一种城市道路网络中面向信息收集时延保障的rsu布置方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于移动通信基础设施布局规划技术领域，具体涉及一种城市道路网络中 面向信息收集时延保障的RSU布置方法。
【背景技术】
[0002] 实时性是基于车载自组织网络VANET(Vehicularadhocnetwork)的导航系统的 一项重要服务质量Q〇S(Qualityofservice)指标。在实时导航系统中，导航算法的计算 时间被认为是导航系统时延的主要来源之一，因此设计低复杂度的导航算法是一种确保系 统实时性的有效手段。而事实上，作为导航算法的数据来源，路况信息（如车辆个数、车辆 位置等）的收集时间同样不可忽略。路况信息收集的不及时，一方面会耽误导航算法的实 施；另一方面，则可能会造成车辆状态与导航结果不匹配，如车辆在路由决策之前已经移动 到了其他的路段。
[0003] 对于利用路边通信设施RSU(Road-SideUnit)的实时导航系统，信息收集时 延主要取决于车辆与RSU之间的信息传输时延。如文献"NAVOPT:Navigatorassisted vehicularrouteoptimizer"（作者W.Kim和M.Gerla,发表于IEEEConferenceon InnovativeMobileandInternetServicesinUbiquitousComputing,Seoul,July 2011)中，道路状况信息是由车辆感知，并通过RSU传递给有线连接的中心服务器，再由服 务器为所有车辆提供路由决策。专利"一种车辆自组织网络中基于RSU的分布式实时导 航方法"（发明人单杭冠等，专利申请号201510007743.6)中，分散布置在城市道路网络 中不同位置的RSU收集各自管辖区域的路况信息，并为区域内的所有车辆选择行驶时延 最小的路径。专利"Roadsidenetworkunitandmethodoforganizing,managingand maintaininglocalnetworkusinglocalpeergroupsasnetworkgroups"（发明人 TaekJinKwon等，美国专利20080095134A1)中，RSU与局部区域的移动车辆组成簇，簇中 所有车辆通过RSU连接到因特网进行信息传输。
[0004] RSU可以布置在道路网络中的任意位置，一般情况下布置在十字路口上，而城市网 络中的十字路口个数远大于所需布置的RSU数目，因此在给定RSU数目的前提下，存在着 大量的RSU布置方案。然而在不同的RSU布置方案下，每个RSU的覆盖范围以及整个网络 的信息传输时延分布均会不同。常规的RSU布置方法为均匀布置和热点布置，这两种RSU 布置方法虽然分别具有设计简单和能够实现负载均衡的优点，但是不能准确控制整个网络 的通信性能，如文献"Roadsideunitdeployment:Adensity-basedapproach"（作者 J.Barrachina等，发表于IEEEIntelligentTransportationSystemsMagazine,vol. 5, no. 3,pp. 30-39, 2013)中所介绍。现有许多研宄通过控制通信性能来布置RSU，但是考虑的 因素并非时延因素，因此并不能用于保障导航系统的实时性要求，如文献"RSUplacement optimizationinvehicularparticipatorysensingnetworks"（作者T.Kumrai等，发 表于IEEEConferenceonComputerCommunicationsWorkshops,Toronto,April2014) 中研宄了RSU布置方案对网络覆盖率的影响，以及文献"Acost-effectivestrategyfor road-sideunitplacementinvehicularnetworks"（作者T.J.Wu等，发表于IEEE TransactionsonCommunications，vol.60，no.8，pp. 2295-2303,June2012)提出 了网络 容量最大化的RSU布置方法。与上述研宄不同，文献"Optimalroadsideunitsplacement inurbanareasforvehicularNetworks"（作者B.Aslam等，发表于IEEESymposiumon ComputersandCommunications,Cappadocia,July2012)在布置RSU过程中为确保RSU和 车辆之间信息的及时交互，考虑了信息传输时延因素，但是这类研宄并没有考虑链路层协 议实施对时延的影响，并不能适用于真实的车辆自组织网络场景。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种城市道路网络中面向信 息收集时延保障的RSU布置方法，能够考虑链路层协议的影响，对RSU的位置进行设计，使 得在全网最大时延最小化的情况下，保证路况信息的及时可靠传输。
