一種城市道路網(wǎng)絡(luò)中面向信息收集時(shí)延保障的rsu布置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施布局規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種城市道路網(wǎng)絡(luò)中 面向信息收集時(shí)延保障的RSU布置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 實(shí)時(shí)性是基于車載自組織網(wǎng)絡(luò)VANET(Vehicularadhocnetwork)的導(dǎo)航系統(tǒng)的 一項(xiàng)重要服務(wù)質(zhì)量Q〇S(Qualityofservice)指標(biāo)。在實(shí)時(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)中，導(dǎo)航算法的計(jì)算 時(shí)間被認(rèn)為是導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)延的主要來源之一，因此設(shè)計(jì)低復(fù)雜度的導(dǎo)航算法是一種確保系 統(tǒng)實(shí)時(shí)性的有效手段。而事實(shí)上，作為導(dǎo)航算法的數(shù)據(jù)來源，路況信息（如車輛個(gè)數(shù)、車輛 位置等）的收集時(shí)間同樣不可忽略。路況信息收集的不及時(shí)，一方面會(huì)耽誤導(dǎo)航算法的實(shí) 施；另一方面，則可能會(huì)造成車輛狀態(tài)與導(dǎo)航結(jié)果不匹配，如車輛在路由決策之前已經(jīng)移動(dòng) 到了其他的路段。
[0003] 對(duì)于利用路邊通信設(shè)施RSU(Road-SideUnit)的實(shí)時(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)，信息收集時(shí) 延主要取決于車輛與RSU之間的信息傳輸時(shí)延。如文獻(xiàn)"NAVOPT:Navigatorassisted vehicularrouteoptimizer"（作者W.Kim和M.Gerla,發(fā)表于IEEEConferenceon InnovativeMobileandInternetServicesinUbiquitousComputing,Seoul,July 2011)中，道路狀況信息是由車輛感知，并通過RSU傳遞給有線連接的中心服務(wù)器，再由服 務(wù)器為所有車輛提供路由決策。專利"一種車輛自組織網(wǎng)絡(luò)中基于RSU的分布式實(shí)時(shí)導(dǎo) 航方法"（發(fā)明人單杭冠等，專利申請(qǐng)?zhí)?01510007743.6)中，分散布置在城市道路網(wǎng)絡(luò) 中不同位置的RSU收集各自管轄區(qū)域的路況信息，并為區(qū)域內(nèi)的所有車輛選擇行駛時(shí)延 最小的路徑。專利"Roadsidenetworkunitandmethodoforganizing,managingand maintaininglocalnetworkusinglocalpeergroupsasnetworkgroups"（發(fā)明人 TaekJinKwon等，美國專利20080095134A1)中，RSU與局部區(qū)域的移動(dòng)車輛組成簇，簇中 所有車輛通過RSU連接到因特網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸。
[0004] RSU可以布置在道路網(wǎng)絡(luò)中的任意位置，一般情況下布置在十字路口上，而城市網(wǎng) 絡(luò)中的十字路口個(gè)數(shù)遠(yuǎn)大于所需布置的RSU數(shù)目，因此在給定RSU數(shù)目的前提下，存在著 大量的RSU布置方案。然而在不同的RSU布置方案下，每個(gè)RSU的覆蓋范圍以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 的信息傳輸時(shí)延分布均會(huì)不同。常規(guī)的RSU布置方法為均勻布置和熱點(diǎn)布置，這兩種RSU 布置方法雖然分別具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載均衡的優(yōu)點(diǎn)，但是不能準(zhǔn)確控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 的通信性能，如文獻(xiàn)"Roadsideunitdeployment:Adensity-basedapproach"（作者 J.Barrachina等，發(fā)表于IEEEIntelligentTransportationSystemsMagazine,vol. 5, no. 3,pp. 30-39, 2013)中所介紹?，F(xiàn)有許多研宄通過控制通信性能來布置RSU，但是考慮的 因素并非時(shí)延因素，因此并不能用于保障導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，如文獻(xiàn)"RSUplacement optimizationinvehicularparticipatorysensingnetworks"（作者T.Kumrai等，發(fā) 表于IEEEConferenceonComputerCommunicationsWorkshops,Toronto,April2014) 中研宄了RSU布置方案對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的影響，以及文獻(xiàn)"Acost-effectivestrategyfor road-sideunitplacementinvehicularnetworks"（作者T.J.Wu等，發(fā)表于IEEE TransactionsonCommunications，vol.60，no.8，pp. 2295-2303,June2012)提出 了網(wǎng)絡(luò) 容量最大化的RSU布置方法。與上述研宄不同，文獻(xiàn)"Optimalroadsideunitsplacement inurbanareasforvehicularNetworks"（作者B.Aslam等，發(fā)表于IEEESymposiumon ComputersandCommunications,Cappadocia,July2012)在布置RSU過程中為確保RSU和 車輛之間信息的及時(shí)交互，考慮了信息傳輸時(shí)延因素，但是這類研宄并沒有考慮鏈路層協(xié) 議實(shí)施對(duì)時(shí)延的影響，并不能適用于真實(shí)的車輛自組織網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種城市道路網(wǎng)絡(luò)中面向信 息收集時(shí)延保障的RSU布置方法，能夠考慮鏈路層協(xié)議的影響，對(duì)RSU的位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，使 得在全網(wǎng)最大時(shí)延最小化的情況下，保證路況信息的及時(shí)可靠傳輸。
