本发明涉及的是一种电动汽车充电调度方法，具体地说是一种基于车载自组网的分布式电动汽车充电信息分发方法。
背景技术：
电动汽车与使用传统燃料的汽车相比它可以有效降低污染排放。但电动车的大规模使用给电力网络带来新的挑战，尤其是在电动汽车充电管理方面。因此已经广泛开展了许多用于提高电动汽车充电性能的研究。与传统的基于家庭电动汽车的夜间充电的场景考虑不同，为了可以在旅途中提供充电服务，最近的研究工作已经集中在对公共充电站发展的探讨。这些公共充电站通常被部署在如商场、停车场电动汽车密度较高的地方。在这种情况下，移动中的需要充电服务的电动汽车可以选择最佳的充电站进行充电。
另一方面，由于电动汽车充电时间相对较长，如何在充电站侧高效规划提出不确定性充电请求电动汽车充电已成为了一个关键问题。电动汽车根据给定的策略选定充电站，如最小的等待时间，影响充电性能的主要因素是电动汽车获得充电站信息的新鲜程度。如果电动汽车接收到的关于每个充电站预计等待时间的信息都是过时的，然后电动车汽车载单元通过使用这些过时信息的可能做出不适当的决定。这些过时信息可导致充电站间的电能需求负荷无法达到最优及电动汽车需要等待更长的时间。因此，信息分发的频率可能会对电动汽车充电性能产生显著影响。
在控制器缺失的环境下从服务机制角度而言，充电站直接发布他们的状况信息，每一个电动汽车自己决定到底去哪个充电站充电。然后，通过发布/订阅机制传播充电站的必要信息给电动汽车。这些订阅这些信息云的电动汽车然后做出他们的决定，根据接收到的信息，如预期等待时间等信息来选择适当的充电站进行充电。在这种情况下，由于没有控制器来统一调度车辆充电请求，充电站端的负载需求优化将会成为一个有挑战性的问题。具体来说，车辆收到来自充电站的发布信息将直接影响整体的充电性能。
就车载自组织网络中已经被广泛应用的通信基础设施而言，发布/订阅是一种合适的通讯模式，可以构建有高度动态、灵活性质的应用程序。特别是在电动汽车充电调度应用中，发布/订阅可以视为一种有效的解决方案，其中作为发布者的每个充电站发布自己的预计等待时间、位置、价格等状态信息，作为订阅者的电动车接受这些信息并自主决策。车载自组织网络中路侧单元的使用，使电动车到基础设施的通信得以实现。按一定策略在固定位置部署的路侧单元能够在电动汽车充电调度操作中提供信息传输的服务。
工程实践中，有大量的技术能够用于实现路侧单元功能，例如蜂窝网络和wifi接入点。尽管蜂窝技术可以确保更宽的无线覆盖，但与wifi相比它是一种昂贵的解决方案。但对于电动汽车充电场景中的信息传输，移动中的电动汽车并不总需要无缝连接的无线覆盖，同时路侧单元的无线覆盖范围将会对电动汽车充电应用的信息新鲜度有一定的影响。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种能提高电动汽车从路侧单元中获得信息的概率，提高系统信息传播能力，增强充电业务中相关信息的投递率的基于车载自组网的分布式电动汽车充电信息分发方法。
本发明的目的是这样实现的：
步骤一，充电站通过通信通道连接发布状态信息到路侧单元；
步骤二，当电动车当前电量和最大电量间的比率低于特定充电状态的值，电动汽车发出充电请求；
步骤三，路侧单元通过拉/推模式向电动车推送充电站信息；
步骤四，当电动车没有从路侧单元获得所需信息时，电动车按照最小等待时间策略使用获得的充电站信息选择一个专用的充电站充电；
步骤五，电动车没有从路侧单元和车对车通信中获得充电站信息时，电动车选择一个地理位置上最接近的充电站作为备选方案。
本发明还可以包括：
1、推模式向电动车推送充电站信息为：电动车作为订阅者被动地接受来自附近路侧单元的信息，当电动车进入路侧单元的无线电覆盖范围内接受信息，即给定d<r，d是路侧单元和电动车间的距离，r是路侧单元无线电覆盖范围的半径，推模式下的路侧单元不会缓存从充电站接收的任何历史信息，如果充电站当前没有发布它们的信息，通信模式下的电动汽车不能获得任何信息。
2、拉模式向电动车推送充电站信息为：充电站状态信息被定期地发布到有数据存储空间的路侧单元中并缓存，当电动车进入到保持该信息的路侧单元的无线覆盖内，通过查询相应的路侧单元获得最新的缓存的信息。
3、对于每个停在充电站的电动车，在充电站的等待时间为充电站内电动车充电时间的总和，电动车按照最小等待时间策略使用来自路侧单元的信息选择一个专用的充电站充电，得出最短充电时间
