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

1、車聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)在智能交通方面的應用，是一種移動自組織多跳無線網(wǎng)絡。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體性能與車輛節(jié)點之間的通信以及RSU與車輛之間的通信性能密切相關。在車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，車聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)建設必然是一個循序漸進的過程，并且在車聯(lián)網(wǎng)建設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)點與車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)間的博弈
　　由于車聯(lián)網(wǎng)節(jié)點參與數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)需要消耗節(jié)點有限的帶寬、能源等資源，網(wǎng)絡中部分車輛節(jié)點會為節(jié)省自身的資源而

2、拒絕轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點轉(zhuǎn)播來的數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出自私性。網(wǎng)絡中常采用基于信譽權限或價格交換的激勵機制來促進合作，針對車聯(lián)網(wǎng)中路邊基礎設施RSU的存儲空間和計算能力較強的網(wǎng)絡環(huán)境，本文結合已有成果的優(yōu)點，在以信譽權限機制處罰自私行為的基礎上，提出了對協(xié)作節(jié)點給予信用度獎勵的雙重激勵機制。將車聯(lián)網(wǎng)中的車輛節(jié)點的信譽權限被分為良性和不良的，作為是否具有參與網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信權限的劃分。除通過降低信譽值來懲罰自私節(jié)點外，該機制會對協(xié)作節(jié)點獎勵信用度來從經(jīng)濟上進一

3、步激勵節(jié)點協(xié)作。此外，為解決大多信譽機制過于嚴格反而可能降低網(wǎng)絡節(jié)點有效性的缺陷，本文引入了信譽重建模型，給不良節(jié)點重新獲得良性權限的機會。為驗證該機制的有效性，基于單跳博弈模型對節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)行為進行經(jīng)濟學分析，理論分析表明該激勵機制在保證節(jié)點協(xié)作的同時提高了網(wǎng)絡吞吐量。此外，在模擬實驗模型中，車輛節(jié)點在進入單個RSU服務網(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％。仿真實驗表明，該機制在大

4、規(guī)模情形下可使得網(wǎng)絡具有快速收斂的丟包率和極高的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)率。
　　(2) RSU與車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)間的博弈
　　在多個通信服務商僅以自身收益為前提建設車聯(lián)網(wǎng)基礎設施的場景中，服務商忽略了車聯(lián)網(wǎng)整體網(wǎng)絡大環(huán)境的最優(yōu)，往往產(chǎn)生RSU的冗余覆蓋。RSU建設成本較高、初期通信需求較少等原因，使短期內(nèi)無法實現(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)濟收益進行準確劃分。最后，通過計算服務商的收益權重及收益系數(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