博弈論在車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用研究.pdf

1、車聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)在智能交通方面的應(yīng)用，是一種移動自組織多跳無線網(wǎng)絡(luò)。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體性能與車輛節(jié)點(diǎn)之間的通信以及RSU與車輛之間的通信性能密切相關(guān)。在車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，車聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)建設(shè)必然是一個循序漸進(jìn)的過程，并且在車聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的初期需要考慮以下兩個博弈問題，也是本文的主要研究工作:
　　(1)車輛節(jié)點(diǎn)與車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)間的博弈
　　由于車聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)參與數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)需要消耗節(jié)點(diǎn)有限的帶寬、能源等資源，網(wǎng)絡(luò)中部分車輛節(jié)點(diǎn)會為節(jié)省自身的資源而

2、拒絕轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)播來的數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出自私性。網(wǎng)絡(luò)中常采用基于信譽(yù)權(quán)限或價格交換的激勵機(jī)制來促進(jìn)合作，針對車聯(lián)網(wǎng)中路邊基礎(chǔ)設(shè)施RSU的存儲空間和計算能力較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，本文結(jié)合已有成果的優(yōu)點(diǎn)，在以信譽(yù)權(quán)限機(jī)制處罰自私行為的基礎(chǔ)上，提出了對協(xié)作節(jié)點(diǎn)給予信用度獎勵的雙重激勵機(jī)制。將車聯(lián)網(wǎng)中的車輛節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)權(quán)限被分為良性和不良的，作為是否具有參與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信權(quán)限的劃分。除通過降低信譽(yù)值來懲罰自私節(jié)點(diǎn)外，該機(jī)制會對協(xié)作節(jié)點(diǎn)獎勵信用度來從經(jīng)濟(jì)上進(jìn)一

3、步激勵節(jié)點(diǎn)協(xié)作。此外，為解決大多信譽(yù)機(jī)制過于嚴(yán)格反而可能降低網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有效性的缺陷，本文引入了信譽(yù)重建模型，給不良節(jié)點(diǎn)重新獲得良性權(quán)限的機(jī)會。為驗(yàn)證該機(jī)制的有效性，基于單跳博弈模型對節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)行為進(jìn)行經(jīng)濟(jì)學(xué)分析，理論分析表明該激勵機(jī)制在保證節(jié)點(diǎn)協(xié)作的同時提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。此外，在模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，車輛節(jié)點(diǎn)在進(jìn)入單個RSU服務(wù)網(wǎng)段后，將在限定時間內(nèi)使丟包率降低接近0，而節(jié)點(diǎn)對接收到數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)比率將快速上升接近100％。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該機(jī)制在大

4、規(guī)模情形下可使得網(wǎng)絡(luò)具有快速收斂的丟包率和極高的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)率。
　　(2) RSU與車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)間的博弈
　　在多個通信服務(wù)商僅以自身收益為前提建設(shè)車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的場景中，服務(wù)商忽略了車聯(lián)網(wǎng)整體網(wǎng)絡(luò)大環(huán)境的最優(yōu)，往往產(chǎn)生RSU的冗余覆蓋。RSU建設(shè)成本較高、初期通信需求較少等原因，使短期內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)RSU在道路環(huán)境的全覆蓋。針對道路周邊的環(huán)境發(fā)生變化時，需要重新配置RSU或新建RSU的應(yīng)用場景，提出一種基于博弈論的車聯(lián)網(wǎng)RSU最優(yōu)

5、配置方法。首先，引入了車流量波動因子來調(diào)節(jié)通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)擬合出的城市道路中基于位置信息的車流量函數(shù)模型。并通過引入了有效面積分割系數(shù)對RSU通信覆蓋范圍內(nèi)的路段面積基于經(jīng)濟(jì)收益進(jìn)行準(zhǔn)確劃分。最后，通過計算服務(wù)商的收益權(quán)重及收益系數(shù)建立了單次RSU配置博弈，通過博弈模型中的收益矩陣分析出納什均衡策略集。同時建立了車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的收益模型，在RSU備選地點(diǎn)集合有限且確定的前提下，可以通過調(diào)節(jié)收益系數(shù)來使系統(tǒng)收益最大的解集與RSU單次配置博弈的納什