CN114708450B - 一种基于路边停放车辆的rsu招募方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于路边停放车辆的路边单元(Roadside Unit,RSU)招募方法。所述方法包括：首先，将车辆类型与城市地图进行划分。其中，车辆被分为停放路边单元(Parked Cars Roadside Unit，PCRSU)备选停放车辆、PCRSU和用户车辆三类；城市地图则根据不同特征被划分为不同类型的兴趣点(Point of Interest，POI)区域。其次，根据车辆所在的位置，估算车辆的停放时间。最后，将车辆停放时间作为决策要素，选取分数最高的停放车辆作为PCRSU。本发明通过利用K均值最小二乘法(K‑means‑based Least Square,KLS)聚类的方法估计车辆的停放时间，将停放时间作为选择PCRSU的决策要素，对停放车辆进行招募。在覆盖情况几乎相同的情况下，减少系统需要切换的次数，增加了网络的稳定性，提升了系统正确传输的概率。
Description
技术领域
本发明涉及车联网领域，具体为一种基于路边停放车辆的RSU招募方法。
背景技术
随着边缘计算和车联网技术的发展，为满足用户对于实时交通状况、周边环境信息、在线车载娱乐等时延敏感和计算密集任务处理的需求，需要不断增加RSU建设。据估计仅仅将美国城市的路口布置上RSU，安装成本高达186.3亿美元，一年的维护成本约为11亿美元。高昂的安装和维护成本使得密集布设RUS成为困难。
车辆本身有存储、计算与通信能力，可以提前从数据中心对信息进行缓存并分发。城市区域内停放在路边的车辆，在相对较长时间内有一个固定的位置，且与车辆用户距离较近，因此，对依赖地理位置的应用十分有利。可以使用停放在城市区域内的车辆充当路边单元，使其成为RSU的有效替代。停放车辆能够自组织的在城市地区创建一个车辆支撑网络，取代或增强现有的路边单元设施，给系统提供更好的服务。PCRSU对系统服务质量影响很大，如果招募的停放车辆各方面性能较差，将导致不能给车辆用户提供满意的服务，同时造成系统资源浪费。
目前停放车辆的招募方法都并未考虑停放车辆去留的随机性，也较少考虑网络的稳定性问题。本发明提出一种基于路边停放车辆的RSU招募方法。通过引入车辆停放时间要素，可有效减少网络切换次数，提升系统稳定性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种基于路边停放车辆的RSU招募方法。所述方法包括：首先，将车辆类型与城市地图进行划分。其次，根据车辆所在的位置，估算车辆的停放时间。最后，将车辆停放时间作为决策要素，选取分数最高的停放车辆作为PCRSU。本发明通过利用KLS聚类的方法估计车辆的停放时间，将停放时间作为选择PCRSU的决策要素，对停放车辆进行招募。在覆盖情况几乎相同的情况下，减少系统需要切换的次数，增加了网络的稳定性，提升了系统正确传输的概率。具体过程如下：
图1为提出的基于路边停放车辆的RSU招募方法系统模型。该模型中将车辆和城市地图进行划分，车辆被分为PCRSU备选停放车辆、PCRSU和用户车辆三类：候选停放车辆Pz，z∈[1，Z]、被选为PCRSU的停放车辆Pc以及该停放车辆Pc通信范围内需要服务的车辆用户Ui，i∈[1，N]。由于城市内的道路长度存在差异，为方便量化，本发明将城市路段划分为具有相同路边停车位的O，o∈[1，O]段路段，并根据车辆到访次数将地图划分为个K不同类型的POI区域类型块，每个POI区域有在该位置经常被访问的内容信息。停放车辆作为PCRSU后，作为路边单元对经过车辆进行服务，不同的V2I间使用正交信道，用户车辆以速度v匀速行驶。
在基于PCRSU的车辆自组织网络中，PCRSU的去留会很大程度影响系统稳定性。为了招募到合适的PCRSU，我们采用无量纲分析的方法，通过加权产品模型(WeightedProduct Model，WPM)对候选停放车辆进行评分。评分由每个判决要素的属性相乘决定，每个属性的权重以其乘幂的形式存在。对每个属性进行归一化处理，消除度量单位。将决策分数写为对数得分，则候选车辆Pz分数表达式可以表示为：
引入距离影响因子：
其中，表示第k类POI与o路段的距离。/>表示/>距离小于PCRSU覆盖范围Ls的POI区域类型合集。
招募PCRSU的目标函数表示为：
maxlogscore(Pz)
其中，约束条件C1要求选中PCRSU的分数要比其他候选停放车辆的评分高。
该问题求解可以划分为以下几步：
1)收集距离向量使用K-means将距离向量分为Km簇。
2)获取所有路段平均停车时长通过KLS进行聚类。
3)形成距离影响因子和平均停车时间矩阵。
4)根据停放车辆的位置计算停放位置的距离冲击向量。
5)利用最小二乘法求出最佳系数。
6)估计停放车辆的停放时间。
7)最后，将车辆停放时间进行归一化处理，将其加入Pz分数计算，判断Pz是否成为新的PCRSU。
本发明的技术方法具有以下优点：
