4中服務(wù)器的負(fù)載 和故障狀態(tài)。響應(yīng)于過(guò)載或服務(wù)器故障，主服務(wù)器116可使新的服務(wù)器上線，可改變將電話 ID映射到車輛預(yù)測(cè)層112中的服務(wù)器的散列函數(shù)，并可調(diào)整網(wǎng)格到空間存儲(chǔ)層114中的服 務(wù)器的映射。
[0033] 在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，維護(hù)架構(gòu)的主服務(wù)器116角色由帕克西（Paxos)環(huán)形式的針對(duì)故 障和負(fù)載來(lái)調(diào)整服務(wù)108架構(gòu)的相對(duì)少量的服務(wù)器來(lái)執(zhí)行。主服務(wù)器116(在運(yùn)個(gè)示例中實(shí) 際上是諸服務(wù)器）經(jīng)由主服務(wù)器116推送到其他服務(wù)器的標(biāo)記查找樹（W下描述）來(lái)控制 從網(wǎng)格到服務(wù)器的映射。主服務(wù)器116還確定車輛ID如何通過(guò)將車輛映射到桶化UCket) (其極少改變）的散列函數(shù)W及將桶分派到服務(wù)器的函數(shù)被映射到預(yù)測(cè)層112處的服務(wù)器。 其他服務(wù)器每100毫秒一次地與主服務(wù)器116交換屯、跳。=個(gè)連續(xù)缺失的屯、跳被認(rèn)為是服 務(wù)器故障的跡象。當(dāng)空間存儲(chǔ)（或預(yù)測(cè)層）中的服務(wù)器故障時(shí)，主服務(wù)器通過(guò)推送經(jīng)更新 的標(biāo)記查找樹（或桶到服務(wù)器的映射）來(lái)將其網(wǎng)格（或桶）分派到其他服務(wù)器?？臻g存儲(chǔ) 中的內(nèi)容不被復(fù)制，運(yùn)是因?yàn)樾碌母聦⒃?00毫秒內(nèi)從電話應(yīng)用到達(dá)。
[0034] 車輛預(yù)測(cè)層112具有在較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間上收集的針對(duì)車輛的狀態(tài)。每個(gè)桶由此也 被分派備份服務(wù)器，并且車輛狀態(tài)針對(duì)備份服務(wù)器的每10秒一次地來(lái)被設(shè)置檢查點(diǎn)。從協(xié) 助應(yīng)用中檢索自最近檢查點(diǎn)W來(lái)的數(shù)據(jù)。在單個(gè)服務(wù)器故障后預(yù)期的不可用時(shí)間段為大約 500毫秒，其對(duì)于協(xié)助技術(shù)而言是可接受的。注意，過(guò)載是更加常見(jiàn)的，并且服務(wù)108處理它 而通過(guò)將過(guò)載作為非致命故障來(lái)處理而無(wú)需停機(jī)；如在故障的情況下查找樹（或桶到服務(wù) 器的映射）被改變，但是先前負(fù)責(zé)的服務(wù)器的身份在改變后保留一會(huì)W促進(jìn)對(duì)過(guò)往數(shù)據(jù)的 訪問(wèn)。
[0035] 車輛預(yù)測(cè)層112中的服務(wù)器預(yù)測(cè)車輛在接收到的時(shí)間W及來(lái)自該車輛的下一更 新被預(yù)期的時(shí)間之間的未來(lái)狀態(tài)。車輛的預(yù)測(cè)的軌跡被存儲(chǔ)為時(shí)間的函數(shù)。例如，基于來(lái) 自移動(dòng)設(shè)備102的更新，車輛預(yù)測(cè)層112可將車輛的預(yù)測(cè)的軌跡計(jì)算為：
[0036]
扣
[0037] 其中x、y是車輛的報(bào)告的位置，S是其速度，a是加速度，0是航向（course)并且 丫是偏航，即航向中的側(cè)向改變。注意，X對(duì)應(yīng)于締度，y對(duì)應(yīng)于經(jīng)度，航向值從正北順時(shí)針 方向計(jì)數(shù)，并且車輛的偏航指示在其航向中改變的速率。此外，注意，移動(dòng)設(shè)備可做出該計(jì) 算（或其一部分）并將結(jié)果上傳到預(yù)測(cè)層112。
