多協(xié)作機(jī)制下的車載通信網(wǎng)絡(luò)帶寬分配優(yōu)化的研究.pdf

1、在過去的十年里，隨著 IEEE802.11p標(biāo)準(zhǔn)和IEEE1609標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，一些智能交通系統(tǒng)的傳輸結(jié)構(gòu)正在發(fā)生改變。一種新型的網(wǎng)絡(luò)--車輛自組織網(wǎng)絡(luò)（VANET）也應(yīng)運(yùn)而生。VANET是移動自組織網(wǎng)絡(luò)（MANET）的一個重要特例。VANET的出現(xiàn)及其重要性已經(jīng)吸引了一些汽車制造商、學(xué)術(shù)研究者和各國政府的關(guān)注。這種網(wǎng)絡(luò)類型的架構(gòu)、特性、應(yīng)用和挑戰(zhàn)與 MANET不同。在VANETs中，數(shù)據(jù)流被限制在公路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和確定的方向中。
　　

2、隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)已經(jīng)不再適用。ITS提供的多種應(yīng)用可以減少交通事故，同時提高交通系統(tǒng)的可靠性和效率。特別地，專用短距離通信(DSRC)技術(shù)和車輛環(huán)境中的無線訪問(WAVE)技術(shù)的應(yīng)用使得駕駛環(huán)境更加安全、舒適?，F(xiàn)今，幾大組織都在研究 ITS架構(gòu)，包括國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）、電機(jī)及電子學(xué)工程師聯(lián)合會（IEEE）和車對車通信聯(lián)盟（C2CCC）。
　　一般情況下，VANET通信分為三類，即車輛到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）通

3、信、車輛間通信（IVC）和基礎(chǔ)設(shè)施到基礎(chǔ)設(shè)施（I2I）通信。這些不同的通信類型使得與交通狀況有關(guān)的信息交換遲延最小化。此外，VANET支持四種不同類型的信息交換，分別是安全信息、交通信息、娛樂信息和內(nèi)容信息。VANET主要的目標(biāo)是連續(xù)地廣播更新信息以確保安全的、自由的交通環(huán)境。
　　車載網(wǎng)絡(luò)是未來的ITS服務(wù)的一項(xiàng)主要技術(shù)。它們通常運(yùn)行在 DSRC頻帶，對于新興的ITS市場來說，它是一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)。在VANETs中，WAVE結(jié)構(gòu)與

4、Wi-Fi和蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有明顯的區(qū)別。不同國家運(yùn)行的VANETs信道架構(gòu)是不同的。在美國，聯(lián)邦通信委員會（FCC）將5.9GHz頻帶中的75MHz分配給VANETs。而在歐洲和日本，分給 VANETs的無線頻譜被限定為5.8GHz頻帶。根據(jù)美國的法規(guī)，VANETs由7個信道組成，每個信道是10MHz，同時在初始的頻譜中保留5MHz的保護(hù)帶寬。這7個信道被分為1個控制信道和6個服務(wù)信道，負(fù)責(zé)安全警報的控制信道的優(yōu)先級是最高的。一旦控制

5、信道被激活，為了接收和轉(zhuǎn)發(fā)控制信道中的緊急消息，所有的車輛節(jié)點(diǎn)必須停止它們的其它通信活動。
　　IEEE1609 WAVE中介紹了一個協(xié)議族，該協(xié)議族包括6個子標(biāo)準(zhǔn)來處理不同層的不同功能。其中，IEEE1609.1提供管理服務(wù)。IEEE1609.2主要負(fù)責(zé)通信安全方面。IEEE1609.3提出一種專用的單個協(xié)議，叫做 WSMP（短消息傳播協(xié)議），主要提供傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層的安全相關(guān)的應(yīng)用。此外，IEEE1609.4定義了多個信道間的頻