本发明的特点主要体现在：
1、步骤一中每一个充电站都被部署在特定位置，而且发布它的状态信息，如等待时间、位置、价格等状态信息，这样请求充电的电动车可以利用这个信息来选择充电站。路侧单元是系统中部署的路侧单元担当一个中间实体，可以将从每个充电站发出的信息传递给那些通过相应路侧单元的电动车。所有的充电站与每个路侧单元通过专用可靠的通信通道连接。
本地充电站实时状况的发布周期对于系统中电动汽车接收来自本地充电站的消息传播具有重要的影响，在本发明中，对于本地充电站的实时状况发送体制，相比于静态周期发布体制，动态周期发布体制更加符合高效、经济、合理的研究发展目标，在节省无线传输信道带宽、网络开销和端到端时延方面体现了更好的优越性。
2、步骤二中当电动车和路侧单元间的当前距离在电动汽车的无线覆盖范围内时，电动汽车才能向充电站发送请求。
3、步骤三中充电站状况信息周期的发布给带有数据存储空间的路侧单元。当电动汽车进入存有信息的路侧单元的通信范围时，他可以查询路侧单元以获得最新的缓存信息。推模式，电动汽车作为订阅者被动地接受来自附近路侧单元的信息。当电动汽车进入路侧单元的无线电覆盖范围内接受信息，即给定d<r。这里，d是路侧单元和电动汽车间的距离，而r是路侧单元无线电覆盖范围的半径。该模式下的路侧单元将不会缓存从充电站接收的任何历史信息，因此如果充电站当前没有发布它们的信息，通信模式下的ev不能获得任何信息。拉模式下，每个路侧单元本地缓存来自充电站的信息作为历史记录。当电动汽车和路侧单元间的当前距离小于它们间的无线覆盖最小值的时候，以l为覆盖半径的电动汽车最初发送一个明确的查询到路侧单元，即给定的d≤min[r,l]。一般情况下，认为l<r。在接收到该查询时，路侧单元会发送它最新的缓存信息给电动汽车。一旦一个关于某充电站的更新值已经被接收，将会取代以往的过时值，即不一定被路侧单元s保持。不同于在推模式下被动的从每个路侧单元多次地接收信息，这里，每个电动汽车只能获取一次来自每个路侧单元的信息。前期进行预研性研究表明，鉴于v2v和v2i通信不确定性，拉模式有一定优势。
4、步骤五中对于每个停在充电站的电动汽车，在充电站的等待时间为充电站内电动车充电时间的总和，电动汽车按照最小等待时间策略使用来自路侧单元的信息选择一个专用的充电站充电。得出最短充电时间
本发明提出了一种基于车载自组网的分布式电动汽车充电管理方案需要基于发布/订阅机制，通过部署多个路侧单元电动汽车进行充电信息分发。本发明中指定了一种主要通信方式为拉/推模式。拉/推模式允许路侧单元缓存充电站信息，这提高了电动汽车从路侧单元中获得信息的概率。分析这两种通信模式下的通信概率，该概率取决于有关通信的各种因素，移动性以及部署模式。提出充电站实时发布频率算法来增加发布信息新鲜度，提高系统信息传播能力。使用基于机会网络的电动汽车路由算法，充分预测电动汽车与路侧单元间的相遇概率，以增强充电业务中相关信息的投递率。
该方法在优化的电动汽车充电性能中具有以下特点和优势，针对于充电站的状态信息的传输，提出了一种高效的发布/订阅通信架构；引入拉/推模式：推模式，电动汽车作为订阅者被动地接受来自附近路侧单元的信息。当电动汽车进入路侧单元的无线电覆盖范围内接受信息，即给定d<r。这里，d是路侧单元和电动汽车间的距离，而r是路侧单元无线电覆盖范围的半径。该模式下的路侧单元将不会缓存从充电站接收的任何历史信息，因此如果充电站当前没有发布它们的信息，通信模式下的电动汽车不能获得任何信息；拉模式中，充电站状态信息被定期地发布到有数据存储空间的路侧单元中并缓存，当电动汽车进入到保持该信息的路侧单元的无线覆盖内，能够通过查询相应的路侧单元以获得最新的缓存的信息。
当它电动汽车通过该路侧单元的无线电覆盖时，由于充电站的信息是以一定频率发布，电动汽车可能会错过发布的信息从而影响所接收到信息的新鲜度。本发明的另一个目的是分析路侧单元的部署策略，这也关系到充电站信息发布频率的控制，它可以从充电站和电动汽车双方来使得电动汽车充电性能得到优化。
从通信拓扑角度而言，如果通过蜂窝网广播给大规模电动汽车发布充电站状况信息的广播将会非常昂贵，同时占用大量的蜂窝网资源；此类消息也不需要全天候地发送给所有电动汽车。因此，部署低成本的，覆盖范围有限的路侧单元更为可取。本发明通过车载自组网的方式进行采集和回传，当电动汽车进入路侧单元无线电覆盖范围时，可接收到充电站发布信息。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
