CN107548075B - 一种基于有用贡献量的路侧单元部署方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于有用贡献量的路侧单元部署方法，通过设定通信服务质量指标

目标地图栅格化、相关集合初始化、建立车辆‑单元格矩阵和建立和向量，计算有用贡献量之和最大的单元格作为选择放置RSU单元格的依据；该部署方法针对性强、不受地理几何位置影响，克服了随机部署方法和路口部署方法的不足；以相对通信时间作为计量有用贡献值的初值，避免了由于车辆行驶时间差异较大，导致选择数值较大但不是较优的网格作为部署位置的不足；同时解决了当路侧单元与各车辆相对通信时间波动较大时，以“相对通信时间之和”作为选择依据而导致部署单元格数量增多的问题；还将已选车辆移除MT、MP矩阵，避免了已选车辆对优选单元格的不利影响。

Description

一种基于有用贡献量的路侧单元部署方法

技术领域

本发明涉及车联网通信技术领域，具体是一种基于有用贡献量的路侧单元部署方法。

背景技术

车辆自组织网络(简称VANET)是传统移动自组织网络在交通道路上的应用，是一种特殊的移动自组织网络。由于VANET中，高速移动的节点、频繁变化的网络拓扑以及受限的节点移动方向，限制了网络中数据发布的速度与准确性，这成为VANET所面临的主要问题。因此引入一种称为路侧单元(简称RSU)的基础设施，RSU可处理车辆请求，允许车辆连接网络，扮演着Internet中网关的角色。车辆自组织网络主要由安装了车载单元的车辆和安装于路侧的路侧单元组成。车载单元和路侧单元都具有无线通信模块，利用这些无线通信技术，可以使行驶中的车辆互相通信，并通过路侧单元访问外部网络乃至Internet，及时获取交通状况信息、安全预警类信息、生活娱乐类信息，从而减少交通事故发生率、保障驾驶安全、提高交通效率。

显然，路侧单元是车辆与外界网络的信息传输纽带，处于路侧单元覆盖范围内的车辆节点可获得信息服务，而在其覆盖范围外的节点不能获得其信息服务，需要合理地部署路侧单元来满足车辆的通信要求。实际应用中，为降低部署成本，期望在满足一定通信服务质量的前提下，尽量减少路侧单元的部署数量。目前已有一些路侧单元部署方法：随机部署方法，该方法随机选择一些位置放置路侧单元，部署具有盲目性，从而导致部署效果不佳；路口部署方法，由于有些路口距离较近，这种方法可能会造成大量路侧单元覆盖面重叠，造成浪费；基于通信服务质量指标

(ρ1表示车辆v和路侧单元的通信时间与其总行驶时间之比，ρ2表示通信时间达到ρ1指标的车辆数与总车辆数之比)的绝对时间部署方法delta-g和相对时间部署方法delta-r。delta-g利用路侧单元与车辆的绝对通信时间作为选择部署点的依据，但由于各车辆行驶时间差异较大，导致部署效果不佳；针对delta-g的不足，delta-r使用相对通信时间作为选择部署点的依据，但当路侧单元与各车辆相对通信时间存在较大差异时，部署效果仍会受到负面影响。

因此，需要一种专门针对路侧单元与各车辆相对通信时间存在较大差异时，寻找最少部署点以满足一定通信服务质量的新方法，解决现有方法无法满足本要求的不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于有用贡献量的路侧单元部署方法，该方法在满足一定通信服务质量前提下，部署最少路侧单元。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于有用贡献量的路侧单元部署方法，具体包括如下步骤：

(1)设定通信服务质量指标

(2)目标地图栅格化

以单个路侧单元的覆盖面积为标准对目标地图栅格化，即目标地图划分为一系列面积与路侧单元覆盖范围相等的栅格，形成栅格地图M_R×C，令V＝{v₁,v₂,...,v_n}表示车辆集，车辆v_i(i＝1,…,n)在目标地图上的移动相当于其在栅格地图上对应栅格间的移动，令T＝{U₁,U₂,...,U_n}表示车辆在栅格地图M_R×C上的运动轨迹集合，即车辆v_i的轨迹为

i＝1,…,n，1≤j≤m，1≤r≤R，1≤c≤C；

(3)相关集合初始化

令集合G为栅格地图上的单元格全集，初始化G＝{g_i|g_i＝M_rc,i＝1,…,|R×C|,1≤r≤R,1≤c≤C}；令集合G1为栅格地图上未部署RSU的单元格集合，初始化G1＝G；集合G2为已选定部署路侧单元的单元格集合，初始值设为空集；集合V1为通信指标未达到ρ1的车辆集合，初始化V1＝V；集合V2记录通信指标已达到ρ1的车辆集合，初始值设为空集；

