激励机制对计算节点车辆411，421进行激励处理。

本发明的车联网信息处理与交互系统的架构由上至下分为四层：远程云控制层、数据处理及转发层、微云计算节点层以及边缘节点层。远程云控制层包括：远程云45，远程云45中部署有远程云服务器，远程云服务器包括：云数据处理中心服务器、云数据存储中心服务器等。计算节点车辆411,421形成微云计算节点层；成员车辆412,413,414,415,422,423和未形成微云的车辆431形成边缘节点层；微云计算节点层和边缘节点层通过数据处理及转发层与远程云服务器进行数据交互。

远程云控制层负责在远程云中进行大数据及复杂的数据处理和存储，全局分析并控制整个车联网，可以实现智能交通的控制和调度。远程云控制层的功能包括：1、对注册加入微云系统的车辆信息进行管理和验证；2、对业务相关数据的处理和存储(包括：例如微云系统车辆在遇到拥堵或事故情况发生时，会将拥堵或事故信息发送给远程云端，远程云端会收集存储车辆上传的道路拥堵及事故信息，进行大数据的分析处理，判断城市交通中拥堵和事故多发的路段及多发的时间，并标记拥堵和事故多发路段，车辆使用该数据作为是否形成微云的判断条件之一)。

数据处理及转发层由路边单元和基站441,442,443构成，负责部分数据处、存储和转发。未形成微云时，边缘节点层的车辆直接与数据处理及转发层进行数据交换，当微云形成后，大部分的数据转发发生在数据处理及转发层与计算节点车辆计算节点车辆411,421之间，微云内的其他成员车辆只有在请求和记录车辆作为计算节点的历史信息时与数据转发及处理层进行数据交换。数据处理及转发层中的基站及路边单元之间也会进行数据交换。

微云计算节点层中包括微云计算节点车辆(或者是由微云计算节点车辆构成)，微云中的计算节点车辆411,421在这一层进行数据的处理、存储及转发。计算节点车辆计算节点车辆411,421负责边缘节点层和数据处理及转发层之间的数据转发，并在转发过程中对接收到的数据进行一些简单的数据处理及存储。不同微云的计算节点之间也会交换数据，以获取更多更大范围的环境信息。

边缘节点层由未形成微云的车辆431以及微云的成员车辆412,413,414,415,422,423组成，每个车辆会周期性广播数据包并接受周围车辆的数据来更新周围车辆的信息用于微云的形成和维护。微云中每个成员车辆412,413,414,415,422,423收集到的环境信息以及数据请求都会发送给该微云的计算节点车辆411,421，由计算节点车辆411,421进行处理并转发给上层。

在一个实施例中，与环境相关的动态微云架构分为四层，每层中包含的网元分别为：远程云控制层：云数据处理中心、云数据存储中心；数据处理及转发层：基站、路边单元；微云计算节点层：车辆411,421(微云计算节点)；边缘节点层：车辆412,413,414,415,422,423(微云成员节点)、车辆431(未形成微云的车辆)。

云数据处理中心负责在远程云45中进行复杂的大数据收集及处理，用于车联网全局的应用，具有很强的数据处理能力，如对道路拥堵和事故发生地点和时间的收集与分析，为微云的形成提供条件提供判断依据。云数据存储中心负责在远程云45中对大数据以及数据分析的结果进行存储，具有很强的数据存储能力。基站及路边单元441,442,443主要负责远程云45和车辆之间的数据转发，同时基站与路边单元441,442,443之间也会进行数据交换。基站及路边单元441,442,443也会对从远程云45或车辆收到的数据进行简单的处理及存储，以减少冗余数据和重复请求对带宽的占用，同时也可以通过缓存数据减少部分请求的时延。

计算节点车辆计算节点车辆411,421主要负责收集成员车辆412,413,414,415,422,423的数据，进行分析并对成员车辆412,413,414,415,422,423进行调度，同时也会对成员车辆412,413,414,415,422,423的请求数据进行收集和处理，负责向远端进行数据请求并将接收到的数据分发给成员车辆412,413,414,415,422,423。不同微云的计算节点车辆411,421之间也会进行数据交换，以获取更多更大范围的环境信息。计算节点车辆计算节点车辆411,421也负责微云中部分数据的缓存，具有一定的数据存储能力。

微云成员节点车辆412,413,414,415,422,423负责将收集到的环境信息发送给微云计算节点411,421，以使成员车辆412,413,414,415,422,423能够获得更大范围的环境信息用于决策。成员节点车辆412,413,414,415,422,423的数据请求也会发送给计算节点车辆411,421，由计算节点车辆411,421处理后向云端进行请求。未形成微云的车辆431直接与数据处理及转发层进行数据交换，来向云端发送和接收数据。

上述实施例中的基于微云的车辆处理与交互的方法和车联网信息处理与交互系统，能够形成动态微云并维护，微云计算节点的选择结合了激励机制、车辆能力、车辆是否自愿成为计算节点、以及车辆作为计算节点的历史信息，通过激励机制在鼓励车辆贡献空余资源的同时保证安全性；微云中计算节点的选择还结合了车辆作为计算节点的历史信息；通过车辆节点之间的数据交互，车辆直接根据周围路况及环境动态形成微云并对微云进行维护，由微云内车辆节点选出的计算节点进行数据处理、微云内处理任务的分配、微云间的通信以及微云内数据的上传和分发，使无人驾驶车辆可以针对更加复杂的路况进行更快的处理并作出判断，为无人驾驶车辆提供更可靠的服务；提供激励机制，激励车联网内的车辆主动成为微云计算节点，为微云内成员车辆提供服务；能够根据周围车辆的密度以及环境，动态决定微云的形成和维护；计算节点车辆除了具有数据转发的功能，同时还可以进行数据处理或是把数据处理分配给微云成员完成，能够降低数据传输的时延；通过设计的激励机制，对车辆作为计算节点的历史记录进行安全的验证，并可靠的存储，作为车辆选择计算节点的依据之一；车辆通过广播Hello包形成微云并通过数据包进行实时的数据交换，而不是由云端选择网关服务者，进行一跳范围的数据传输。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。