[0006] 一種城市道路網(wǎng)絡(luò)中面向信息收集時(shí)延保障的RSU布置方法，包括如下步驟：
[0007] (1)獲取城市道路網(wǎng)絡(luò)中關(guān)于各路段長度以及車輛密度的信息，用以確定出每條 路段的信息傳輸時(shí)延；
[0008] (2)在每條路段上以固定間距布置若干個(gè)測(cè)試點(diǎn)，并記錄測(cè)試點(diǎn)的位置；
[0009] (3)根據(jù)路段的信息傳輸時(shí)延以及測(cè)試點(diǎn)的位置，計(jì)算出城市道路網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)測(cè) 試點(diǎn)到各十字路口的最短路徑時(shí)延；
[0010] (4)根據(jù)每個(gè)測(cè)試點(diǎn)到各十字路口的最短路徑時(shí)延，以全網(wǎng)最大時(shí)延最小化為目 標(biāo)建立如下優(yōu)化模型：
[0011]
[0012]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種城市道路網(wǎng)絡(luò)中面向信息收集時(shí)延保障的RSU布置方法，包括如下步驟： (1) 獲取城市道路網(wǎng)絡(luò)中關(guān)于各路段長度以及車輛密度的信息，用以確定出每條路段 的信息傳輸時(shí)延； (2) 在每條路段上以固定間距布置若干個(gè)測(cè)試點(diǎn)，并記錄測(cè)試點(diǎn)的位置； (3) 根據(jù)路段的信息傳輸時(shí)延以及測(cè)試點(diǎn)的位置，計(jì)算出城市道路網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)測(cè)試點(diǎn) 到各十字路口的最短路徑時(shí)延； (4) 根據(jù)每個(gè)測(cè)試點(diǎn)到各十字路口的最短路徑時(shí)延，以全網(wǎng)最大時(shí)延最小化為目標(biāo)建 立如下優(yōu)化模型：
as，k< P k Pke {〇, 1丨 as，ke {〇, 1} 其中：P表示任一種RSU的布置方案，其為K維向量，pk為向量p中第k個(gè)元素值，pk = O表示第k個(gè)十字路口未布置RSU，pk= 1表示第k個(gè)十字路口布置RSU ;K為城市道路網(wǎng)絡(luò) 中十字路口的總個(gè)數(shù)；I為城市道路網(wǎng)絡(luò)中所有十字路口構(gòu)成的集合；as:k表示第s個(gè)測(cè) 試點(diǎn)與處于第k個(gè)十字路口的RSU之間的歸屬關(guān)系，a s，k= O表示第s個(gè)測(cè)試點(diǎn)非歸屬處于 第k個(gè)十字路口的RSU，as，k= 1表示第s個(gè)測(cè)試點(diǎn)歸屬處于第k個(gè)十字路口的RSU ; 5為 城市道路網(wǎng)絡(luò)中所有測(cè)試點(diǎn)構(gòu)成的集合；Kksu為城市道路網(wǎng)絡(luò)中預(yù)設(shè)的RSU布置個(gè)數(shù)；D Sik 為第s個(gè)測(cè)試點(diǎn)到第k個(gè)十字路口的最短路徑時(shí)延； (5) 對(duì)上述優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到RSU最優(yōu)的布置方案p。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RSU布置方法，其特征在于：所述的步驟（1)中采用現(xiàn)有車 輛之間考慮鏈路層協(xié)議影響的通信模型，計(jì)算確定出每條路段的信息傳輸時(shí)延。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RSU布置方法，其特征在于：所述的步驟（3)中采用Dijkstra 最短路由算法計(jì)算城市道路網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)測(cè)試點(diǎn)到各十字路口的最短路徑時(shí)延。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RSU布置方法，其特征在于：對(duì)于任一測(cè)試點(diǎn)，取其到各RSU 所處十字路口的最短路徑時(shí)延中的最小值所對(duì)應(yīng)的RSU，則定義該測(cè)試點(diǎn)歸屬于該RSU。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RSU布置方法，其特征在于：所述的步驟（4)中以全網(wǎng)最大 時(shí)延最小化為目標(biāo)建立優(yōu)化模型的理念為：對(duì)于任一種RSU布置方案，確定每個(gè)測(cè)試點(diǎn)到 自身所歸屬的RSU所處十字路口的最短路徑時(shí)延，取最大值作為該布置方案的全網(wǎng)時(shí)延評(píng) 價(jià)指標(biāo)，遍歷所有布置方案，取對(duì)應(yīng)全網(wǎng)時(shí)延評(píng)價(jià)指標(biāo)最小的布置方案為RSU最優(yōu)的布置 方案。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RSU布置方法，其特征在于：所述的步驟（5)中采用VNS算 法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到RSU最優(yōu)的布置方案p。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種城市道路網(wǎng)絡(luò)中面向信息收集時(shí)延保障的RSU布置方法，其通過合理建模，利用數(shù)目一定的RSU來實(shí)現(xiàn)最大車輛信息傳輸時(shí)延最小化的目的；本發(fā)明針對(duì)所建立的優(yōu)化模型與p中值問題的相似性，在現(xiàn)有VNS方法的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，通過在不同鄰域上的有效搜索，能快速準(zhǔn)確地找到問題的近似最優(yōu)解。本發(fā)明方法性能上總是好于工程上常規(guī)使用的均勻布置算法，尤其當(dāng)網(wǎng)路中各路段密度差異較大時(shí)。另外，相比于整型規(guī)劃中常用的窮舉法，本發(fā)明提出的方法也實(shí)現(xiàn)了在不增加最大時(shí)延性能的基礎(chǔ)上顯著降低計(jì)算復(fù)雜度的目的。
【IPC分類】H04W16-18
【公開號(hào)】CN104735683
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510130370
【發(fā)明人】單杭冠, 何婷婷, 黃愛蘋
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月24日