车联网中路侧单元部署策略研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shiguangli010
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车联网是运动节点为车辆的移动自组织网络。车辆的高速移动性不可避免地会带来网络拓扑快速变化、通信链路不稳定的问题,向车联网内引入路侧单元是一种有效的解决方案。路侧单元是类似蜂窝基站的一类通信基础设施,通常被部署在十字路口或者路段中部的两侧。路侧单元既能够作为中继节点为车与车通信提供协助,又能独立地作为互联网接入点向网内车辆提供资源,这使得车联网能很好地支持道路安全、交通管理、车载娱乐等应用。根据路侧单元之间的通信方式,路侧单元分为有线路侧单元和无线路侧单元两类。有线路侧单元在诸多方面的性能要优于无线路侧单元,如更大的通信容量、更广的通信覆盖半径等。?ρ2ρ1准则是一种用于评判路侧单元部署方案所能提供V2I连接质量的标准,部署尽量少的路侧单元达到?ρ2ρ1准则称为?部署问题。本文针对局部事故多发区域和城市规模地图两种场景分别提出了有效的路侧单元部署策略。有线路侧单元的性能特征使得它更适合被部署在城市的事故多发区域,然而目前少有工作研究在局部区域部署有线路侧单元,并且有线路侧单元引入的线缆部署开销也容易被忽略。因此,本文首先探讨了在局部事故多发区域部署有线路侧单元的策略。为了保证部署方案的经济性和可靠性,我们将最小化路侧单元及线缆部署成本作为优化目标,同时要求部署方案达到网络覆盖率门限值。为了解决该优化问题,我们提出了一种基于平面加权无向图的双层嵌套遗传算法TLEGA。TLEGA由内外两层遗传算子嵌套而成,内层GA负责搜索与外层代表路侧单元部署位置的节点个体匹配的最优边个体,而外层GA的适应度计算对象是边个体与节点个体合成的完全个体,因此TLEGA在不同的成本比和网络覆盖率条件下都具备全局寻优能力,能够有效解决有线路侧单元部署问题。传统的?部署问题仅仅关注根据历史车流数据来实现?ρ2ρ1部署,忽略了实际生活中车流情况随时间推移而变化的情形。因此,本文研究了在栅格化城市地图中部署虚拟路侧单元。在传统?部署问题单目标0-1整数规划模型的基础上,我们构建了实时?部署问题的多目标0-1整数规划模型,并提出了基于协同过滤的实时部署策略CFBRDS解决该优化问题。CFBRDS根据每个时段内所有车辆的时路信息(行驶路径和时间)进行相似度计算,并结合车辆的方向和速度对下一时段的时路信息进行预测,产生新的部署方案,实时更新路侧单元的开关状态,从而弥补了传统部署策略中路侧单元提供的V2I连接不稳定的缺陷。通过搭建实验仿真平台和进行一系列的仿真实验,本文验证了TLEGA和CFBRDS两种路侧单元部署策略的有效性。首先,TLEGA能够在不同成本比和覆盖率条件下,在有限次内运行后得到最优部署方案,反映了算法的稳定性;从成本和V2I传输时延角度考虑,本文论证了在事故多发区域部署有线路侧单元比部署无线路侧单元更有优势。其次,相比于静态部署策略SDS和半动态部署算法SDDS,CFBRDS在每个时段都能达到更大的真实ρ2值,反映了准确预测带来的实时性优点。
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