车辆事故信息定向发布方法技术

本发明专利技术提出了一种车辆事故信息定向发布方法，主要解决现有技术油耗高、信道竞争激烈及无法满足多业务共存通信的问题，其方案为：建立交通系统模型和含两跳通信的联合通信模型；在交通和通信模型的基础上构建交通系统总消耗模型；构建最小化系统总消耗的优化问题，分别解出两跳通信的最优定向发布矩阵；构建最小化大带宽传输业务平均传输速率的优化问题，解出其最优资源分配矩阵；构建最大化紧急业务传输成功率且最小化大带宽传输业务速率损失的优化问题，解出紧急业务的最优资源分配矩阵；将这些最优矩阵组合得出定向发布总矩阵。本发明专利技术在最大化事故信息传输成功率的同时，减少了交通系统的总消耗，可用于城市道路网络。可用于城市道路网络。可用于城市道路网络。

【技术实现步骤摘要】
车辆事故信息定向发布方法


[0001]本专利技术属于智能交通
，具体涉及一种车辆事故信息定向发布方法，可用于城市道路网络。

技术介绍

[0002]近年来，城市道路网络中骤增的机动车数量与出行需求使得城市交通事故频发。除了直接经济损失以外，由事故引起的典型非周期性交通拥堵在出行时间、燃料消耗、空气污染等方面造成的损失也不可小觑。事故后道路拥塞带来的消极影响逐渐成为构建安全、高效、绿色智能交通系统的障碍。
[0003]作为物联网研究最广泛的领域之一，车联网技术为解决这个燃眉之急提供了契机。通过通信手段将事故信息发布给城市道路网络中所有网联车，避免因信息滞后而导致拥塞扩大及传播，造成不可估量的经济损失。事故信息的非定向发布对减少事故发生次数以及缓解事故后拥塞带来的消极影响至关重要。随着网联车数目的不断增多，有限的无线资源和无限的资源需求这一矛盾显现得更加淋漓尽致，事故信息的非定向发布性能难以保证。这促使研究者们不得不找寻新的策略来进一步缓解大量网联车通信带来的链路压力和性能影响，事故信息定向发布这一想法应运而生。
[0004]目前，有关事故信息定向发布方法的研究主要集中于车联网场景中的半定向发布策略，可分为两种类型：
[0005]第一种是基于有影响力节点的发布方法。该方法通过车辆终端影响力决策算法对网联车在车联网环境中的影响力进行排序，在信息发布时选择影响力较大的网联车作为信息发布的中继节点，即首先将事故信息发布给中继节点，继而中继节点将事故信息发布给其他所有网联车，这在同一时刻可减少信道竞争压力，保证通信可靠性。
[0006]第二种是基于传输概率的发布方法。在该方法中，不同车辆终端接收信息时的通信性能由其自身与事故发生地点的相关性决定，与事故相关的网联车将高概率以低延迟高可靠的性能接收事故信息，而相比之下其他相关度较低的网联车接收信息时的性能可能相对较差。此种方式通过对发布概率进行控制从而实现了半定向发布，提高了通信效率的同时，对事故后拥塞带来的消极影响也会有缓解。
[0007]上述现有事故信息定向发布方法相关研究主要集中在车联网场景中半定向发布的通信性能研究方面，即通过选择有影响力的节点作为中继转发节点将信息发布给所有车辆终端以减小链路竞争压力并提高通信性能，其存在以下三方面的问题：
[0008]1)未考虑信息过度发布对交通系统的影响，可能导致拥塞转移从而造成通行延误及额外的燃料消耗等消极影响；
[0009]2)未实现完全的定向发布，使得大量且不断增多的网联车信息发布仍然面临信道竞争激烈的问题；
[0010]3)未应用于多业务竞争场景，难以保证该场景下事故信息发布的可靠性和低时延性能。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种车辆事故信息定向发布方法，以在多业务竞争情况下保证事故信息的低时延高可靠性能的同时，缓解事故信息过度发布对交通系统燃料消耗带来的消极影响。
[0012]本专利技术的技术方案是：对交通系统中总消耗建模，通过最小化系统总消耗来得出最优的事故信息定向发布矩阵，将固定的无线资源分配给大带宽传输业务使得其传输速率最大化，根据定向发布矩阵分析得出事故信息的到达规律，在该规律的基础上结合大带宽传输业务的资源分配矩阵，最大化紧急业务插入传输成功率且最小化大带宽传输业务的速率损失，以此得出紧急业务的最优分配矩阵，每个定向发布矩阵融合其对应的资源分配矩阵分配矩阵即可实现最终的定向发布。具体实现步骤包括如下：