[0038] 協(xié)助應(yīng)用106獲得來(lái)自傳感器集合224的數(shù)據(jù)，包括來(lái)自移動(dòng)設(shè)備的傳感器GPS 讀數(shù)的位置、速度和航向、來(lái)自設(shè)備的加速計(jì)的加速度W及來(lái)自巧螺儀的偏航。移動(dòng)設(shè)備 102的位置、速度和航向與車輛104的位置、速度和航向是相同的。然而，如果設(shè)備相對(duì)于車 輛也是移動(dòng)的（諸如不被安裝的智能電話），則加速計(jì)和巧螺儀讀數(shù)將設(shè)備（例如，智能電 話202)作為它們的參照系并需要被轉(zhuǎn)換。例如，如果駕駛員將電話握為屏幕面對(duì)他或她， 并且用握著電話的手指向車輛前進(jìn)的方向，則車輛沿著路的加速度對(duì)應(yīng)于沿著電話的Z軸 的加速計(jì)讀數(shù)。協(xié)助應(yīng)用106使用校準(zhǔn)來(lái)做出運(yùn)個(gè)糾正；在理論中，運(yùn)樣的校準(zhǔn)會(huì)是困難 的，因?yàn)橹灰娫捪鄬?duì)于車輛移動(dòng)，校準(zhǔn)就必須被重做。實(shí)踐中，在不給定任何特定方向的 情況下，駕駛員（至少在一個(gè)數(shù)據(jù)集中）趨向于將電話保持穩(wěn)定，例如在比如所觀察到的駕 駛時(shí)間的絕大多數(shù)時(shí)間中保持在杯架、太陽(yáng)鏡架或口袋中，并且由此校準(zhǔn)執(zhí)行是合理的。
[0039] 協(xié)助應(yīng)用106可通過(guò)使用已知的道路路段信息來(lái)將汽車基于當(dāng)前和先前的讀數(shù) 實(shí)時(shí)地放置在最可能的道路上W通過(guò)地圖匹配來(lái)補(bǔ)償位置、速度和航向方面的誤差。協(xié)助 應(yīng)用106可使用來(lái)自同一用戶的先前的行程數(shù)據(jù)（當(dāng)可用時(shí)）W及預(yù)期的交通模式來(lái)預(yù)測(cè) 用戶是否可能沿著相同的道路繼續(xù)或他或她將轉(zhuǎn)向哪條路。注意，彎曲的道路可被等式（1) 用合適的偏航量來(lái)處理；然而，替代于偏航（或與偏航組合），可使用對(duì)轉(zhuǎn)向進(jìn)行建模的分 段函數(shù)。
[0040] 如W上描述的，車輛預(yù)測(cè)層112將預(yù)測(cè)的軌跡計(jì)算（或被提供計(jì)算結(jié)果）并存儲(chǔ) 為時(shí)間的函數(shù)。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，正被監(jiān)視的地理區(qū)域被劃分為具有可變大小的網(wǎng)格并且每 個(gè)網(wǎng)格被分派空間存儲(chǔ)114中的服務(wù)器中的一個(gè)。在計(jì)算或接收車輛的預(yù)測(cè)的軌跡之際， 車輛預(yù)測(cè)層112中的服務(wù)器基于該預(yù)測(cè)在其下一更新之前將該信息轉(zhuǎn)發(fā)到車輛104將通過(guò) 的任何可能的網(wǎng)格（被服務(wù)器表示）。作為結(jié)果，對(duì)應(yīng)于網(wǎng)格的服務(wù)器在來(lái)自車輛的下一預(yù) 期的更新之前知曉當(dāng)前在該網(wǎng)格中的車輛或可能馬上在網(wǎng)格中的車輛。該信息被保留在存 儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。
[0041] 注意，網(wǎng)格服務(wù)器知曉它的網(wǎng)格中的車輛或可能進(jìn)入它的網(wǎng)格的車輛，并且該信 息可被用于減少計(jì)算和通信資源。例如，在正常到嚴(yán)重交通情況下，車輛的移動(dòng)設(shè)備可每 100毫秒上傳其位置信息；在較輕交通情況下，車輛的移動(dòng)設(shè)備可被指令較不頻繁地（例 如，每200毫秒）上傳。運(yùn)個(gè)頻率可按需改變；然而，當(dāng)被減少時(shí)，所需資源中的減少可允許 資源到更嚴(yán)重交通位置的重新分派。