6、譜協(xié)調(diào)。最后，IEEE1609.5負(fù)責(zé)層間管理，而IEEE1609.6在傳輸層和應(yīng)用層之間提供一個附加的中間層，用于處理應(yīng)用層上附加的設(shè)施。然而，VANET的物理層有三個主要問題。第一個問題是車輛間的傳輸?shù)姆€(wěn)定性和無線介質(zhì)共享的有效性。第二個問題是，VANET中節(jié)點(diǎn)數(shù)量的密度變化大以及VANET中車輛密度的不可預(yù)測性。最后一個問題是，保證緊急應(yīng)用的實(shí)時性和有效性依然是一個重大挑戰(zhàn)。
　　盡管 VANET中的車輛是在預(yù)先確定的道路上

7、移動，但車輛節(jié)點(diǎn)間的鏈接具有脆弱性。VANET還面臨著各種挑戰(zhàn)。IEEE802.11p支持高速運(yùn)行的車輛節(jié)點(diǎn)間的直接通信，通信范圍達(dá)到1km。然而，美國、歐洲和日本的無線頻譜是不同的。除此之外，大量的信息在 VANET廣播，使得消息傳播和廣播技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)。所有提出的消息傳播協(xié)議的目標(biāo)都是為了緩和廣播風(fēng)暴和隱藏節(jié)點(diǎn)問題。需要考慮的另一個重要的挑戰(zhàn)是能量問題，尤其是能量傳輸問題，而不是能量消耗問題。調(diào)整傳輸能量，使總的吞吐量最大，干擾最

8、小。
　　為了避免誤導(dǎo)的路線消息和惡意信息，安全性非常重要。這種錯誤信息會造成交通擁堵，也可能會泄露駕駛員的私人信息。安全問題可以通過動態(tài) MAC地址分配以及 MAC地址副本發(fā)現(xiàn)機(jī)制來解決。此外，由于高代價、車輛移動性、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性和瞬時連通性，在實(shí)際中測試 VANETs性能是非常困難的。因此，為了能夠高效、簡便的評估網(wǎng)絡(luò)性能，需要用到仿真工具。一些網(wǎng)絡(luò)仿真器，如NS-2和OPNET，與一些移動生成器連用，可以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)性能評估的目的

9、。至今為止，還沒有一個專門的穩(wěn)定的VANET仿真環(huán)境。
　　通過 VANET分享和發(fā)布的信息可以為駕駛員和乘客提供愉快的旅行環(huán)境，可以挽救生命和財產(chǎn)損失，能夠減少交通意外。然而，要獲取信息必須接入到帶寬受限的無線信道中。此外，VANET的特殊性會使得文件內(nèi)容無法完整下載或上傳，原因包括車輛的高移動性、動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、無線頻譜的強(qiáng)衰減、過大的內(nèi)容以及分配給每輛車的有限帶寬。同時，VANET中的車輛節(jié)點(diǎn)不同于其他節(jié)點(diǎn)類型，它高度獨(dú)

10、立和自主，因?yàn)檫@些車輛是由人類行為來控制的。人類的行為是自私的，不愿意與周圍的其他節(jié)點(diǎn)共享已有資源。
　　由于節(jié)點(diǎn)間的鏈接時間短和ITS應(yīng)用的多樣性，車輛節(jié)點(diǎn)可能會為了獲得資源例如更大的帶寬而競爭，這將導(dǎo)致競爭環(huán)境的存在。這種自私的行為會嚴(yán)重的降低數(shù)據(jù)傳輸速率，并且影響網(wǎng)絡(luò)的性能。因此，激勵車輛節(jié)點(diǎn)找到合作伙伴，并自愿的與它附近范圍內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)共享自己的資源。
　　博弈論是數(shù)學(xué)化研究智能決策主體之間的沖突與合作的一種策略原理

11、。它主要用于計算機(jī)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、政治科學(xué)和生物學(xué)等其他領(lǐng)域。特別地，在計算機(jī)科學(xué)和邏輯學(xué)中，研究人員利用博弈論模擬互動競賽，為解決沖突情況提供了理論依據(jù)。博弈的各種類型都包含在博弈論中，例如合作和非合作博弈，對稱和非對稱博弈，同時決策和先后決策博弈，組合博弈。合作博弈的定義是參與者協(xié)調(diào)他們的策略并且分享最終的收益。相反，非合作博弈則不允許共享策略。在本文中，我們基本上關(guān)注的是合作博弈，特別是聯(lián)盟構(gòu)型博弈論（coalition forma