图2是本发明中电动汽车、充电站和路侧单元三者关系图。
图3是赫尔辛基市的仿真图。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述。
步骤一，充电站通过专用可靠的通信通道连接发布它的状态信息到路侧单元；其中每一个充电站都被部署在特定位置，而且发布它的状态信息，如等待时间、位置、价格等状态信息，这样请求充电的电动车可以利用这个信息来选择充电站。路侧单元是系统中部署的路侧单元担当一个中间实体，可以将从每个充电站发出的信息传递给那些通过相应路侧单元的电动车。所有的充电站与每个路侧单元通过专用可靠的通信通道连接。
本地充电站实时状况的发布周期对于系统中电动汽车接收来自本地充电站的消息传播具有重要的影响，在本发明中，对于本地充电站的实时状况发送体制，相比于静态周期发布体制，动态周期发布体制更加符合高效、经济、合理的研究发展目标，在节省无线传输信道带宽、网络开销和端到端时延方面体现了更好的优越性。本地充电站实时动态发布周期与以下三个因素有关：
因素1：本地充电站上单位时间内平均每个充电桩的电量消耗量，即电量消耗率；定义变量
因素2：本地充电站上无线覆盖范围内的总车辆估计数；定义变量d来表示；这个因素的获取途径本系统拟采用周期hello估计法。
周期hello统计法的实现思路为：本地充电站以周期t0进行广播hello消息，该hello消息中只包含本地充电站的坐标位置信息，在充电站无线传输范围内的车辆收到该hello消息后，做出判断，判断自己的无线通讯范围内是否存在本地充电站，若存在，则反馈一个消息给本地充电站供本地充电站用于统计车辆数，假定本地充电站的无线通讯半径为r，车辆的无线通讯半径为r，当本地充电站发出hello消息后收到的反馈消息数量为d，则采用面积抽样估计法得
因素3：本地充电站的实时总电量；定义变量c来表示；在该因素中，同时定义一个低电量报警阈值c0，这个因素的获取是由本地充电站上装有的电量检测设备获取。
模型分析：定义本地充电站实时动态发布周期为变量t。对于因素1，本地充电站上单位时间内平均每个充电桩的电量消耗量an来说，本地充电站检测到an的值越大，则该因素对于本地充电站的实时动态发布周期t影响将是使t的取值趋于变小；对于因素2，本地充电站上无线覆盖范围内的总车辆估计数d，本地充电站检测到d值越大，则该因素对于本地充电站的实时动态发布周期t影响将是使t的取值趋于变小；对于因素3，本地充电站的实时总电量c，拟采用阈值比较法，即当c＜c0时，则本地充电站的实时动态发布周期t越小，即本地充电站发布消息的频率偏高；若c＞c0时，则本地充电站的实时动态发布周期t越大，即本地充电站发布消息的频率偏低。
综上，拟构建以下数学模型来表示。
当c＜c0时：u＝umax(1)
当u＝umax时：t＝tmin(2)
当c＞c0时：u＝α·an0+(1-α)·d0(3)
当c＞c0时：
公式(1)和(2)中，变量u表示影响本地充电站实时动态发布周期t的几个因素的加权值，且该变量的取值越大，则动态发布周期t的取值越小，定义变量u的最大值为umax和变量t的最小值tmin；当本地充电站的实时总电量c的取值小于低电量报警阈值c0时，则本地充电站的实时动态发布消息应该更加频繁，也就是动态周期t最小，即u＝umax时，t＝tmin；公式(3)和(4)中，变量an0和d0表示归一化的an和d，α表示该因素对于本地充电站实时动态发布周期t影响的加权值，该值的获取由后续仿真模拟实验数据而得。umax·tmin的值为一个常数。
步骤二，当电动车当前电量和最大电量间的比率低于特定充电状态的值，电动汽车会发出充电请求。电动汽车只能与其通信范围内的充电站和电动汽车进行通信。
步骤三，路侧单元通过拉/推模式向电动车推送充电站信息；
拉模式下，每个路侧单元将来自充电站的信息作为历史记录进行本地缓存。当电动车和路侧单元间的当前距离小于它们间的无线覆盖最小值的时候，以覆盖半径为l的电动车最初发送一个明确的查询到路侧单元，即给定的d≤min[r,l]。一般情况下，认为l<r。在接收到该查询时，路侧单元会发送它最新的缓存信息给电动车。一旦一个新值已经被接收，将会取代以往的过时值，即不一定被路侧单元s保持。不同于在推模式下被动的从每个路侧单元多次地接收信息，这里，每个电动车只能获取一次来自每个路侧单元的信息。
