CN107528790B - 一种缓解公交网络拥塞的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复杂网络领域，提供了一种缓解公交网络拥塞的方法。方法针对网络节点信息的获取存在时间延迟，通过采用改变节点包先进先出的传统处理过程，解决时间延迟造成网络拥塞的问题。在改变节点的处理过程后，有明显缓解网络拥塞程度的效果，在交通网络这一背景下，改变节点的传统处理过程具有相当的适用价值。对于城市公交网络，有重要应用价值。

Description

一种缓解公交网络拥塞的方法
技术领域
本发明属于复杂网络领域，涉及一种缓解公交网络拥塞的方法。
背景技术
随着经济的发展和城市化进程的加快，城市机动车拥有量急剧增加，交通拥挤越来越严重，并且交通网络中的节点信息的获取存在着时间延迟，因此如何缓解时间延迟对路由策略的影响十分重要。本方法通过改变节点的传统处理过程来缓解时间延迟对网络拥塞的影响。
当前人们选择出行到达目的地的时候，他们一般考虑一下因素：(1)最短路径。即从出发点到终点距离最近，这种方案简单方便，但是没有考虑途经站点的等待人数和站点的处理能力的动态状况。在高峰时期很容易导致整个交通网络因为拥塞瘫痪，乘客不得不耗费大量的时间处于等待状态。(2)局部路由策略。这个策略由王丹的博士论文《复杂网络拥塞分析与路由策略研究》有提出。他们在最短路径的基础上考虑了下一跳站点的等待人数和站点的处理能力的动态状况，即考虑α倍的最短路径和(1-α)倍的下一跳站点的等待人数站点的处理能力比值，能让二者之和最小的站点就是转乘的站点。该策略忽略了全局的拥塞状态(从起点到终点途经的所有站点的等待人数和站点的处理能力的动态状况)，仅仅考虑下一跳节点的拥塞状态。同时由于现实乘客在出发点想要获得下一站站点的人数存在一定的时间延迟，即等到用户得到下一站站点的人数的时候，下一站站点已经发生了一些变动，这本质就是因为客观事实的不可避免性，所有如何减少时间延迟对乘客对路径规划的不准确行显得至关重要。现有的方法不能很好的解决以上问题。
综上所述，当前使用的方法没有充分的考虑全局拥塞信息。因此提出了用全局拥塞感知的代价函数计算包传递的代价从而解决上述问题的不足。
发明内容
为了解决时间延迟对网络拥塞产生的不良影响，针对网络中时间延迟造成的拥塞，本发明提供了一种缓解公交网络拥塞的方法。通过采用改变节点包先进先出的传统处理过程，解决时间延迟造成网络拥塞的问题。在交通网络这一背景下，改变节点的传统处理过程具有相当的适用价值。
本发明的技术方案为，一种缓解公交网络拥塞的方法，包括如下步骤：
步骤一：选取公交网络，获得带有时延的情况下节点拥塞信息
Figure GDA0002533225690000021
Figure GDA0002533225690000022
为带有时延情况下节点i对邻居节点k到目的节点j最短路径上整体拥塞程度的感知函数。
Figure GDA0002533225690000023
其中Qx(t-Δt(Lix))表示节点x在时间t-Δt(Lix)时在排队队列中等待投递的包总数，Δt(Lix)表示节点i感知节点x的拥塞程度的延迟，
Δt(Lix)＝β*Lix,β＞0 (2)
当t-Δt(Lix)＜0时，定义Qx(t-Δt(Lix))＝Qx(0)。其中β为控制节点拥塞信息感知的时延的可调参数。当β＞0时，节点间拥塞信息感知的时延与节点间最短距离呈正相关，β越大，节点间拥塞信息感知的时延越长。bx表示节点x单位时间的处理能力。
Figure GDA0002533225690000024
表示节点k到目的节点j最短路径上拥塞程度的累加。
步骤二：利用公式(3)计算每个包的传递代价，并且从小到大排序。
Figure GDA0002533225690000025
其中，代价函数Costk(t)来衡量从节点i投递包至其邻居节点k后该包仍然需要投递的代价。Lkj表示网络中从节点k到目的节点j的最短路径长度，θ为一个在(0,1]范围中可调的参数。Lkj越大，说明节点k到目的节点j所需要投递的次数越多，投递花费时间越长，因此从节点k投递包到节点j所需要的代价越大。
步骤三：按照代价函数从小到大的排序顺序进行包传输。
本发明的有益效果为：有效缓解了时间延迟对网络拥塞的影响。
方法针对网络节点信息的获取存在时间延迟，采用改变了节点包先进先出的处理过程来缓解时间延迟对网络拥塞造成的影响。在改变节点的处理过程后，有明显缓解网络拥塞程度的效果，对于城市公交网络，有重要应用价值。
附图说明
图1是本发明中某市公交换乘网络在带有时延影响的路由策略中节点的拥塞分布图。
图2是不同整体拥塞程度的感知权重θ下实时感知拥塞信息的路由策略、带有时延影响的路由策略与改变节点包先进先出处理过程的缓解时延路由策略传输性能比较图，其中，(a)θ＝0.5时的序参数η(R)，(b)θ＝0.5时的平均传输时间AVARAGET，(c)θ＝0.9时的序参数η(R)，(d)θ＝0.9时的平均传输时间AVARAGET，(e)θ＝1时的序参数η(R)，(f)θ＝1时的平均传输时间AVARAGET。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施做详细说明。
步骤一：以某市公交网络为网络模型进行仿真实验。
(1)选取节点数：1994个。
(2)在不同的拥塞权重θ下，用Matlab进行仿真实验
步骤二：得到实验结果如图2所示，不同整体拥塞程度的感知权重θ下实时感知拥塞信息的路由策略、带有时延影响的路由策略与改变节点包先进先出处理过程的缓解时延路由策略传输性能比较，(a)θ＝0.5时的序参数η(R)，(b)θ＝0.5时的平均传输时间AVARAGET，(c)θ＝0.9时的序参数η(R)，(d)θ＝0.9时的平均传输时间AVARAGET，(e)θ＝1时的序参数η(R)，(f)θ＝1时的平均传输时间AVARAGET
综上所述，当改变节点包先进先出的处理过程后，在不同整体拥塞程度的感知权重θ的值下，时延对路由策略造成的影响都有较大程度的缓解。甚至当单位时间出行人数R值较大时，相比实时感知拥塞情况的路由策略，带有时延的缓解策略的序参数η(R)值更小，传输效率更高。因此对于实际公交网络而言，改变节点包先进先出的处理过程可以有效的缓解时间延迟对网络拥塞的影响。

