一種vanet中利用多跳通信對(duì)雙車道連通性進(jìn)行分析建模的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種VANET中利用多跳通信對(duì)雙車道連通性進(jìn)行分析建模的方法。使用多跳通信的方式進(jìn)行車?車通信，在傳統(tǒng)研究因素的基礎(chǔ)上，針對(duì)信息傳播的無線信道環(huán)境和車輛移動(dòng)性，綜合考慮衰減效應(yīng)和車輛速度對(duì)連通性的影響，分別使用基于面積的和基于半徑的方法研究連通概率。在綜合考慮衰減信道和車輛移動(dòng)性的情況下，本方法更加偏向?qū)嶋H行車場(chǎng)景，且提出的基于面積的研究方法優(yōu)于基于半徑的研究方法。
【專利說明】
-種VANET中利用多跳通信對(duì)雙車道連通性進(jìn)行分析建模的 方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種VA肥T中利用多跳通信對(duì)雙車道連 通性進(jìn)行分析建模的方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在VA肥T中，將無線通信應(yīng)用于車-路、車-車通信仍在技術(shù)方面面臨著一些挑戰(zhàn)。 由于無線信道的固有特性，多個(gè)反射物體會(huì)降低接收信號(hào)的強(qiáng)度和質(zhì)量;另外，鑒于周圍物 體和車輛本身的移動(dòng)性，必須考慮衰減效應(yīng)。車輛的高移動(dòng)性造成連接鏈路的間歇性連接 也對(duì)連通性的研究產(chǎn)生影響。在已有的車-車間通信網(wǎng)絡(luò)研究中，往往單獨(dú)強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中各層 協(xié)議或連通性的研究，傳統(tǒng)方法對(duì)車聯(lián)網(wǎng)連通性的研究比較單一，如僅考慮陰影衰落下車 輛傳輸半徑對(duì)連通性的影響，由單車道擴(kuò)展到雙車道等。
[0003] 公開于該【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng) 當(dāng)被視為承認(rèn)或W任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種VANET中利用多跳通信對(duì)雙車道連通性進(jìn)行分析建模 的方法，從而克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了
[0006] -種VANET中利用多跳通信對(duì)雙車道連通性進(jìn)行分析建模的方法，其步驟為：
[0007] (1)雙車道反方向移動(dòng)場(chǎng)景內(nèi)，采用截?cái)嘈透咚狗植济枋鲕囕v速度的分布，截?cái)?型高斯概率密度函數(shù)如下式所示：
[000引
[0009] 其中fv(v)為速度的高斯概率密度函數(shù)，又
_!、曰為 車輛速度的均值和方差;設(shè)Vmin、Vmax為車輛速度的最大值和最小值，貝賄Vmin = U-3〇、Vmax = U +3σ;那么截?cái)嘈透咚垢怕拭芏群瘮?shù)可表示為：
[0010]
[0011] (2)才用等效速度描述連通概率，設(shè)等效速度為Ueff，車輛移動(dòng)環(huán)境下車流量密度 為Peff :
[0012]
[0013] 其中λ為車輛到達(dá)率；
[0014] (3)在陰影衰落環(huán)境中，設(shè)車輛的傳輸半徑為R，等效傳輸半徑可W表示為：
[0015]
[0016] 其牛
η是信道衰減因子，Orand是一個(gè)隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差；
[0017] (4)在雙車道移動(dòng)衰落環(huán)境中，通過多跳方式進(jìn)行通信：
[0018] A、設(shè)兩車相距距離為X，根據(jù)扇形的面積求解公式可W得到通信范圍的交叉區(qū)域 面積：
[0019]
[0020] 那么在運(yùn)個(gè)交叉面積內(nèi)沒有車輛作為躍點(diǎn)車輛的概率是，有車輛作為躍 點(diǎn)車輛使兩車可直接通信的概率是/^(x)二1 - ;
[0021] B、設(shè)任意兩輛車的通信半徑不一樣，定義D(vi，r)是Wvi為中屯、、r為半徑的區(qū)域，C = D(vi，;r) nD(V2，:r〇)，相交區(qū)域的微分為dC =化目化，其中角度目可W表示為：
[0022]
[0023] C、V2是VI的k-hop鄰居車輛的概率記為Pk(X)，在V2通信區(qū)域沒有車輛中繼節(jié)點(diǎn)是VI 的化-1)-hop鄰居車輛的概率是