(4)建立车辆-单元格矩阵

令MT、MP表示车辆-单元格矩阵，其中行表示车辆，列表示单元格，MT_ij表示车辆v_i(v_i∈V)与单元格g_j(g_j∈G)中路侧单元的通信时间，MP_ij的取值定义如下，表示单元格g_j(g_j∈G)中路侧单元对车辆v_i(v_i∈V)达到通信指标ρ1的有用贡献量；

(5)建立和向量

令SM表示和向量，SM_j记录单元格g_j(g_j∈G1)中路侧单元对集合V1中车辆达到通信指标ρ1的有用贡献量之和，如公式(2)所示：

(6)令max＝argmax(SM_j)(g_j∈G1)，即单元格max中路侧单元对所有车辆达到通信指标ρ1的有用贡献量之和最大，则将其加入已选集G2中，并从集合G1中删除，表示在单元格max中部署RSU；

(7)将车辆集V1中达到ρ1指标的车辆放入集合V2，并将其从V1中删除；

(8)若|V2|≥|V|·ρ2，结束选择，集合G2中的单元格即为需部署RSU的单元格；否则重复步骤(5)至(8)；

经过上述步骤，完成路侧单元的部署。

步骤(1)中，所述的通信服务质量指标

是判定路侧单元部署方案的有效性准则，其中ρ1表示车辆v和路侧单元的通信时间与其总行驶时间之比，ρ2表示通信时间达到ρ1指标的车辆数与总车辆数之比，0≤ρ1,ρ2≤1，满足通信服务质量指标

要求的部署方案为可行方案，否则为不可行方案。

本发明提供了一种基于有用贡献量的路侧单元部署方法，有以下优点：

(1)针对性强、不受地理几何位置影响，克服了随机部署方法和路口部署方法的不足；

(2)以相对通信时间作为计量有用贡献值的初值，避免了由于车辆行驶时间差异较大，导致选择数值较大但不是较优的网格作为部署位置的不足；

(3)采用“选择有用贡献量之和最大”作为选择放置RSU单元格的依据，解决了当路侧单元与各车辆相对通信时间波动较大时，以“相对通信时间之和”作为选择依据而导致部署单元格数量增多的问题；

(4)将已选车辆移除MT、MP矩阵，避免了已选车辆对优选单元格的不利影响。

附图说明

图1为栅格地图示意图；

图2为通信时间矩阵MT；

图3为有用贡献量矩阵MP；

图4为在指标

下，车辆绝对通信时间部署方法(delta-g)得到的部署位置示意图；

图5为在指标

下，车辆相对通信时间部署方法(delta-r)得到的部署位置示意图；

图6为在指标

下，本发明部署方法得到的部署位置示意图；

图7为在指标

下，车辆绝对通信时间部署方法(delta-g)得到的部署位置示意图；

图8为在指标

下，车辆相对通信时间部署方法(delta-r)得到的部署位置示意图；

图9为在指标

下，本发明部署方法得到的部署位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述，但不是对本发明的限定。

实施例1：

一种基于有用贡献量的路侧单元部署方法，具体包括如下步骤：

(1)设定通信服务质量指标

(2)建立栅格地图M_2×2，如图1所示。V＝{v₁,v₂,v₃}，T＝{U₁,U₂,U₃}，U₁＝{M₁₁,M₁₂,M₂₂,M₂₁}，U₂＝{M₁₂,M₁₁,M₂₁}，U₃＝{M₂₂,M₂₁,M₁₁,M₁₂}；

(3)相关集合初始化

G＝{g₁＝M₁₁,g₂＝M₁₂,g₃＝M₂₁,g₄＝M₂₂}；G1＝{g₁＝M₁₁,g₂＝M₁₂,g₃＝M₂₁,g₄＝M₂₂}；

V1＝{v₁,v₂,v₃}；

(4)建立车辆-单元格矩阵MT、MP，图2为车辆与单元格中路侧单元的通信时间矩阵MT,图3为单元格中路侧单元对车辆达到通信指标ρ1的有用贡献量矩阵MP；

(5)建立和向量SM＝[0.9,0.7,0.5,0.3]；

(6)将argmax(SM_j)(g_j∈G1)取值最大的对应单元格加入已选集G2中，并将其从集合G1中删除，得G2＝{g₁＝M₁₁}，G1＝{g₂＝M₁₂，g₃＝M₂₁，g₄＝M₂₂}；

