[發明專利]基于多約束效用函數的異構車聯網網絡選擇方法及系統

有效

• 申請號: 202010310406.5
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111510879B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 聶雷;劉博;李鵬;何亨
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: H04W4/40
• 分類號: H04W4/40;H04W36/00;H04W36/14;H04W36/16;H04W36/32
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魏波

本發明公開了一種基于多約束效用函數的異構車聯網網絡選擇方法及系統，首先，處理上傳到數據中心服務器的車輛請求信息和網絡狀態信息，構建網絡屬性參數初始化決策矩陣，并使用約束函數進行參數規約處理。然后，建立綜合效用函數模型，從主觀和客觀角度對備選網絡集合進行多屬性決策，得到最大網絡綜合效用值。最后，利用切換閾值減少不必要的網絡切換決策，保證最優的網絡選擇機制。本發明能適應城市交通環境下車流量和行駛速度的動態變化，在保證車輛用戶服務質量體驗的前提下，有效減少網絡的切換次數，均衡網絡的負載，提高網絡資源的利用率。

技術領域

本發明屬于車聯網技術領域，涉及一種基于多約束效用函數的異構車聯網網絡選擇方法及系統，特別是一種城市交通環境下的基于多約束效用函數的異構車聯網網絡選擇切換方法及系統。

背景技術

近年來城市車輛數量激增，交通擁堵和安全等問題成為關注的重點。車聯網(Vehicular Ad hoc Network,VANET)作為一種新興的、結構開放的車輛通信網絡，能夠適應動態變化的車輛網絡拓撲，并為車與車和車與基礎設施之間提供可靠的通信。基于此，車聯網不僅可以用于傳輸緊急安全信息，提高車輛出行的安全和效率，也可以提供娛樂下載等服務，從而推動智能交通的發展。

隨著無線通信技術的快速發展，融合多種無線通信協議(例如DSRC、Wi-Fi、LET-V、4G/5G等)的異構車聯網成為了未來車聯網發展的必然趨勢。然而，異構車聯網中頻繁變化的網絡拓撲容易導致車輛終端進行網絡接入時出現大量的網絡切換，形成“乒乓效應”；另一方面，不均勻分布的車輛節點容易引起網絡負載不均衡的問題，導致網絡資源浪費。因此在異構車聯網的數據傳輸和交互研究中，如何高效地進行網絡選擇切換是極其重要的一環。隨著車聯網應用領域的不斷擴大，基于單因素(例如信號強度)的網絡選擇方案越來越難以滿足復雜交通環境的需求，因此基于多屬性決策的網絡切換方法成為研究重點。

現有的網絡切換決策方法很多，但依然存在許多的問題。例如如何針對異構車聯網環境的獨特性構造準確性和穩定性更好的判決算法，通過更加準確地體現備選網絡的網絡性能，用于保證車輛用戶在產生不同類型的業務流量需求時均可得到良好的服務質量體驗。此外，還包括如何解決由于車輛數量和速度的動態變化帶來的諸多問題，例如網絡負載過大、網絡資源大量浪費、切換時延波動幅度大、切換失敗和產生不必要切換等。

發明內容

本發明針對現有異構車聯網的網絡選擇切換方法的不足，提出了一種適用于異構車聯網環境的，基于多約束效用函數的異構網絡選擇方法及系統，利用備選網絡的綜合效用值來對網絡的優劣性進行評比，選取最優網絡進行選擇切換。

本發明提供了一種交通系統模型，包括了雙向車道和十字路口，多種類型網絡覆蓋車輛行駛道路，其中網絡彼此之間存在交叉部分。車輛節點隨機分布，行駛速度動態變化，行駛方向包括直行，左轉，右轉和調頭。

所述交通系統模型包括雙向車道、十字路口、涵蓋多種類型網絡的路側單元和數據中心服務器；模型中車輛節點隨機分布，行駛速度動態變化，行駛方向包括直行，左轉，右轉和調頭；所述路側單元用于提供消息、語音和視頻等多種類型的無線通信服務，同時收集過往車輛的請求信息；所述數據中心服務器用于處理路側單元上傳的車輛請求信息和網絡狀態信息。

本發明的方法所采用的技術方案是：一種基于多約束效用函數的異構車聯網網絡選擇方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：車輛向路側單元發送請求消息，請求消息的內容包括車輛的標識符、地理位置、行駛速度、行駛方向以及業務類型；路側單元將車輛請求信息和網絡狀態信息上傳給數據中心服務器；數據中心服務器對上傳數據進行處理，將所有的可用網絡列入備選網絡列表；

步驟2：利用網絡狀態信息構建初始化判決矩陣，利用車輛請求信息和網絡狀態信息分別構建接收信號強度的約束函數U(s)和網絡負載狀態的約束函數U(l)，并使用約束函數U(s)和U(l)對初始化判決矩陣的網絡屬性參數進行數據規約處理；