[0028]其中m為安全距離，L是研究路段長(zhǎng)度。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0030] 充分考慮車輛傳輸半徑、車間安全距離、無線信道衰減、車輛移動(dòng)性等因素，使用 多跳通信的方法，提出基于面積的連通性概率計(jì)算方法。本方案綜合考慮對(duì)車聯(lián)網(wǎng)連通性 構(gòu)成較大影響的多種因素，有較強(qiáng)的實(shí)用性。
【附圖說明】：
[0031 ]圖1為本發(fā)明車輛通信模型示意圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明雙車道交通模型示意圖；
[0033] 圖3為本發(fā)明不同傳輸信道環(huán)境下連接概率與車輛密度和半徑仿真結(jié)果示意圖；
[0034] 圖4為本發(fā)明不同傳輸信道環(huán)境下連接概率與車間距離的關(guān)系的仿真結(jié)果示意 圖；
[0035] 圖5為本發(fā)明車輛移動(dòng)等效速度與方差的關(guān)系仿真結(jié)果示意圖；
[0036] 圖6為本發(fā)明基于面積求法的半徑較小時(shí)2跳、3跳概率仿真結(jié)果示意圖；
[0037] 圖7為本發(fā)明基于面積求法的半徑較大時(shí)2跳、3跳概率仿真結(jié)果示意圖；
[0038] 圖8為本發(fā)明基于面積求法與基于傳輸半徑求法的連接概率對(duì)比仿真結(jié)果示意 圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0039] 下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不 受【具體實(shí)施方式】的限制。
[0040] 除非另有其它明確表示，否則在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語(yǔ)"包括"或其變 換如"包含"或"包括有"等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元 件或其它組成部分。
[0041 ] -種VANET中利用多跳通信對(duì)雙車道連通性進(jìn)行分析建模的方法，其步驟為：
[0042] (1)如圖1所示，采用雙車道反方向移動(dòng)場(chǎng)景，在相鄰車道的車只要通信范圍的交 叉區(qū)域內(nèi)存在躍點(diǎn)車輛即可相互通信并且是通過多跳通信的方式向前傳遞信息，采用截?cái)?型高斯分布描述車輛速度的分布，截?cái)嘈透咚垢怕拭芏群瘮?shù)如下式所示：
[0043]
[0044] 其中fv(v)為速度的高斯概率密度函數(shù)，又
U、曰為 車輛速度的均值和方差;設(shè)Vmin、Vmax為車輛速度的最大值和最小值，貝賄Vmin = U-3〇、Vmax = U +3σ;那么截?cái)嘈透咚垢怕拭芏群瘮?shù)可表示為：
[0045]
[0046] (2)才用等效速度描述連通概率，設(shè)等效速度為Ueff，車輛移動(dòng)環(huán)境下車流量密度 為Peff :
[0047]
[004引其中λ為車輛到達(dá)率；
[0049] (3)在陰影衰落環(huán)境中，設(shè)車輛的傳輸半徑為R，等效傳輸半徑可W表示為：
[(Κ)加]
[0化1]其4
1是信道衰減因子，Orand是一個(gè)隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差；
[0052] (4)在雙車道移動(dòng)衰落環(huán)境中，通過多跳方式進(jìn)行通信：
[0053] A、設(shè)兩車相距距離為X，根據(jù)扇形的面積求解公式可W得到通信范圍的交叉區(qū)域 面積：
[0化4]
[0化5] 那么在運(yùn)個(gè)交叉面積內(nèi)沒有車輛作為躍點(diǎn)車輛的概率是，有車輛作為躍 點(diǎn)車輛使兩車可直接通信的概率是乂）= 1 - ''
[0056] B、設(shè)任意兩輛車的通信半徑不一樣，定義D(vi，r)是Wvi為中屯、、r為半徑的區(qū)域，C = D(vi，;r) nD(V2，:r〇)，相交區(qū)域的微分為dC =化目化，其中角度目可W表示為：
[0化7]
[0化引 C、V2是VI的k-hop鄰居車輛的概率記為Pk(X)，在V2通信區(qū)域沒有車輛中繼節(jié)點(diǎn)是VI 的化-1)-hop鄰居車輛的概率是
[0061] D、使用半徑求多跳通信的連接概率Pl:
[0062]
[0063] 其中m為安全距離，L是研究路段長(zhǎng)度。
[0064] 設(shè)置參數(shù)如下:m=10，R=100、150、200、250,〇 = 0.1，K = 2、3。
