一种基于博弈论的车辆自组织网络路由选择方法技术

本发明专利技术公开一种车辆自组织网络路由选择方法。涉及通信技术领域，拟进行通信的源车辆检查通信目的节点是否为其一跳邻居节点，若是，则发送数据包，否则，发送路由请求消息至路由管理中心。路由管理中心确定SV的候选中继车辆，并建模SV路由选择问题为博弈模型，建模SV及RV的得失函数，通过求解博弈模型优化解，可确定SV优化路由选择方案。本方法综合评估影响路由传输特性的多种因素，基于优化SV及RV收益的联合优化实现SV的最佳路由选择，可有效保障用户的QoS，实现系统综合性能优化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于博弈论的车辆自组织网络路由选择方法
本专利技术涉及无线通信领域，特别是车辆自组织网络(VANET)的路由选择技术。
技术介绍
随着移动通信及网络技术的快速发展，车辆自组织网络(VehicularAd-hocNETwork，VANET)作为智能交通系统(IntelligentTransportationSystem，ITS)的重要组成部分近年来受到广泛关注。VANET是一种自组织、结构开放的车辆间通信网络，能够提供车辆之间以及车辆与路边基础设施之间的通信。VANET结合全球定位系统(GPS)及无线通信技术，如无线局域网(WLAN)、蜂窝网络等，为处于高速移动状态的车辆提供高速率的数据接入服务，并支持车辆之间的信息交互，已成为保障车辆行驶安全、提供车辆高速数据通信，实现智能交通系统的有效技术。VANET中，若源车辆(SV)的通信目的车辆(DV)位于SV的一跳覆盖范围以外，可基于特定路由选择算法，选择一个或多个中继车辆(RV)为SV转发数据包至DV。然而，VANET中车辆的移动性导致网络拓扑结构的快速变化，无线信道衰落以及多用户竞争信道导致信号传输性能受限，以及各候选RV的性能差异等特性均给VANET中的路由选择技术提出了新的困难及挑战。在存在多个候选RV的情况下，如何综合考虑物理信道特性、链路消息碰撞，RV的移动性及传输特性等多种因素，选择最佳路由以保障用户通信需求，并实现系统性能优化，已成为VANET的重要研究课题，具有重要的科研及工程应用意义。文献[陈晨，焦晓辉，杜晓博，裴庆祺，金亚男，VANET中基于多路径连通时间和信任度的即时路由选择，公开号CN102916889A，公开日期2013年2月6日]提出一种VANET中基于多路径连通时间和信任度的即时路由选择方法，用于城市车辆网络通信。该方法选择路径连通时间在阀值之内的多条路径作为备选路径，继而从中选择信任度最高的路径进行数据传输。文献[余荣，谢胜利，范迪，夏文龙，一种面向车联网的协作信息传递方法，公开号CN103167024A，公开日期2013年6月19日]提出一种面向车联网的协作信息传递方法，源节点查询路侧单元(RSU)获取目的节点邻居车载单元(OBU)的信息，继而根据选择满足特定距离要求的多个目的节点邻居OBU作为协作中继，以实现可靠信息传输。文献[MahmoudHashemEiza,QiangNi,AnEvolvingGraph-BasedReliableRoutingSchemeforVANETs，IEEETransactionsonVehicularTechnology,Vol.62,No.4,MAY2013，pp.1493-1504]提出了一个基于演化图模型的路由机制，通过采用演化图获取VANET网络的拓扑结构演化特性，从而能够预先确定可靠路由。文献[JunichiroFukuyama,Sunnyvale,CA,ProbabilisticRoutingforVehicularAdHocNetwork,PatentNo.US7885285B2,IssuedDate:Feb.8,2011]提出一种基于概率的VANET路由选择算法，选择通信概率最高的路径作为目标路径。现有针对VANET路由选择算法的研究主要考虑基于节点通信距离、链路持续时间及链路通信概率等因素进行路由选择，考虑因素较为单一，未能综合物理信道特性、链路消息碰撞，RV的移动性及传输特性等多因素，另外，在优化选择协作中继时，通常仅考虑SV的性能优化，未能够全面考虑RV的传输需求，稳态传输特性以及提供中继转发业务的收益等因素，可能导致RV通信性能无法保证及网络整体性能严重受限。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出一种基于博弈论的VANET路由选择方法，在存在多个源车辆(SV)的场景下，通过在SV和中继车辆(RV)间建立博弈模型，综合考虑SV及RV的收益，实现优化路由选择。所述方法包括以下步骤：源车辆SV检查通信目的节点DV是否为其一跳邻居节点，若是，则发送数据包至DV；否则，发送路由请求消息至路由管理中心RMC，RMC确定SV的候选中继车辆RV，并基于博弈论的路由选择方法确定各SV的最优RV，并发送路由确认消息RACK，向各SV及RV通知路由选择结果；SV收到RACK后，与相应RV进行通信。