[0013](1)选取部分城市道路网络，建立由城市道路、车辆及移动边缘计算服务器构成的交通系统模型；
[0014](2)根据移动边缘计算服务器位置构建由两跳通信链路组成的联合通信模型：
[0015]所述第一跳通信，是指事故路段的移动边缘计算服务器和其他任意一个路段移动边缘计算服务器之间的通信链路；
[0016]第二跳通信是指非事故路段移动边缘计算服务器和该路段车辆之间的通信链路；
[0017]每跳的通信业务包含大带宽传输业务和紧急业务两种业务，其中事故信息发布属于紧急业务；
[0018](3)设联合通信模型中第一跳通信和第二跳通信的定向发布矩阵分别为B、b，构建关于B和b的交通系统总消耗模型c(t)：
[0019][0020]其中，b
0,k
为第一跳通信定向发布矩阵B中第0个移动边缘计算服务器对第k个移动边缘计算服务器的事故信息发布情况，b
0,k
＝0表示第k个移动边缘计算服务器没有接收到事故信息，b
0,k
＝1表示接收到了事故信息；b
k,v
为第二跳通信定向发布矩阵b中第k个移动边缘计算服务器对其管辖范围内车辆v的信息发布情况，b
k,v
＝0表示车辆v没有接收到第k个移动边缘计算服务器发布的事故信息，b
k,v
＝1则表示接收到了事故信息；c
k,v
(t)表示在时刻t第k个移动边缘计算服务器管辖范围内车辆v没有收到事故信息时的油耗；c
’
k,v
(t)表示在时刻t第k个移动边缘计算服务器管辖范围内车辆v在收到事故信息进行路径更换后的油耗；k
max
表示移动边缘计算服务器的数目；v
max
表示第k个移动边缘计算服务器管辖范围内车辆的数目；
[0021](4)根据交通系统总消耗c(t)构建最小化系统总消耗的优化问题P1，并将其分解为两个子优化问题，采用一维搜索算法对两个子优化问题求解得到最优的信息定向发布矩阵B
*
和b
*
；
[0022](5)设大带宽传输业务的传输功率矩阵为p，信道分配矩阵为ω，构建优化变量为p和ω的最大化大带宽传输业务平均传输速率的优化问题P2，利用麻雀搜索算法对问题P2进行求解得到大带宽传输业务的最优资源分配矩阵p
*
和ω
*
，将固定无线资源分配给大带宽传输业务；
[0023](6)根据最优的定向发布矩阵b
*
得出每个移动边缘计算服务器在时隙t到达的紧
急业务数目A(t)；
[0024](7)基于最优资源分配矩阵p
*
、ω
*
和紧急业务的到达规律A(t)，构建最大化紧急业务传输成功率且最小化大带宽传输业务损失率的优化问题P3，解出紧急业务的最优分配矩阵ζ
*
，实现两种业务的最优资源分配；
[0025](8)将最优的定向发布矩阵B
*
和b
*
、大带宽传输业务的最优资源分配矩阵p
*
和ω
*
以及紧急业务的最优分配矩阵ζ
*
进行组合，得出事故信息定向发布总矩阵。
[0026]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0027](1)缓解信息过度发布在交通油耗方面的消极影响。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车辆事故信息定向发布方法，其特征在于，包括如下布骤：(1)选取部分城市道路网络，建立由城市道路、车辆及移动边缘计算服务器构成的交通系统模型；(2)根据移动边缘计算服务器位置构建由两跳通信链路组成的联合通信模型：所述第一跳通信链路，是指事故路段的移动边缘计算服务器和其他任意一个路段移动边缘计算服务器之间的通信链路；第二跳通信链路是指非事故路段移动边缘计算服务器和该路段车辆之间的通信链路；每跳链路的通信业务包含大带宽传输业务和紧急业务两种业务，其中事故信息发布属于紧急业务；(3)设联合通信模型中第一跳通信和第二跳通信的定向发布矩阵分别为B、b，构建关于B和b的交通系统总消耗模型c(t)：其中，b
0,k
为第一跳通信定向发布矩阵B中第0个移动边缘计算服务器对第k个移动边缘计算服务器的事故信息发布情况，b
0,k
＝0表示第k个移动边缘计算服务器没有接收到事故信息，b
0,k
＝1表示接收到了事故信息；b
k,v
为第二跳通信定向发布矩阵b中第k个移动边缘计算服务器对其管辖范围内车辆v的信息发布情况，b
k,v
＝0表示车辆v没有接收到第k个移动边缘计算服务器发布的事故信息，b
k,v