[0065] VANET中，車輛節(jié)點(diǎn)的高速移動(dòng)導(dǎo)致信息傳播鏈路的間接性連接，雙行車道是高速 公路普遍的道路形式，圖2中描述了雙車道環(huán)境下利用車輛通信半徑交叉面積來分析車輛 連通性的模型。
[0066] 圖3-4描述了陰影衰落環(huán)境下和理想環(huán)境下車輛連接與傳輸半徑、車輛密度、車間 距離的關(guān)系，由圖可知，由于車輛行駛環(huán)境中建筑物等的阻擋造成的陰影衰落使得連接概 率在陰影衰落環(huán)境下相比于理想環(huán)境要低一些。隨著車間距離的增加，連接概率也會(huì)降低。
[0067] 圖5表示車輛移動(dòng)性對(duì)車量的影響，車輛速度變快時(shí)車輛數(shù)量在研究范圍內(nèi)降低， 導(dǎo)致車輛密度減小。
[0068] 圖6-7描述了跳數(shù)、車輛距離、信息傳輸半徑對(duì)連接概率的影響：在圖6中，我們假 定當(dāng)傳輸信息的跳數(shù)改變時(shí)車輛半徑保持不變，由圖可知根據(jù)車間距離與半徑的倍數(shù)關(guān)系 不同，2跳和3跳的最大概率到達(dá)點(diǎn)是不一樣的。距離小于半徑的兩倍時(shí)采用2跳信息傳輸?shù)?方式成功概率比較大;距離再增大，則3跳的傳輸信息成功概率相對(duì)較大。
[0069] 圖8表示分別利用基于面積的方法和基于半徑的方法求解連接概率，考慮受衰落 信道和車輛高移動(dòng)性的影響，連接概率和不同傳輸半徑、車輛密度的關(guān)系。當(dāng)車輛密度一定 時(shí)，使用基于面積的方法的連接概率要高于基于半徑方法的連接概率，車輛通信半徑增大， 連接概率也會(huì)增大;車輛通信半徑一定時(shí)，兩車輛成功連接概率隨著車輛密度的增加也會(huì) 增加。
[0070] 前述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說明和例證的目的。運(yùn)些描述 并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可W進(jìn)行很多改 變和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng) 用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案W及 各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種VANET中利用多跳通信對(duì)雙車道連通性進(jìn)行分析建模的方法，其特征在于:其步 驟為： (1) 雙車道反方向移動(dòng)場(chǎng)景內(nèi)，采用截?cái)嘈透咚狗植济枋鲕囕v速度的分布，截?cái)嘈透咚?概率密度函數(shù)如下式所示：其中f V (v)為速度的高斯概率密度函數(shù)：，u、σ為車輛 速度的均值和方差;SVmin、Vmax為車輛速度的最大值和最小值，則有Vmin = u-3〇、Vmax = u+3〇; 那么截?cái)嘈透咚垢怕拭芏群瘮?shù)可表示為：(2) 才用等效速度描述連通概率，設(shè)等效速度為U(3ff，車輛移動(dòng)環(huán)境下車流量密度為 Peff ：其中λ為車輛到達(dá)率； (3) 在陰影衰落環(huán)境中，設(shè)車輛的傳輸半徑為R，等效傳輸半徑可以表示為：η是信道衰減因子，〇rand是一個(gè)隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差； (4) 在雙車道移動(dòng)衰落環(huán)境中，通過多跳方式進(jìn)行通信： A、 設(shè)兩車相距距離為X，根據(jù)扇形的面積求解公式可以得到通信范圍的交叉區(qū)域面積：那么在這個(gè)交叉面積內(nèi)沒有車輛作為躍點(diǎn)車輛的概率是，有車輛作為躍點(diǎn)車 輛使兩車可直接通信的概率是B、 設(shè)任意兩輛車的通信半徑不一樣，定義D(Vl，r)是以^為中心、r為半徑的區(qū)域，C = D (vi，r) nD(V2，r〇)，相交區(qū)域的微分為dC = 2r0dr，其中角度Θ可以表示為：C、 V2是vi的k-hop鄰居車輛的概率記為Pk(x)，在V2通信區(qū)域沒有車輛中繼節(jié)點(diǎn)是vi的 (k-1 )_hop鄰居車輛的概率是D、 使用半徑求多跳通信的連接概率Pu其中m為安全距離，L是研究路段長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】H04W40/22GK106059694SQ201610298292
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】趙軍輝, 陳燕, 王傳云
【申請(qǐng)人】華東交通大學(xué)