基于博弈论的路由选择方法确定各SV的最优RV具体包括：根据转发数据获得的收益建立的收益函数、成本函数确定得失函数，具体为：假设网络中有M个SV及N个RV，根据第i个源车辆SV_i选择第j个候选中继车辆RV_j为其转发数据获得的收益SV_i选择RV_j为其转发数据所需支付的成本调用公式：(1≤i≤M，1≤j≤N)计算SV的得失函数为若RV_j接受SV_i的路由请求为其转发数据，根据RV_j接受SV_i的路由请求并为其转发数据获得的收益RV_j为SV_i转发数据所支付的成本调用公式：(1≤i≤M，1≤j≤N)计算RV的得失函数根据得失函数选择数据转发的最优路径。路由管理中心RMC根据SV及DV的位置信息，确定SV的候选RV，若或则该RV为此SV的候选RV，若无满足要求的候选RV，则选择SV的邻居车辆中距离SV最近的车辆作为中继车辆为其转发数据包，其中，SV_i的位置为其对应DV的位置为RV_j的位置为由某历史时期T内，RV_j发送和接收数据包的总数Nj，各数据包的大小SB，根据公式：确定RV_j的历史带宽，根据公式：建立收益函数确定收益其中，αi表示SV_i的单位速率的收益因子，Ti,j表示SV_i选择RV_j进行数据转发所需数据传输时间，βi,j表示SV_i与RV_j之间的信用因子，为常数，分别对应SV_i收益函数的曲线斜率及Ti,j的偏移值，表示RV_j的数据包的碰撞概率；根据SV_i拟支付的单位速率价格因子γi，根据公式：确定成本函数其中，Ri,j表示SV_i与RV_j之间的链路传输速率。假设M≤N，补充N-M个虚拟车辆，根据公式计算SV及RV联合效用值，其中，ρi,j∈{0,1},根据SV_i与RV_j之间链路的成功传输概率调用公式计算RV_j为SV_i转发数据获得的收益，其中，表示RV_j占用带宽成功传输的数据包数目，根据公式：计算RV_j为SV_i转发数据所支付的成本，其中，为常数，分别对应曲线斜率及的偏移值，cj表示RV_j的单位资源效率因子。所述数据包碰撞概率的确定进一步包括：根据公式：计算数据包碰撞概率，其中，mj为RV_j周围邻居车辆数，τj为单位时间内该RV的数据包平均到达率。设置SV_i的移动速率为均值为方差为的正态分布随机变量，设置RV_j的移动速率为均值为方差为的正态分布随机变量，根据公式：确定SV_i与RV_j之间的信用因子βi,j，其中，为SV_i与RV_j之间的速度信任值，θi,j为SV_i、RV_j之间的连线与SV_i与其DV连线之间的夹角，di,j为SV_i与RV_j之间的距离，Hi为SV_i的通信覆盖半径，0≤λ1,λ2,λ3≤1为给定常数权值。根据得失函数选择数据转发的最优路径进一步包括：设置有权二分图G＝(V1,V2,E)，其中，顶点集V1表示SVs的集合，即V1＝[SV1,SV2,...,SVN]，顶点集V2表示RVs的集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于博弈论的车辆自组织网络路由选择方法，其特征在于：源车辆SV检查通信目的节点DV是否为其一跳邻居节点，若是，则发送数据包至DV；否则，发送路由请求消息至路由管理中心RMC，RMC确定SV的候选中继车辆RV，并基于博弈论的路由选择方法确定各SV的最优RV，并发送路由确认消息RACK，向各SV及RV通知路由选择结果；SV收到RACK后，与相应RV进行通信。

【技术特征摘要】
1.一种基于博弈论的车辆自组织网络路由选择方法，其特征在于：源车辆SV检查通信目的节点DV是否为其一跳邻居节点，若是，则发送数据包至DV；否则，发送路由请求消息至路由管理中心RMC，RMC确定SV的候选中继车辆RV，并基于博弈论的路由选择方法确定各SV的最优RV，并发送路由确认消息RACK，向各SV及RV通知路由选择结果，具体包括，路由管理中心RMC根据SV及DV的位置信息，确定SV的候选RV，若或则该RV为此SV的候选RV，若无满足要求的候选RV，则选择SV的邻居车辆中距离SV最近的车辆作为中继车辆为其转发数据包，其中，SV_i的位置为其对应DV的位置为RV_j的位置为根据SV_i与RV_j之间链路的成功传输概率调用公式计算RV_j为SV_i转发数据获得的收益，根据公式：计算RV_j为SV_i转发数据所支付的成本，其中，表示RV_j占用带宽成功传输的数据包数目，为常数，分别对应曲线斜率及的偏移值，cj表示RV_j的单位资源效率因子，γi为SV_i拟支付的单位速率价格因子；由某历史时期T内，RV_j发送和接收数据包的总数Nj，各数据包的大小SB，根据公式：确定RV_j的历史带宽，根据公式：建立收益函数确定收益其中，αi表示SV_i的单位速率的收益因子，Ti,j表示SV_i选择RV_j进行数据转发所需数据传输时间，βi,j表示SV_i与RV_j之间的信用因子，为常数，分别对应SV_i收益函数的曲线斜率及Ti,j的偏移值，表示RV_j的数据包的碰撞概率；根据SV_i拟支付的单位速率价格因子γi，根据公式：确定成本函数其中，Ri,j表示SV_i与RV_j之间的链路传输速率；根据转发数据获得的收益建立的收益函数、成本函数确定得失函数，具体为：假设网络中有M个SV及N个RV，根据第i个源车辆SV_i选择第j个候选中继车辆RV_j为其转发数据获得的收益SV_i...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴蓉，吕园，杨宾，陈前斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85