12、tion game theory）。
　　最近在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，在基于共同目標(biāo)來聚集網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用中，聯(lián)盟構(gòu)型起到了重要作用。眾所周知，聯(lián)盟構(gòu)型博弈是用來解決沖突情況和競爭環(huán)境的。在網(wǎng)絡(luò)部件包括節(jié)點(diǎn)，終端和服務(wù)提供方之間建立一個有效的協(xié)作，可以實(shí)現(xiàn)公平性，并提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能。通過該原則，網(wǎng)絡(luò)部件都可以加入到一個合適的合作集（聯(lián)盟）中，以有效地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。在博弈論中，一個聯(lián)盟是個人或群體之間的協(xié)定或條約，在這期間，他們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)目標(biāo)并

13、提高性能而相互合作并且采取聯(lián)合行動。在聯(lián)盟構(gòu)型理論中，一組成員同意通過交互來解決共同的問題，這既能提高個人目標(biāo)，也能更有效地解決一組問題。尤其是聯(lián)盟通過合作策略能夠使得參與者達(dá)成一致，并以一些特定的方式重新分配利潤總額。
　　在我們的例子中，相互競爭的車輛節(jié)點(diǎn)代表參與者，它們形成聯(lián)盟來實(shí)現(xiàn)更高的個人利益，或者是提高整體網(wǎng)絡(luò)的增益，或者兩者同時實(shí)現(xiàn)。聯(lián)盟構(gòu)型是一種戰(zhàn)術(shù)級數(shù)學(xué)工具，它是完成任務(wù)和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的一種必不可少的有效的途徑。一般

14、來說，這種數(shù)學(xué)工具已經(jīng)適用于解決許多相互沖突問題，包括資源分配、合作問題求解和商業(yè)交易等現(xiàn)實(shí)世界中的其他領(lǐng)域。聯(lián)盟構(gòu)型博弈最適合于尚不清楚交易該如何完善的情況。因?yàn)?，他們主要關(guān)注參與者之間總收益的分配，而不關(guān)注實(shí)現(xiàn)這些收益的過程?？傊?，聯(lián)盟構(gòu)型有助于對重大問題進(jìn)行重新定義。因此，參與者能夠使用策略來改善個體收益和整體聯(lián)盟目標(biāo)。
　　基于這一背景，本文重點(diǎn)關(guān)注在車載網(wǎng)絡(luò)中的高效帶寬利用率這一主題。由于為了下載或上傳內(nèi)容文件而頻繁的要

15、求訪問可用的有限帶寬，這就導(dǎo)致了在VANET中出現(xiàn)激烈的競爭環(huán)境。這種環(huán)境和車輛節(jié)點(diǎn)的理性行為都會對其他節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響，同時也會降低車載網(wǎng)絡(luò)的性能。我們介紹了在集中和分散的通信環(huán)境下相互合作的車輛節(jié)點(diǎn)間應(yīng)用聯(lián)盟構(gòu)型博弈。我們的目的是解決 VANET的帶寬利用率和帶寬分配問題。
　　簡而言之，我們提出了一個關(guān)于通信環(huán)境的帶寬問題。首先，我們旨在通過查閱關(guān)于VANET中博弈論的最新文獻(xiàn)來考慮關(guān)于資源共享改進(jìn)的幾個矛盾問題。當(dāng)前的挑戰(zhàn)

16、和未來的工作是為了實(shí)現(xiàn)一個高效的、魯棒性好的合作網(wǎng)絡(luò)。其次，本文提出了一個新的基于聯(lián)盟構(gòu)型博弈的帶寬分配分布式車間通信模型。這種不含基礎(chǔ)設(shè)施的方案減少了帶寬預(yù)訂的代價，同時增加了車輛可獲得的帶寬。本論文的第三個貢獻(xiàn)是提出了一個基于聯(lián)盟構(gòu)型的集中式車輛對基礎(chǔ)設(shè)施模型，用來減少路邊基礎(chǔ)設(shè)施的帶寬預(yù)訂代價。它是對提出的第二個工作的擴(kuò)展，使之包含兩種類型的通信。本文的第四個貢獻(xiàn)是在第二個貢獻(xiàn)中提出了一個分布式算法優(yōu)化模型，該模型的目的是基于進(jìn)化