(7)将车辆集V1中达到ρ1指标的车辆放入集合V2，并将其从V1中删除，得V2＝{v₁,v₂,v₃}，

(8)|V2|≥|V|·ρ2，结束选择，集合G2＝{g₁＝M₁₁}中的单元格即为需部署RSU的单元格；

经过上述步骤，完成路侧单元的部署。

实施例2：选取来自德国科隆市的车辆运动轨迹和地图，其中车辆数为75514辆，栅格图为100*100个单元格，设置ρ1＝0.1、ρ2＝0.8，通过delta-g方法得到的结果为：部署241个RSU，如图4所示；通过delta-r方法得到的结果为：部署142个RSU，如图5所示；根据本发明方法得到的结果为：部署135个RSU，如图6所示。

实施例3：选取来自德国科隆市车辆运动轨迹和地图，其中车辆数为75514辆，栅格图为100*100个单元格，设置ρ1＝0.1、ρ2＝0.9，通过delta-g方法得到的结果为：部署426个RSU，如图7所示；通过delta-r方法得到的结果为：部署211个RSU，如图8所示；根据本发明方法得到结果为：部署199个RSU，如图9所示。

Claims (1)

1.一种基于有用贡献量的路侧单元部署方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)设定通信服务质量指标

通信服务质量指标

是判定路侧单元部署方案的有效性准则，其中ρ1表示车辆v和路侧单元的通信时间与其总行驶时间之比，ρ2表示通信时间达到ρ1指标的车辆数与总车辆数之比，0≤ρ1,ρ2≤1，满足通信服务质量指标

要求的部署方案为可行方案，否则为不可行方案；

(2)目标地图栅格化

以单个路侧单元的覆盖面积为标准对目标地图栅格化，即目标地图划分为一系列面积与路侧单元覆盖范围相等的栅格，形成栅格地图M_R×C，令V＝{v₁,v₂,...,v_n}表示车辆集，车辆v_i(i＝1,…,n)在目标地图上的移动相当于其在栅格地图上对应栅格间的移动，令T＝{U₁,U₂,...,U_n}表示车辆在栅格地图M_R×C上的运动轨迹集合，即车辆v_i的轨迹为

(3)相关集合初始化

令集合G为栅格地图上的单元格全集，初始化G＝{g_i|g_i＝M_rc,i＝1,…,|R×C|,1≤r≤R,1≤c≤C}；令集合G1为栅格地图上未部署RSU的单元格集合，初始化G1＝G；集合G2为已选定部署路侧单元的单元格集合，初始值设为空集；集合V1为通信指标未达到ρ1的车辆集合，初始化V1＝V；集合V2记录通信指标已达到ρ1的车辆集合，初始值设为空集；

(4)建立车辆-单元格矩阵

令MT、MP表示车辆-单元格矩阵，其中行表示车辆，列表示单元格，MT_ij表示车辆v_i(v_i∈V)与单元格g_j(g_j∈G)中路侧单元的通信时间，MP_ij的取值定义如下，表示单元格g_j(g_j∈G)中路侧单元对车辆v_i(v_i∈V)达到通信指标ρ1的有用贡献量；

(5)建立和向量

令SM表示和向量，SM_j记录单元格g_j(g_j∈G1)中路侧单元对集合V1中车辆达到通信指标ρ1的有用贡献量之和，如公式(2)所示：

(6)令max＝argmax(SM_j)(g_j∈G1)，即单元格max中路侧单元对所有车辆达到通信指标ρ1的有用贡献量之和最大，则将其加入已选集G2中，并从集合G1中删除，表示在单元格max中部署RSU；

(7)将车辆集V1中达到ρ1指标的车辆放入集合V2，并将其从V1中删除；

(8)若|V2|≥|V|·ρ2，结束选择，集合G2中的单元格即为需部署RSU的单元格；否则重复步骤(5)至(8)；

经过上述步骤，完成路侧单元的部署。

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