Claims (1)

1.一种缓解公交网络拥塞的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：选取公交网络，获得带有时延的情况下节点拥塞信息
Figure FDA0002533225680000011
Figure FDA0002533225680000012
为带有时延情况下节点i对邻居节点k到目的节点j最短路径上整体拥塞程度的感知函数；
Figure FDA0002533225680000013
其中Qx(t-Δt(Lix)表示节点x在时间t-Δt(Lix)时在排队队列中等待投递的包总数，Δt(Lix)表示节点i感知节点x的拥塞程度的延迟，
Δt(Lix)＝β*Lix,β＞0 (2)
当t-Δt(Lix)＜0时，令Qx(t-Δt(Lix))＝Qx(0)；其中β为控制节点拥塞信息感知的时延的可调参数；当β＞0时，节点间拥塞信息感知的时延与节点间最短距离呈正相关，β越大，节点间拥塞信息感知的时延越长；bx表示节点x单位时间的处理能力；
Figure FDA0002533225680000014
表示节点k到目的节点j最短路径上拥塞程度的累加；
步骤二：利用公式(3)计算每个包的传递代价，并且从小到大排序；
Figure FDA0002533225680000015
其中，代价函数Costk(t)来衡量从节点i投递包至其邻居节点k后该包仍然需要投递的代价；Lkj表示网络中从节点k到目的节点j的最短路径长度，θ为一个在(0,1]范围中可调的参数；
步骤三：按照代价函数从小到大的排序顺序进行包传输。
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