17、算法來優(yōu)化聯(lián)盟構(gòu)型過程。最后本文根據(jù)第三個貢獻(xiàn)提出了一種研究，該研究是針對在合作 VANET中，各種路邊設(shè)施對提高數(shù)據(jù)吞吐量的影響，第三個貢獻(xiàn)的擴(kuò)展工作是調(diào)查路邊設(shè)施對數(shù)據(jù)吞吐率的影響。
　　在第一個貢獻(xiàn)中，我們給出了一個關(guān)于VANETs系統(tǒng)及其應(yīng)用的歷史問題的概述。我們討論了VANET的演變過程，并且我們說明了這種類型的網(wǎng)絡(luò)是如何出現(xiàn)的。此外，我們對VANET的結(jié)構(gòu)、ITS應(yīng)用和無線頻譜進(jìn)行了詳細(xì)說明。我們概述了關(guān)于VANET的

18、持續(xù)性挑戰(zhàn)，包括數(shù)據(jù)傳播和車輛用戶的行為。隨后介紹了聯(lián)盟構(gòu)型的基本結(jié)構(gòu)，其中包括了對聯(lián)盟構(gòu)型的一般描述。我們還描述了如何分配收益來保證參與者之間的穩(wěn)定性和公平性。同時我們對利用聯(lián)盟構(gòu)型來解決沖突問題的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行了簡單比較。
　　此外，我們查閱了關(guān)于在 VANET中通過聯(lián)盟構(gòu)型來管理有限資源的文獻(xiàn)綜述。我們考慮了如帶寬和信道利用率、數(shù)據(jù)包傳送、內(nèi)容訪問和下載、存儲空間和安全性。最后，我們考慮到在 VANET的公開挑戰(zhàn)和未來發(fā)展趨

19、勢上采用聯(lián)盟構(gòu)型。
　　IVCs系統(tǒng)是 VANET中的主要通信類型，它不依賴于任何基礎(chǔ)設(shè)施。他們的潛在目標(biāo)是提高日常道路行駛的安全性、效率和舒適性。這種類型的通信允許在同一信號覆蓋區(qū)域內(nèi)的多輛車之間可以直接相互通信，并且相互交換相關(guān)的娛樂信息。他們提供了廣闊的應(yīng)用范圍，例如碰撞避免、傳遞協(xié)助和車隊(duì)運(yùn)作管理。IVC的最主要的優(yōu)點(diǎn)是不需要昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施。事實(shí)上，我們一般選擇 IVC來參與單跳網(wǎng)絡(luò)。此外，它定義了一個不需要任何基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)

20、助的純車載通信。
　　保持移動設(shè)備之間的實(shí)時通信對不同的ITS應(yīng)用如車輛安全、車輛用戶的移動服務(wù)和分布式協(xié)調(diào)來說是至關(guān)重要的。乘客和司機(jī)都能尋求的另一個重要服務(wù)是訪問內(nèi)容文件。在 IVC通信中的內(nèi)容共享通常能給車輛用戶提供其最喜歡的多媒體文件，使得他們在駕駛旅途中更舒適。這項(xiàng)服務(wù)所面臨的挑戰(zhàn)性問題是高帶寬和高存儲要求。此外，會存在自私的車輛節(jié)點(diǎn)，它們貪婪地訪問有限帶寬而不分享自己的資源，這些節(jié)點(diǎn)是一個危險因素，它們會降低網(wǎng)絡(luò)的性能

21、。
　　在車輛間通信中,為了最小化預(yù)訂成本和最大化吞吐量，可用帶寬需要在若干車輛之間進(jìn)行有效地分配。通常情況下,低帶寬利用率會降低車載自組織網(wǎng)絡(luò)的QoS需求。因此,車輛節(jié)點(diǎn)之間相互合作以及形成聯(lián)盟組來實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)會更好?；诘诙€貢獻(xiàn),我們提出一個新穎的無基礎(chǔ)設(shè)施或較少的基礎(chǔ)設(shè)施車載通信環(huán)境的聯(lián)合模型。它旨在規(guī)劃車輛之間的相互合作，以使它不依賴任何基礎(chǔ)設(shè)施的限制，比如路邊單元或者雷達(dá)。這項(xiàng)工作的新穎之處在于它僅考慮在競爭車輛間以