[0042] 如本文中描述的，在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，服務(wù)108使用空間分區(qū)來(lái)跨服務(wù)器劃分工作。通 過(guò)將附近的數(shù)據(jù)保存在相同服務(wù)器上的存儲(chǔ)器內(nèi)（in-memory)，服務(wù)108將查詢保持在服 務(wù)器本地，從而實(shí)現(xiàn)低的等待時(shí)間，同時(shí)允許許多查詢并行地運(yùn)行，由此實(shí)現(xiàn)高的吞吐量。 注意，車輛的密度通常是高度偏態(tài)的，例如，空間的大部分僅具有低的密度，而覆蓋主干道 或交叉路口的區(qū)域具有大得多的密度。區(qū)域中的負(fù)載還可在高峰時(shí)間、施工和事故期間改 變。
[0043] 網(wǎng)格不需要是正方形、長(zhǎng)方形、（例如，六邊形是可行的）或甚至對(duì)稱或棋盤格 的，但是一般對(duì)應(yīng)于被云服務(wù)108覆蓋的區(qū)域（包括道路區(qū)域）。由此，如本文中使用的， "網(wǎng)格"指代任意覆蓋區(qū)域。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，服務(wù)1〇8(例如，主服務(wù)器116)將空間劃分成 具有大致平均負(fù)載的正方形網(wǎng)格中。為此，服務(wù)108遞歸地將具有太多負(fù)載的網(wǎng)格進(jìn)行 細(xì)分并折疊具有過(guò)少負(fù)載的網(wǎng)格。為了高效地運(yùn)么做，服務(wù)標(biāo)識(shí)大小變化的地理區(qū)域并 快速地確定哪個(gè)服務(wù)器負(fù)責(zé)任一位置。為此，在一個(gè)實(shí)施例中的服務(wù)108使用標(biāo)準(zhǔn)軍事 網(wǎng)格參考系（MGRS)。在運(yùn)個(gè)方案中，諸如15TTF58435 76808之類的值表示地球上的具 體Im(米）XIm(米）的位置；數(shù)字后綴包括兩個(gè)大小相同的被知曉為東向和北向的部分 (該值中的每個(gè)方向5個(gè)數(shù)字）。字母數(shù)字前綴15TTF唯一地標(biāo)識(shí)地球表面上IOOKm(公 里）XlOOKm(公里）的區(qū)域。遞歸地，運(yùn)個(gè)區(qū)域可被劃分成10X10個(gè)更小的區(qū)域并且一 數(shù)字對(duì)標(biāo)識(shí)特定的更小區(qū)域的東向、北向位置。目P，在W上示例中，15TTF57、15TTF5876、 15TTF584768 表示包括W上點(diǎn)的IOKmXIOKmUKmX化mW及IOOmXIOOm的區(qū)域。MGRS使 得服務(wù)108W分層的方式唯一地標(biāo)識(shí)大小不同的區(qū)域。 W44] 為了確定哪個(gè)服務(wù)器對(duì)一位置負(fù)責(zé)，服務(wù)108對(duì)該位置的MGRS標(biāo)記使用最長(zhǎng)前綴 匹配。一說(shuō)明性示例被顯示在圖3A和3B中。圖3A顯示了遞歸地將空間分區(qū)成網(wǎng)格的示 例。在每一個(gè)級(jí)別，空間被劃分成四個(gè)相等的象限并從左上W順時(shí)針?lè)较蛴?jì)數(shù)標(biāo)記為0-3。
[0045] 圖3A中的實(shí)線表示具有兩條道路的區(qū)域；道路的粗度對(duì)應(yīng)于平均車輛密度。圖 3A還顯示了服務(wù)108可如何分區(qū)運(yùn)個(gè)空間。較粗的北向東道路的較高的密度產(chǎn)生對(duì)空間 的1/16的劃分，而在西部邊界上的較細(xì)的道路入口可僅用1/4的劃分來(lái)處理；忙碌的交叉 道使用1/64的劃分。
