CN110049467B - 一种基于不同信号灯状态的区域分簇方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于不同信号灯状态的区域分簇方法，包括以下步骤：以一个完整的信号灯变化为周期，根据路口的平均交通流量预估红灯状态结束时路口的车辆排队长度，并确定红灯状态下的成簇半径集合；当信号灯跳变为红灯状态时，检查路口附近的车辆的状态，以最先满足车辆处于静止状态的排队车辆为首个簇首，然后根据成簇半径的集合，不断的进行分簇；当信号灯由红灯状态转变为绿灯状态时，检查每一个簇首的状态，当簇首车辆开始运动时，则解散该簇，原簇首转为普通节点，同时若队尾仍有队列形成，则结合最小时延重新确定成簇半径，并形成新的簇。本发明能有效的使得车辆节点结合自身所处的位置以较少的跳数进行数据包传输。

Description

一种基于不同信号灯状态的区域分簇方法
技术领域
本发明涉及交通路网信息获取技术领域，特别是涉及一种基于不同信号灯状态的区域分簇方法。
背景技术
随着经济技术的发展和人民生活水平的提高，城市路网中的车辆数量越来越多，导致路网状态变的复杂。获取交通路网信息已经成了智能交通领域的一大重要问题，许多研究者对此作出了大量的研究。随着道路交通的复杂化，路网对信息的实时性要求大大提高了。一定时间以外的数据已经不能给驾驶者带来有效的路况信息，提高信息的实时性是当前研究的重中之重。
车载自组织网络(Vehicular Ad Hoc Network，VANET)是交通信息传播的重要工具，安全性和准确性都较高。可以有效地提高交通信息的实时收集和分享，准确度较高、安全性高、开销较低。利用VANET，给每辆车配备车载单元(On board Unit，OBU)，其能够通过车辆与车辆通信(V2V)、车辆与路侧单元(Road Side Unit，RSU)通信(V2R)的方式实现车辆速度、位置和交通流等实时车辆信息的传递。部署在路口处的RSU能够通过VANET中的V2R通信获取移动节点所处路段的实时交通信息，同时也能够统计不同信号灯状态下各路段路口处各方向的交通流进出信息并存储下来。RSU之间通过有线连接，形成稳定的通信网络。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于不同信号灯状态的区域分簇方法，能有效的使得车辆节点结合自身所处的位置以较少的跳数进行数据包传输，在减小传输时延的同时，能均衡各簇首节点的能量消耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于不同信号灯状态的区域分簇方法，包括以下步骤：
(1)以一个完整的信号灯变化为周期，根据路口的平均交通流量预估红灯状态结束时路口的车辆排队长度，并确定红灯状态下的成簇半径集合；
(2)当信号灯跳变为红灯状态时，检查路口附近的车辆的状态，以最先满足车辆处于静止状态的排队车辆为首个簇首，然后根据成簇半径的集合，不断的进行分簇；
(3)当信号灯由红灯状态转变为绿灯状态时，检查每一个簇首的状态，当簇首车辆开始运动时，则解散该簇，原簇首转为普通节点，同时若队尾仍有队列形成，则结合最小时延重新确定成簇半径，并形成新的簇。
所述步骤(2)中进行分簇时，前一簇的簇尾节点自动转换为分簇的簇首节点。
所述步骤(2)中首个簇首的成簇半径为
Figure BDA0002031861930000021
其中，da为首个簇首节点到RSU的距离，dmax表示分出区域内节点到RSU的最大距离，dmin表示分簇区域内节点到RSU的最小距离，RC表示簇首的最大成簇半径，λ∈[0,1)。
所述步骤(2)中各个分簇的簇首的成簇半径为
Figure BDA0002031861930000022
其中，L为路口处车辆排队长度最大值L，i≥2，λ∈[0,1)，
Figure BDA0002031861930000023
其中，Qin和Qout分别表示一个完整的信号灯变化周期内目标路段单向车道上的车辆流入量和流出量，
Figure BDA0002031861930000024
表示单向车道上的车道数，d表示车辆间距，numv表示路段上的初始车辆数。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明利用了车载自组织网络，帮助获取有效的交通信息，其具有减少传输时延和均衡簇首节点的能量消耗的优点，提高了信息传输的实时性和准确性，降低了开销。
附图说明
图1是红灯状态下的第一种成簇情况的场景图；
图2是红灯状态下的第二种成簇情况的场景图；
图3是红灯状态下的第三种成簇情况的场景图；
图4是红灯状态下的第四种成簇情况的场景图；
图5是绿灯状态下的成簇情况的场景图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于不同信号灯状态的区域分簇方法，包括以下步骤：以一个完整的信号灯变化为周期，根据路口的平均交通流量预估红灯状态结束时路口的车辆排队长度，并确定红灯状态下的成簇半径集合；当信号灯跳变为红灯状态时，检查路口附近的车辆的状态，以最先满足车辆处于静止状态的排队车辆为首个簇首，然后根据成簇半径的集合，不断的进行分簇；当信号灯由红灯状态转变为绿灯状态时，检查每一个簇首的状态，当簇首车辆开始运动时，则解散该簇，原簇首转为普通节点，同时若队尾仍有队列形成，则结合最小时延重新确定成簇半径，并形成新的簇。
不难发现，本发明通过分析车辆在红灯状态下和绿灯状态下的情况进行合理分簇。本发明选取红灯状态结束时路段中靠近路口处的车辆排队区域作为分簇区域，其余区域作为无簇区域。成簇区域内(Cluster Area，CA)的节点通过簇内多跳的方式将数据包转发到其所在区域的簇首，簇首再通过簇间多跳的方式将数据包转发到RSU。无簇区域内(No-Cluster Area,N-CA)的节点通过多跳的方式将数据包发送到其邻近的簇内节点，再由簇内节点通过簇内多跳的方式将数据包转发到其所在区域的簇首，簇首再通过簇间多跳的方式将数据包转发到RSU。
如图1-4所示，在红灯状态下，车辆的成簇情况如下：
(1)在图1中，当路口的信号灯由绿灯转变为红灯时，车辆进入路段两端开始排队等待。以最先到达路口的排队等待车辆为簇首节点(此时簇首节点为静止状态)，其通信半径为
Figure BDA0002031861930000031
设定在分簇区域内，各簇首控制远离RSU的一侧为通信区域。在红灯持续的时间内，车辆进入簇首节点1的通信范围内，成为簇内的普通节点。
(2)结合图2和图3，当排队长度溢出簇首节点1的通信范围时，距离簇首节点1最远的簇尾节点3自动转换为下一个簇的簇首节点，形成新的簇。此时的通信半径为
Figure BDA0002031861930000032
控制区域为远离RSU一端的区域，簇内成员随红灯时间的持续，持续增加。
(3)在图4中，当排队长度溢出簇首节点3的通信范围时，距离簇首节点3最远的簇尾节点5自动转换为下一个簇的簇首节点，形成新的簇。此时的通信半径为
Figure BDA0002031861930000033
控制区域为远离RSU一端的区域，簇内成员随红灯时间的持续，持续增加。
如图5所示，在绿灯状态下，车辆的成簇情况如下：
当信号灯由红灯状态转为绿灯状态时，靠近路口端的车辆开始驶出路段。此时，原簇首节点1由静止变为运动，该簇解散。虽然队列前部的车辆开始运动，但排队仍就存在，簇首节点5控制的区域内成员逐渐增多。若簇尾节点出现且为静止状态时，则立即形成新的簇首节点和簇首控制区域，如绿灯状态下新形成的簇首节点8，其通信半径为
Figure BDA0002031861930000041
控制区域为远离RSU一端的区域。
本发明中，通过簇首通信半径与簇首和基站之间的距离关系
Figure BDA0002031861930000042
选取合适的λ值来确定各簇首的通信半径。其中，Ri表示簇首节点i的成簇半径，di表示该簇首节点到RSU的距离，dmax、dmin分别表示分簇区域内节点到RSU的最大距离与最小距离，RC表示簇首的最大成簇半径，其中λ∈[0,1)。
在红灯状态时，路口处车辆排队长度最大值L与当前路段的最大车辆数成正相关。
Figure BDA0002031861930000043
其中，Qin，Qout分别表示一个红绿灯周期内(从红灯状态开始时到绿灯状态结束时)目标路段单向车道上的车辆流入量和流出量。
Figure BDA0002031861930000044
表示单向车道上的车道数，d表示车辆间距(前后两辆车车头间的距离)，numv表示路段上的初始车辆数。
结合上述公式，可得簇首节点1的成簇半径
Figure BDA0002031861930000045
其中dmax＝L+da、dmax-dmin＝L。以此类推，分簇区域内的第i(i≥2)个簇首节点的成簇半径
Figure BDA0002031861930000046
根据成簇半径的公式，结合最小时延，可以确定出红灯状态结束时各簇首的最佳成簇半径集合。