22、分布式方式分配帶寬，不同于以往的車載自組織網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)文獻(xiàn)。我們對這個模型從理論和實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　在該算法中,在請求車輛附近的車輛可以被分類為直接鄰居和間接鄰居。因此,本文提出的分布式算法可以通過在請求車輛集中搜索最有效的帶寬分配方案。一方面，如果請求車輛成功從直接鄰居那獲得它所需的帶寬，該車輛將剛好產(chǎn)生一個所需帶寬代價。相反,如果該車輛通過其他間接鄰居獲得所需的帶寬，該車輛將產(chǎn)生一個所需帶寬代價和一個附加權(quán)重。最后,當(dāng)請求

23、車輛獲得所需帶寬或當(dāng)這輛車訪問所有在其附近的車輛,都未能達(dá)到所需帶寬時，算法停止。這個解決方案在分布式IVCs中對最大化預(yù)留信道的總體帶寬和最大化車輛效用上很實(shí)用。
　　該模型的實(shí)驗(yàn)包括五個測試領(lǐng)域，包含了不同的車輛密度和大量的直接鄰居車輛。我們也介紹了三個評價指標(biāo),以衡量該算法的效率和有效性。每個實(shí)驗(yàn)被執(zhí)行100次,并計算平均結(jié)果。從目標(biāo)中獲得的結(jié)果表明,在車輛從20到100輛的密度下，使用聯(lián)盟博弈方式分配有限的可用帶寬可使平均

24、成功率達(dá)到61.9％到73.3%。該模型適用于安裝基礎(chǔ)設(shè)施有困難的地方。此外,它降低了安裝不同基礎(chǔ)設(shè)施的成本，例如：路邊單元。它還激勵車輛自發(fā)形成聯(lián)盟方式以最大化自己的帶寬分配和最小化所需的帶寬預(yù)訂成本。因此,車輛可以與他們的直接和間接鄰居形成靈活的聯(lián)盟方式，以增加個人收益以及總效用,從而提高網(wǎng)絡(luò)性能。
　　車輛和基礎(chǔ)設(shè)施間的通信方式使得車載網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍更廣。這種通信類型利用了現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)施,如交通信號燈和公交車站。已安裝的基

25、礎(chǔ)設(shè)施在監(jiān)視和控制周圍車輛的同時，也提供大量的應(yīng)用和信息。然而,這種類型的通信會增加額外的安裝成本，可能無法滿足功能需求更強(qiáng)的車輛應(yīng)用。
　　在車載自組織網(wǎng)絡(luò)里,路邊站可以被定義為一個基礎(chǔ)設(shè)施,它可以放置在交通燈,公交車站或接頭處?？傊?基礎(chǔ)設(shè)施站的存在是必要的，它可以支持車輛節(jié)點(diǎn)間的一些服務(wù)，例如互聯(lián)網(wǎng)訪問,交通信息,智能交通系統(tǒng)應(yīng)用。路邊站通常配備一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,便于車輛節(jié)點(diǎn)之間的通信。路邊站的主要優(yōu)點(diǎn)之一是減少由于車載自組織網(wǎng)

26、絡(luò)的高流動性導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)的不連通問題。然而,在汽車-基礎(chǔ)設(shè)施通信中，智能交通系統(tǒng)的多樣性應(yīng)用會導(dǎo)致嚴(yán)重的問題。車輛的高機(jī)動性、有限的帶寬資源和在基礎(chǔ)設(shè)施的覆蓋范圍內(nèi)車輛的不規(guī)則分布是汽車-基礎(chǔ)設(shè)施通信問題的主要根源。這些問題會導(dǎo)致端到端連接困難,基礎(chǔ)設(shè)施資源的負(fù)載不均和網(wǎng)絡(luò)性能下降。因此，最優(yōu)資源管理尤其是在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的帶寬分配問題仍然是一個長久的挑戰(zhàn)。
　　車輛節(jié)點(diǎn)對上傳或下載數(shù)據(jù)需求的增加和可用資源的受限會導(dǎo)致沖突情況。避

