[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于人工魚(yú)群算法的車(chē)聯(lián)網(wǎng)路側(cè)單元優(yōu)化部署方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510304713.1
• 申請(qǐng)日: 2015-06-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104951832B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高振國(guó);朱涵;陳丹杰;陳炳才;姚念民;盧志茂;譚國(guó)真
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06N3/00
• 分類(lèi)號(hào): G06N3/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心21200
• 代理人: 梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于移動(dòng)通訊技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了一種基于人工魚(yú)群算法的車(chē)聯(lián)網(wǎng)路側(cè)單元部署方法。該方法區(qū)別于已有方法的特色在于，利用路側(cè)單元部署問(wèn)題模型將路側(cè)單元部署問(wèn)題轉(zhuǎn)化為非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題，并利用人工魚(yú)群算法對(duì)非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化求解。該方法能夠逐步逼近最優(yōu)部署效益，以盡量最優(yōu)化路側(cè)單元的部署效益。

背景技術(shù)

車(chē)輛自組織網(wǎng)絡(luò)是傳統(tǒng)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)在交通道路上的應(yīng)用，是一種特殊的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)。車(chē)輛自組織網(wǎng)絡(luò)主要由安裝有車(chē)載單元的車(chē)輛和安裝于路側(cè)的路側(cè)單元組成。車(chē)載單元和路側(cè)單元都具有無(wú)線通信模塊，支持車(chē)輛在移動(dòng)過(guò)程中的無(wú)線信息傳輸。這樣，經(jīng)由無(wú)線通信模塊，車(chē)輛自組織網(wǎng)絡(luò)中有兩種基本的通信，分別為車(chē)輛與車(chē)輛(V2V)間的通信、車(chē)輛與路側(cè)單元這種路旁基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)間的通信。這樣，利用無(wú)線通信技術(shù)，可以使行駛中的車(chē)輛互相通信，并通過(guò)路側(cè)單元訪問(wèn)外部網(wǎng)絡(luò)乃至Internet,及時(shí)獲取交通狀況信息、安全預(yù)警類(lèi)信息、生活?yuàn)蕵?lè)類(lèi)信息，從而減少交通事故發(fā)生率、保障駕駛安全、提高交通效率。

顯然，路側(cè)單元集合是車(chē)聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)與外部網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸樞紐。若車(chē)輛節(jié)點(diǎn)在路側(cè)單元的無(wú)線通信覆蓋范圍內(nèi)，則它可以直接從路側(cè)單元獲取信息。否則，車(chē)輛節(jié)點(diǎn)不能直接獲取路側(cè)單元傳輸?shù)男畔ⅰＴ谲?chē)聯(lián)網(wǎng)部署初期階段，受多方面因素的制約，目標(biāo)路網(wǎng)范圍內(nèi)的路側(cè)單元的部署數(shù)量通常是有限的，而相對(duì)來(lái)說(shuō)車(chē)輛節(jié)點(diǎn)要大大超過(guò)路側(cè)節(jié)點(diǎn)，且車(chē)輛節(jié)點(diǎn)的信息需求增長(zhǎng)迅速，這使得路側(cè)單元稱(chēng)為車(chē)聯(lián)網(wǎng)與外部網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸容量瓶頸。因此，在路側(cè)單元數(shù)量限制下，應(yīng)優(yōu)化路側(cè)單元的部署位置，以盡可能多的滿(mǎn)足車(chē)輛節(jié)點(diǎn)的通信需求，從而最大化路側(cè)單元的部署效益。

把處于無(wú)線通信覆蓋范圍內(nèi)車(chē)輛節(jié)點(diǎn)看作獲得了效益，而未處于其覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)看作未獲得效益。路側(cè)單元集合的一個(gè)部署方案確定后，將有許多車(chē)輛節(jié)點(diǎn)能被覆蓋而獲得效益。由于車(chē)輛節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)性和車(chē)輛分布的時(shí)空差異性，以車(chē)輛節(jié)點(diǎn)為對(duì)象的覆蓋收益具有高度時(shí)空動(dòng)態(tài)性和不確定性，并且路側(cè)單元的位置一般固定。所以，實(shí)踐中通常以路網(wǎng)為對(duì)象確定路側(cè)單元集合的覆蓋效益，根據(jù)路網(wǎng)中的各路段的車(chē)輛密度、所處區(qū)域特性、車(chē)道數(shù)等綜合確定路段的權(quán)重密度，把路側(cè)單元集合的無(wú)線覆蓋范圍之內(nèi)的所有路段的加權(quán)權(quán)重之和作為路側(cè)單元集合的覆蓋效益。假設(shè)P為路側(cè)單元集合的所有可行部署位置方案的集合，其中每個(gè)部署方案由各個(gè)路側(cè)單元的某一特定可行部署位置構(gòu)成的集合。把尋找使路側(cè)單元的部署效益最大化的路側(cè)單元位置部署方案稱(chēng)為路側(cè)單元部署問(wèn)題。本發(fā)明就針對(duì)該問(wèn)題提出了一種基于人工魚(yú)群算法的優(yōu)化部署方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種基于人工魚(yú)群算法的車(chē)聯(lián)網(wǎng)路側(cè)單元部署方法，目的在于在給定路網(wǎng)范圍內(nèi)、給定路側(cè)單元數(shù)量的情況下，確定能使部署效益近似最優(yōu)的路側(cè)單元部署方案。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1.建立路網(wǎng)模型

任意給定區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的路網(wǎng)用路網(wǎng)模型G(V,E)表示，其中V代表所有路網(wǎng)內(nèi)所有交叉路口的集合，路段集E代表路網(wǎng)內(nèi)所有路段的集合。路網(wǎng)內(nèi)的任意路段e用e(v_h,v_t,f_t,f_w)來(lái)表示，其中v_h為路段e的起點(diǎn)，v_t為路段e的終點(diǎn)，f_t為路段e的路線描述函數(shù)，f_w為路段e的權(quán)重密度函數(shù)，表示路段e的軌跡上各點(diǎn)處的權(quán)重密度，該權(quán)重密度值表征該點(diǎn)若被路側(cè)單元覆蓋所能獲得的收益。

若路網(wǎng)中需要部署n個(gè)路側(cè)單元，假設(shè)每個(gè)路側(cè)單元的覆蓋直徑為d，綜合考慮各項(xiàng)因素確定各路段的權(quán)重密度函數(shù)，則每個(gè)路側(cè)單元的部署效益為路側(cè)單元所有覆蓋路段的加權(quán)線積分。現(xiàn)在要解決的問(wèn)題可描述為：找到P的子集P^*使路網(wǎng)中被路側(cè)單元覆蓋的路段的加權(quán)權(quán)重最大。

步驟2.建立效益模型

給定路網(wǎng)和路側(cè)單元集合部署位置方案，若某個(gè)路段完全處于路側(cè)單元集合覆蓋范圍內(nèi)的，則稱(chēng)這樣的路段為全覆蓋路段，否則稱(chēng)為部分覆蓋路段。假設(shè)路網(wǎng)G(V,E)中部署的第j個(gè)路側(cè)單元的全覆蓋路段的集合為u_j，部分覆蓋路段的集合為s_j，j＝1,2,…,n，n個(gè)路側(cè)單元的全覆蓋路段的集合部分覆蓋路段的集合則部署的第j個(gè)路側(cè)單元的部署效益b_j表示如下：