[0046] 圖3B顯示了服務(wù)108如何使用最長(zhǎng)前綴匹配來(lái)將位置映射到服務(wù)器的樹表示。樹 中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有與其相關(guān)聯(lián)的服務(wù)器。存在對(duì)應(yīng)于粗道路行經(jīng)的1/16大小網(wǎng)格中的 每一個(gè)的四個(gè)服務(wù)器，并且每一個(gè)服務(wù)器針對(duì)瘦道路和忙碌的交叉路口。沒(méi)有被展開(kāi)的網(wǎng) 格用虛線邊來(lái)示出。為了查找標(biāo)記，過(guò)程在根部處開(kāi)始并沿著標(biāo)記中具有字符的邊直到它 不能再進(jìn)一步，從而找到對(duì)包括運(yùn)個(gè)位置的最小網(wǎng)格負(fù)責(zé)的服務(wù)器。
[0047] 注意，執(zhí)行最長(zhǎng)前綴匹配的時(shí)間復(fù)雜度是0(標(biāo)記的長(zhǎng)度），其在區(qū)域中是對(duì)數(shù)的， 但是對(duì)于所有實(shí)際目的是不變的（在MGRS的情況下是15)。并且，服務(wù)108運(yùn)行每網(wǎng)格查 詢，而非運(yùn)行在車輛靠近邊界時(shí)變得復(fù)雜的每車輛查詢。預(yù)測(cè)層112將車輛信息轉(zhuǎn)發(fā)到車 輛可能通過(guò)的網(wǎng)格中的每一個(gè)。服務(wù)108不需要使用最精細(xì)的粒度，例如，服務(wù)可在一個(gè) 實(shí)現(xiàn)中IOmXIOm用作最精細(xì)粒度，例如，運(yùn)是因?yàn)閼?yīng)用106每100毫秒發(fā)送更新，W低于 lOOm/s(米/秒）或223mph(英里每小時(shí)）行進(jìn)的車輛很少在更新之間通過(guò)多于兩個(gè)的網(wǎng) 格。最終，最長(zhǎng)前綴匹配允許服務(wù)器對(duì)其區(qū)域內(nèi)不夠足夠密度來(lái)要求它們自己的服務(wù)器的 較小區(qū)域中的任意服務(wù)器進(jìn)行負(fù)責(zé)。運(yùn)導(dǎo)致了對(duì)工作更緊湊的劃分。在W上示例中，服務(wù) 108必須僅對(duì)7個(gè)網(wǎng)格分派服務(wù)器；稀疏區(qū)域中的多個(gè)（例如，圖3A中標(biāo)記為0、11、12、22 和23)被根節(jié)點(diǎn)處理。
[0048] 轉(zhuǎn)向支持對(duì)連續(xù)數(shù)據(jù)的查詢，服務(wù)108按每網(wǎng)格執(zhí)行查詢，運(yùn)些查詢對(duì)車輛的預(yù) 測(cè)的位置執(zhí)行連續(xù)數(shù)學(xué)運(yùn)算。例如，對(duì)網(wǎng)格中的碰撞的檢查轉(zhuǎn)換為： W例 3車輛VI，v2,時(shí)間t*使得
（2)
[0050] 其中k是來(lái)自等式（1)的位置函數(shù)，e是某個(gè)小的距離值并且減法運(yùn)算計(jì)算兩個(gè) 位置之間的歐幾里得距離。通過(guò)運(yùn)個(gè)等式，服務(wù)108檢查網(wǎng)格中的兩個(gè)車輛是否在某個(gè)時(shí) 間相互非常接近。
[0051] 對(duì)車輛是否處于車道（包括車道或路邊）偏離狀態(tài)的相應(yīng)檢查是： 陽(yáng)化引 3車輛V，時(shí)間t*，使得min(Xv(t*)-左邊>d，
[0053] 八min(Ly(t*)-右邊>d做
[0054] 其中車道/道路的邊被表示為曲線并且d是在邊上可接受的漂移的最大量。運(yùn)個(gè) 等式檢查車輛與車道/道路的兩個(gè)邊之間的最短距離大于d，運(yùn)僅在車輛漂移出一邊時(shí)發(fā) 生。 陽(yáng)化5] 服務(wù)108將運(yùn)些不等式求解為如下。等式（2)想要兩個(gè)車輛位置之間的歐幾里 得距離小于￡。運(yùn)僅在和1?…躬兩者均小于e的情況下發(fā)生；其中Xy、y、表 示位置心的X和y坐標(biāo)。從等式（1)中注意到，如果偏航（