27、免這個問題可以通過請求車輛和其覆蓋區(qū)域內(nèi)最近的基礎(chǔ)設(shè)施之間相互合作來完成。此論文的第三個目標(biāo),提出一種新穎的混合合作模型,旨在增加帶寬利用率和降低資源的使用成本。該模型分析了節(jié)點(diǎn)訪問有限帶寬時產(chǎn)生的無序競爭沖突情況。我們假設(shè)車輛提供了一定的計算能力和通訊設(shè)備,以確保車間和汽車-基礎(chǔ)設(shè)施間的通信。這些掛載設(shè)備允許車輛節(jié)點(diǎn)訪問 IEEE802.11p無線信道。此外,在我們的模型中車輛還包含一個 GPS設(shè)備,用來確定其他車輛節(jié)點(diǎn)的位置。主要目

28、標(biāo)是應(yīng)用聯(lián)盟博弈理論依據(jù)競爭者的需求有效地分配帶寬。為了下載或上傳文件的內(nèi)容，我們還在車輛和基礎(chǔ)設(shè)施可能連接的短時間之內(nèi)有效地使用了無線頻譜。
　　這種算法的貢獻(xiàn)，首先定義一組請求車輛。這些車輛對最近的基礎(chǔ)設(shè)施開始一個搜索任務(wù),以得到成本最低的需求帶寬。如果在車輛請求的傳輸范圍內(nèi)沒有基礎(chǔ)設(shè)施,它可以與其他車輛形成合作聯(lián)盟方式。雖然請求車輛可以與周圍車輛和基礎(chǔ)設(shè)施形成可行的聯(lián)盟,但是優(yōu)先級最高的保留帶寬總是給最近的基礎(chǔ)設(shè)施。這背后的

29、原因是基于這樣一個前提：與其它車輛相比，基礎(chǔ)設(shè)施提供了最低單位成本和最高的帶寬可獲得概率。如果請求車輛無法獲得所需的帶寬，它就會請求其他成本價格較高的車輛合作。最后,只要得到緩存數(shù)據(jù)所需要的帶寬或者搜索圖完成，車輛請求才會停止。
　　為了檢查模型的準(zhǔn)確性和高效性，本文采用了四個評價指標(biāo)。此外,還進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究該模型的性能。在我們的仿真中,每個實(shí)驗(yàn)有一組車輛和基礎(chǔ)設(shè)施，對應(yīng)于一組請求車輛和鄰居列表。為了能夠分析這個模型，為每

30、個車輛節(jié)點(diǎn)初始化一個帶寬。此外,每個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了100次并計算平均結(jié)果。與前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比,該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,依賴路邊設(shè)備的聯(lián)盟博弈方式可以獲得更高的成功率，高達(dá)75.1%。此外,當(dāng)使用基于基礎(chǔ)設(shè)施的模式時，數(shù)據(jù)吞吐量是令人難以置信的增長達(dá)到0.911 Mbps,而在相同情況下，分布式車間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐量只有0.2 Mbps。與提出的基于分布式車間網(wǎng)絡(luò)算法相比，基于基礎(chǔ)設(shè)施的算法平均效用也減少了。這是因?yàn)榛A(chǔ)設(shè)施安裝數(shù)量有限使得形成的聯(lián)盟數(shù)

31、量減少，同時基礎(chǔ)設(shè)施提供了更便宜的代價。
　　在車輛到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）通信中，車輛節(jié)點(diǎn)能通過 VANETs實(shí)現(xiàn)快速可靠的傳輸。然而所需的RSU數(shù)量高于車輛數(shù)量的平均數(shù)，這就需要更高的配置和維護(hù)成本。因此，以低成本的方式確?？煽扛采w是非?？扇〉?。這種混合的車載通信系統(tǒng)提供了IVC與 V2I通信類型之間的一種權(quán)衡，用車輛作為移動路由器為V2I方式擴(kuò)展了范圍。通常，VANET由數(shù)量不斷變化的車輛和固定數(shù)量的RSU組成來支持信息交換。所