＝1则表示接收到了事故信息；c
k,v
(t)表示在时刻t第k个移动边缘计算服务器管辖范围内车辆v没有收到事故信息时的油耗；c
′
k,v
(t)表示在时刻t第k个移动边缘计算服务器管辖范围内车辆v在收到事故信息进行路径更换后的油耗；k
max
表示移动边缘计算服务器的数目；v
max
表示第k个移动边缘计算服务器管辖范围内车辆的数目；(4)根据交通系统总消耗c(t)构建最小化系统总消耗的优化问题P1，并将其分解为两个子优化问题，采用一维搜索算法对两个子优化问题求解得到最优的信息定向发布矩阵B
*
和b
*
；(5)设大带宽传输业务的传输功率矩阵为p，信道分配矩阵为ω，构建优化变量为p和ω的最大化大带宽传输业务平均传输速率的优化问题P2，利用麻雀搜索算法对问题P2进行求解得到大带宽传输业务的最优资源分配矩阵p
*
和ω
*
，将固定无线资源分配给大带宽传输业务；(6)根据最优的定向发布矩阵b
*
得出每个移动边缘计算服务器在时隙t到达的紧急业务数目A(t)；(7)基于最优资源分配矩阵p
*
、ω
*
和紧急业务的到达规律A(t)，构建最大化紧急业务传输成功率且最小化大带宽传输业务损失率的优化问题P3，解出紧急业务的最优分配矩阵ζ
*
，实现两种业务的最优资源分配；(8)将最优的定向发布矩阵B
*
和b
*
、大带宽传输业务的最优资源分配矩阵p
*
和ω
*
以及紧急业务的最优分配矩阵ζ
*
进行组合，得出事故信息定向发布总矩阵；(9)根据定向发布总矩阵对事故信息进行发布。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述(3)中构建关于定向发布矩阵B和b的交通系统总消耗c(t)，实现如下：
(3a)设道路状态存在事故状态和正常状态两种，根据排队论计算两种道路状态下路段a的平均通行时延C
a
：其中，λ
a
表示路段a的车辆到达率；μ表示正常情况下道路的服务率，λ0表示事故发生率，γ0表示事故情况下道路的服务率；(3b)计算车辆未收到事故信息时的油耗c
k,v
(t)：(3b1)根据路段平均通行时延C
a
，将路段i的平均通行时延C
i
表示为：其中，λ
i
为路段i的车辆到达率，i∈r
k,v
，r
k,v
表示移动边缘计算服务器k管辖内的车辆v当前所选择的路径；(3b2)根据路段i平均通行时延C
i
，计算移动边缘计算服务器k管辖内的车辆v在没有收到事故信息时的油耗c
k,v
(t)：其中，f
i
为路段i上车辆的平均油耗率，c
fuel
表示油价；(3c)计算车辆收到事故信息进行路径更换后的油耗c
′
k,v
(t)：(3c1)根据路段平均通行时延C
a
，将路段j的平均通行时延C
j
表示为：其中，λ
j
为路段j的车辆到达率，j∈r
′
k,v
，r
′
k,v
表示移动边缘计算服务器k管辖内的车辆v收到事故信息进行路径更换后的新路径；(3c2)根据路段j平均通行时延C
j
，计算移动边缘计算服务器k管辖内的车辆v收到事故信息进行路径更换后的油耗c
′
k,v
(t)：其中，f
j
为路段j上车辆的平均油耗率；(3d)根据车辆未收到事故信息的油耗c
k,v
(t)和收到事故信息进行路径更换后的油耗c
′
k,v
(t)得出交通系统总消耗c(t)：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述(4)中构建以定向发布矩阵B和b为优化变量的最小化系统总消耗优化问题，实现如下：(4a)最小化交通系统总油耗的优化问题P1表示为：(4a)最小化交通系统总油耗的优化问题P1表示为：(4a)最小化交通系统总油耗的优化问题P1表示为：(4b)将优化问题P1分解为P1
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1和P1
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2两个子优化问题：2两个子优...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长乐，岳文伟，张和和，马艺铭，陈越，计星怡，王硕，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：