假定所有的电动汽车可以通过导航系统直接获取每个充电站的位置，并且任意时刻充电站都有足够的电能。通信框架以每个充电站定期发布等待时间等相关信息为基础的，等待时间是由停留在该充电站的所有电动车所预估的充电时间的总和决定的。一般情况下，一旦电动车电池充满它就会离开充电站。为简单起见，假设充电站和所有的路侧单元都是有线连接的，两个相邻的路侧单元无线覆盖之间是没有重叠的，在本场景中无线覆盖并不是无处不在的。模拟了了一辆电动车从一个路侧单元离开去往下一个，并且是基于以恒定的移动速度行驶在一条直线路上。
1)拉模式：这里，由于电动车需要发送查询到路侧单元用于请求信息，需要考虑电动车的无线覆盖。当通过许多的路侧单元时，由于路侧单元的缓存性质，电动车获取信息的概率会逐步地增加。当路侧单元和电动车通信的时候该概率取决于路侧单元是否有关于充电站的历史记录。本质上，经历越长的行驶时间会有更高的概率，因为路侧单元有更多的机会来缓存充电站的历史信息。
分析过程如下：
●当电动车和第一个路侧单元进行通信时，
●当从第一个路侧单元离开并且和第二个路侧单元通信的时候，概率pob可以由
●通过归纳上述两个步骤，当电动车和第i个路侧单元通信的时候，目标值会以概率
这里，为了一般化也选择上限，即：
可以得出，增加电动车的无线通信范围会改善该给定的从路侧单元获取信息的概率。类似于推模式，v和t的影响也适用于这种情况。然而，在拉模式下等待更长的时间来缓存充电站的历史信息可以提高该概率，所以希望有一个更大的s值。
2)推模式：
●当电动车和第一个路侧单元进行通信时，
●当从第一个路侧单元离开并且和第二个路侧单元通信的时候，概率pob可以由
假设在直线道路上存在n个相邻距离相等的rsu，概率ppush表示ev能够从最少一个rsu获取信息的概率，可以得到计算公式为：
观察得出电动汽车获取信息的可能性依赖于更大的无线覆盖和更多的路侧单元的数量。同时，更频繁的更新间隔和更慢的电动汽车移动速度也会提高电动汽车获取信息的可能性。由于两相邻的路侧单元间没有重叠，所以它们间更近的距离也会对增加概率ppush有帮助。
在此基础上，观察到如果配置r＝l，拉模式相比推模式总是以较高的概率获得来自路侧单元的信息。
虽然我们的分析是基于理想情况下电动汽车在直路上、以恒定速度行驶。这样的分析也适用于城市场景中复杂的道路拓扑和以不同速度移动的电动汽车。
借助车载自主网收集电动汽车信息。其优势在于：对于城市场景密集车辆分布时，比上述系统更专业，传送实时消息更快、成本更低。专为高移动车辆与路侧单元之间的信息交换，所支持的短程车辆与基础设施，车辆和车辆通信有效的扩展在具有较高数据速率的多跳方式的车辆的传输范围。通过专用网络传递电动汽车信息，能更好保护电动汽车用户的隐私信息。
步骤四，电动汽车按照最小等待时间策略使用来自路侧单元的信息选择一个专用的充电站充电。
对于每个停在充电站的电动汽车，在充电站的等待时间为充电站内电动车充电时间的总和。为了计算这一时间，需要如下的信息
·正在充电的电动汽车数量，用nc表示。
·停在充电站上每个电动汽车的本地充电时间，用
·充电站上充电槽的数量，用υ表示。
·仍然等待可用充电槽的电动汽车数量，用nw表示。
得出最短充电时间
步骤五，电动汽车没有从路侧单元和车对车通信中获得充电站信息时，电动汽车会选择一个地理位置上最接近的充电站作为备选方案。这种情况通常发生在路侧单元遍历所有路侧单元时电动车辆错过所有更新。
对基于理想的充电系统情况下进行评估，每个电动汽车能够实时发送请求，同时接收来自控制器的等待时间。评价指标如下：
·平均等待时间：时间的平均周期是电动汽车到达选定的充电站及完成一次充电的时间。
·电动汽车获得的信息数量：总时间内所有的电动车从路侧单元获取的信息数量
·平均信息新鲜度：在电动汽车每个独立决策中当前在充电站等待的时间和记录的等待时间的不同的平均。
·充电站的利用：在充电站所消耗的电量。
·充电电动车数量：在网络中运行的充电电动车的总数。
结果表明，当降低电动汽车从路侧单元接收信息的次数时，电动汽车的等待时间增加，充电站的电量输出量也减少。