[發(fā)明專利]一種車聯(lián)網(wǎng)中基于蟻群優(yōu)化的中繼選擇方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810332264.5
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108684065B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任品毅;丁志豪;杜清河
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H04W40/22
• 分類號: H04W40/22;H04W4/40
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種車聯(lián)網(wǎng)中基于蟻群優(yōu)化的中繼選擇方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)發(fā)送端車輛選擇相應(yīng)中繼時，首先需要計算到每個鄰居車輛的數(shù)據(jù)包傳輸時延D_ij的大小；

2)對于在通信范圍R_range內(nèi)的每個鄰居車輛，計算發(fā)送端車輛到各個鄰居車輛的距離d_ij和鏈路持續(xù)時間LET_ij；

3)采用泊松過程模型對MAC層退避接入次數(shù)進(jìn)行建模，分析車輛競爭接入信道時所需要的退避次數(shù)B；

車輛i在時間間隔t內(nèi)發(fā)送n個數(shù)據(jù)包的泊松過程概率模型表示為：

其中：λ表示數(shù)據(jù)包的到達(dá)速率,則當(dāng)車輛所在簇范圍有C(j)輛汽車時，數(shù)據(jù)包到達(dá)的總速率為：

λ(j)＝C(j)×λ (10)

則車輛i所在的簇中其他車輛沒有數(shù)據(jù)包發(fā)送請求的概率為：

P_i(t,0)＝e^-λ(j)×t (11)

依據(jù)公式(10),車輛i的所在簇其他車輛有k個數(shù)據(jù)包發(fā)送請求，即車輛i遇到?jīng)_突的概率為1-P_i(t,0)，則車輛i競爭成功的平均退避次數(shù)為：

4)采用蟻群優(yōu)化的方法對數(shù)據(jù)包傳輸時延D_ij、距離d_ij、鏈路持續(xù)時間LET_ij以及MAC層退避次數(shù)B進(jìn)行聯(lián)合分析，建立發(fā)送端車輛選擇中繼的概率模型；

車輛i與車輛j之間MAC層退避次數(shù)、距離d_ij和鏈路持續(xù)時間LET_ij的聯(lián)合權(quán)重，也即車輛本身的啟發(fā)式信息表示為：

其中：w₁、w₂、w₃分別為權(quán)重系數(shù)，是鄰居車輛的最大退避次數(shù)，LET_max是鄰居車輛的最長鏈路持續(xù)時間，d_max是車輛到鄰居車輛最長的距離；

應(yīng)用蟻群優(yōu)化模型，依據(jù)公式(4)和公式(13),鄰居車輛轉(zhuǎn)發(fā)概率模型為：

其中：車輛i與車輛j之間的信息素，車輛i與車輛j之間的啟發(fā)式信息，車輛j與車輛l之間的信息素，車輛j與車輛l之間的信息素，N_i是鄰居車輛集合，α和β是權(quán)重系數(shù)；則選擇的最佳中繼也即下面優(yōu)化問題的解：

由于該優(yōu)化問題沒有限制條件，只需要找出所有鄰居車輛轉(zhuǎn)發(fā)概率最大的車輛，將其作為中繼；

5)采用最大化概率的方式，選擇轉(zhuǎn)發(fā)概率最大的車輛作為中繼。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車聯(lián)網(wǎng)中基于蟻群優(yōu)化的中繼選擇方法，其特征在于，步驟1)中，將通信范圍R_range內(nèi)的車輛包含到鄰居車輛集合M中,在時間間隔Δt內(nèi)，發(fā)送端車輛i到所述的鄰居車輛集合M中車輛j的平均傳輸時延為：

其中，表示車輛i發(fā)送到車輛j的第k個數(shù)據(jù)包的時延，n是車輛i發(fā)送到車輛j的數(shù)據(jù)包的總個數(shù)；

則將公式(1)作為在時間間隔Δt內(nèi)積累的時延信息素的量，基于蟻群優(yōu)化理論，信息素會隨著時間的流逝而稀釋，則在時間間隔Δt內(nèi)信息素的稀釋過程如下：

其中：是經(jīng)過稀釋之后的信息素，ρ是恒定的稀釋速率，τ_ij(t)是在t時間積累的信息素；

則經(jīng)過Δt時間后積累的總信息素濃度為：

公式(3)歸一化之后的結(jié)果為：

其中：τ_max是車輛i和鄰居車輛之間最大的時延信息素。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車聯(lián)網(wǎng)中基于蟻群優(yōu)化的中繼選擇方法，其特征在于，步驟2)中，定義車輛i與車輛j之間的坐標(biāo)分別為(x_i,y_i)和(x_j,y_j)，則車輛i與車輛j之間的距離為：

發(fā)送端車輛i與車輛j之間的夾角為：

發(fā)送端車輛i與車輛j同向行駛時，鏈路持續(xù)時間為：

其中：w_ij表示車輛i與車輛j的垂直距離，v_i和v_j分別是車輛i和車輛j的速度，R是最大通信范圍；

發(fā)送端車輛i與車輛j行駛方向相反時，鏈路持續(xù)時間為：