[0006] 一种城市道路网络中面向信息收集时延保障的RSU布置方法，包括如下步骤：
[0007] (1)获取城市道路网络中关于各路段长度以及车辆密度的信息，用以确定出每条 路段的信息传输时延；
[0008] (2)在每条路段上以固定间距布置若干个测试点，并记录测试点的位置；
[0009] (3)根据路段的信息传输时延以及测试点的位置，计算出城市道路网络中每个测 试点到各十字路口的最短路径时延；
[0010] (4)根据每个测试点到各十字路口的最短路径时延，以全网最大时延最小化为目 标建立如下优化模型：
[0011]
[0012]
【主权项】
1. 一种城市道路网络中面向信息收集时延保障的RSU布置方法，包括如下步骤： (1) 获取城市道路网络中关于各路段长度以及车辆密度的信息，用以确定出每条路段 的信息传输时延； (2) 在每条路段上以固定间距布置若干个测试点，并记录测试点的位置； (3) 根据路段的信息传输时延以及测试点的位置，计算出城市道路网络中每个测试点 到各十字路口的最短路径时延； (4) 根据每个测试点到各十字路口的最短路径时延，以全网最大时延最小化为目标建 立如下优化模型：
as，k< P k Pke {〇, 1丨 as，ke {〇, 1} 其中：P表示任一种RSU的布置方案，其为K维向量，pk为向量p中第k个元素值，pk = O表示第k个十字路口未布置RSU，pk= 1表示第k个十字路口布置RSU ;K为城市道路网络 中十字路口的总个数；I为城市道路网络中所有十字路口构成的集合；as:k表示第s个测 试点与处于第k个十字路口的RSU之间的归属关系，a s，k= O表示第s个测试点非归属处于 第k个十字路口的RSU，as，k= 1表示第s个测试点归属处于第k个十字路口的RSU ; 5为 城市道路网络中所有测试点构成的集合；Kksu为城市道路网络中预设的RSU布置个数；D Sik 为第s个测试点到第k个十字路口的最短路径时延； (5) 对上述优化模型进行求解，得到RSU最优的布置方案p。
2. 根据权利要求1所述的RSU布置方法，其特征在于：所述的步骤（1)中采用现有车 辆之间考虑链路层协议影响的通信模型，计算确定出每条路段的信息传输时延。
3. 根据权利要求1所述的RSU布置方法，其特征在于：所述的步骤（3)中采用Dijkstra 最短路由算法计算城市道路网络中每个测试点到各十字路口的最短路径时延。
4. 根据权利要求1所述的RSU布置方法，其特征在于：对于任一测试点，取其到各RSU 所处十字路口的最短路径时延中的最小值所对应的RSU，则定义该测试点归属于该RSU。
5. 根据权利要求1所述的RSU布置方法，其特征在于：所述的步骤（4)中以全网最大 时延最小化为目标建立优化模型的理念为：对于任一种RSU布置方案，确定每个测试点到 自身所归属的RSU所处十字路口的最短路径时延，取最大值作为该布置方案的全网时延评 价指标，遍历所有布置方案，取对应全网时延评价指标最小的布置方案为RSU最优的布置 方案。
6. 根据权利要求1所述的RSU布置方法，其特征在于：所述的步骤（5)中采用VNS算 法对优化模型进行求解，得到RSU最优的布置方案p。
【专利摘要】本发明公开了一种城市道路网络中面向信息收集时延保障的RSU布置方法，其通过合理建模，利用数目一定的RSU来实现最大车辆信息传输时延最小化的目的；本发明针对所建立的优化模型与p中值问题的相似性，在现有VNS方法的基础上做了改进，通过在不同邻域上的有效搜索，能快速准确地找到问题的近似最优解。本发明方法性能上总是好于工程上常规使用的均匀布置算法，尤其当网路中各路段密度差异较大时。另外，相比于整型规划中常用的穷举法，本发明提出的方法也实现了在不增加最大时延性能的基础上显著降低计算复杂度的目的。
【IPC分类】H04W16-18
【公开号】CN104735683
【申请号】CN201510130370
【发明人】单杭冠, 何婷婷, 黄爱苹
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月24日