Claims (3)

1.一种基于不同信号灯状态的区域分簇方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以一个完整的信号灯变化为周期，根据路口的平均交通流量预估红灯状态结束时路口的车辆排队长度，并确定红灯状态下的成簇半径集合；
(2)当信号灯跳变为红灯状态时，检查路口附近的车辆的状态，以最先满足车辆处于静止状态的排队车辆为首个簇首，然后根据成簇半径的集合，不断的进行分簇；在进行分簇时，前一簇的簇尾节点自动转换为分簇的簇首节点；
(3)当信号灯由红灯状态转变为绿灯状态时，检查每一个簇首的状态，当簇首车辆开始运动时，则解散该簇，原簇首转为普通节点，同时若队尾仍有队列形成，则结合最小时延重新确定成簇半径，并形成新的簇。
2.根据权利要求1所述的基于不同信号灯状态的区域分簇方法，其特征在于，所述步骤(2)中首个簇首的成簇半径为
Figure FDA0002992234120000011
其中，da为首个簇首节点到RSU的距离，dmax表示分出区域内节点到RSU的最大距离，dmin表示分簇区域内节点到RSU的最小距离，RC表示簇首的最大成簇半径，λ∈[0,1)。
3.根据权利要求1所述的基于不同信号灯状态的区域分簇方法，其特征在于，所述步骤(2)中各个分簇的簇首的成簇半径为
Figure FDA0002992234120000012
其中，L为路口处车辆排队长度最大值L，i≥2，λ∈[0,1)，
Figure FDA0002992234120000013
其中，Qin和Qout分别表示一个完整的信号灯变化周期内目标路段单向车道上的车辆流入量和流出量，
Figure FDA0002992234120000014
表示单向车道上的车道数，d表示车辆间距，numv表示路段上的初始车辆数。
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