本发明公开了一种基于路边停放车辆的RSU招募方法。所述方法包括：首先，将车辆类型与城市地图进行划分。其中，车辆被分为PCRSU备选停放车辆、PCRSU和用户车辆三类；城市地图则根据不同特征被划分为不同类型的POI区域。其次，根据车辆所在的位置，估算车辆的停放时间。最后，将车辆评分作为决策要素，选取分数最高的停放车辆作为PCRSU。本发明通过利用K-means聚类的方法估计车辆的停放时间对车辆进行招募，在覆盖情况几乎相同的情况下，减少系统需要切换的次数，增加了网络的稳定性，提升了系统正确传输的概率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方法，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种基于路边停放车辆的RSU招募方法系统模型。
图2为停放车辆覆盖地图。
图3为停放时间权重与招募分数关系图。
图4为不同停放区域车辆停放时间与切换次数的关系图。
图5为系统正确传输概率随仿真时间的变化图。
具体实施方式
本发明提出了一种基于路边停放车辆的RSU招募方法，下面结合附图，对实施例作详细说明。
本发明的实施方式分为两个步骤，第一步为建立系统模型，第二步为算法的实施。建立的系统模型如图2所示，它和发明内容中对PCRSU招募系统模型的介绍完全对应。
如图2所示，为新的停放车辆与该区域原有PCRSU的覆盖地图。本发明使用真实的北京市区地图进行仿真，选取北京朝阳门外大街作为仿真场景，面积为4平方公里。系统中的停放车辆都在路边停放或者停放于临街的停车场中，保证能够对街道行驶的车辆用户进行服务。系统中已经存在服务中的PCRSU，要对新进入的停放车辆进行评分，判断其是否能成为新的PCRSU。根据车辆停放的POI区域类型不同，本发明选择三类停放车辆进行仿真。图中颜色越深表示覆盖信号强度越强。原有PCRSU停放于旺市百利停车场，覆盖地图为灰色所示。Car1停放于北京朝阳医院附近停车场，覆盖地图为蓝色所示。Car2停放于蓝岛大厦附近路边停车点，覆盖地图为棕色所示。Car3停放于东大桥地铁站附近临时停车点，覆盖地图为绿色所示。
本发明对三类不同停放区域的车辆分别进行研究，每类车辆进行100次重复实验，选取其中的平均值作为代表，绘制仿真图。本发明使用6小时作为仿真时间，保证车辆作为PCRSU进行服务后有足够的电量正常运行。
从图3可以看出，随着停放时间权重Wtim的增加，停放时间越久的车辆得分越高。当Wtim设置为0.2时，评分会选择Car1代表的一类停放时间最长的车辆作为PCRSU，但是继续增加Wtim的比重，选择结果不再改变。
图4为不同停放区域车辆停放时间与切换次数的关系图。随着仿真时间的增加，PCRSU的切换次数整体都在不断增加，这是因为停放车辆的离开对网络整体结构造成影响，进而更换停放车辆作为PCRSU。由表2和图4可以看出，本发明算法选择的PCRSU(Car1)停放时间更长。由于PCRSU离开导致的网络切换时间相较其他两类车辆有所推迟，同时网络切换次数要明显少于停放时间较短的另外几类停放车辆。
图5为系统正确传输概率随仿真时间的变化图。可以看出随着仿真时间增加，系统正确传输概率不断下降。这是因为随着仿真时间增加，系统切换次数增加。与其他方法相比，本发明提出的算法可以减少切换次数，增加正确传输概率，提升系统整体QoS。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方法，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方法。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方法。
Claims (2)
1.一种基于路边停放车辆的RSU招募方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、将车辆类型与城市地图进行划分，其中车辆被分为PCRSU备选停放车辆、PCRSU和用户车辆三类，城市地图则根据不同特征被划分为不同类型的POI区域；
步骤2、根据车辆所在的位置，求解PCRSU选择问题，划分为以下几步：首先，收集距离向量使用K均值聚类将距离向量分为Km簇，获取所有路段的平均停放时长/>通过KLS进行聚类形成距离影响因子和平均停车时间矩阵；然后，根据停放车辆的位置计算停放位置的距离冲击向量，利用最小二乘法求出最佳系数；之后，估计停放车辆的停放时间；
步骤3、将车辆停放时间进行归一化处理，将其加入Pz分数计算，选择评分最高的停放车辆作为PCRSU，可以为城市环境中的用户车辆提供更好的服务，采用如下方式对车辆进行评分：
其中，为表征停放时间的变量，Wtim为表示停放时间权重的系数，/>表示候选车辆Pz所在POI区域可用的最佳信号强度的平均值，/>表示候选车辆Pz所在POI区域的覆盖饱和度，/>表示候选车辆Pz所在POI区域能够提供的覆盖范围，/>表示候选车辆Pz消耗的能量以及它们与最大阈值的接近程度的度量，Wsig,Wsat,Wcov,Wbat分别为信号强度、覆盖饱和度、覆盖范围、车辆储能的权重；
步骤4、通过求解PCRSU选择问题，保证系统选择停放时间较长的车辆作为PCRSU，减少系统需要切换的次数，增加了网络的稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种基于路边停放车辆的RSU招募方法，其特征在于，按照所述评分方式对候选停放车辆的得分进行排序，最终选择分数最高的车辆成为PCRSU。
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