32、以，為了提高網(wǎng)絡(luò)連接的性能標(biāo)準(zhǔn)，在什么地方放置RSU是很難做決定的。
　　最后，一個基于非支配排序遺傳算法的多目標(biāo)改進(jìn)算法被提出。在這種方法中，我們主要研究車輛節(jié)點(diǎn)在 IVCs環(huán)境下的帶寬分配問題。到目前為止，為了達(dá)到一個高效的帶寬利用率并實(shí)現(xiàn)在相互競爭節(jié)點(diǎn)之間的公平分配，我們計劃優(yōu)化聯(lián)盟過程。這個方法是基于無基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的，就是在測試區(qū)域沒有RSU存在。
　　進(jìn)化算法（EA）由眾所周知的步驟組成，開始時初始化過程用來初始化

33、定義EA個體并從現(xiàn)實(shí)問題映射到進(jìn)化算法問題。然后，用適應(yīng)度函數(shù)來形成選擇基準(zhǔn)以達(dá)到進(jìn)化目的。基于適應(yīng)度函數(shù)，親代選擇在以下情況下被實(shí)施，基于質(zhì)量允許獲勝者個體成為下一代的父母。接下來，為了利用幸存者選擇機(jī)制，采用交叉和變異機(jī)制來生成下一代，將其重組到父母中。幸存者選擇機(jī)制旨在根據(jù)個體質(zhì)量對它們進(jìn)行區(qū)分。
　　根據(jù)先前的步驟，本文提出的該方法有兩個主要的優(yōu)化目標(biāo)，那就是保留帶寬的代價和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。這個方法由一組分為供應(yīng)者與請求者的車

34、輛組成。請求車輛力圖從鄰居供應(yīng)車輛那里找到多余的未使用的帶寬。根據(jù)聯(lián)盟定義，這個請求車輛尋求加入聯(lián)盟來得到需求的帶寬的成本的最小化。這個模型的主要目的是找到最優(yōu)的聯(lián)盟配置可以實(shí)現(xiàn)最低成本公平有效的帶寬分配。
　　在該方法中,我們介紹兩個目標(biāo)函數(shù)來衡量這種方法的準(zhǔn)確性。第一個目標(biāo)函數(shù)是最小化請求車輛的帶寬保留成本。相反，第二個目標(biāo)函數(shù)的目的是最大化信道的數(shù)據(jù)吞吐量。這種方法可以使用NSGA-II（非支配排序遺傳算法）優(yōu)化。雖然，這個

35、問題被認(rèn)為是一個聯(lián)機(jī)問題，這是違背基本的NSGA-II。在數(shù)量規(guī)模很小時，NSGA-II執(zhí)行速度非?？?。選擇 NSGA-II的另一個重要原因是當(dāng)問題有兩個目標(biāo)時，該算法表現(xiàn)良好。
　　本文通過基于車輛數(shù)量變化的各種實(shí)驗(yàn)來評估該方法的性能。每個實(shí)驗(yàn)的目的是找到適當(dāng)?shù)能囕v節(jié)點(diǎn)數(shù)，加入到適當(dāng)?shù)穆?lián)盟以便實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。此外，它的目標(biāo)是用自愿的方式同時優(yōu)化兩個目標(biāo)函數(shù)。這個方法的終止條件是達(dá)到最大迭代數(shù)。執(zhí)行每個實(shí)驗(yàn)的平均時間是5.5秒，這適合

36、我們的聯(lián)機(jī)問題。這意味著每個實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)的就是在短時間內(nèi)，用優(yōu)化車輛分配并考慮成本計算和吞吐量來建立聯(lián)盟。最后，仿真結(jié)果表明，NSGA-II通過一代代測試成功的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)吞吐量最大化的同時最小化成本。
　　最后，這種方法旨在優(yōu)化聯(lián)盟的數(shù)量和形式，在競爭車輛之間達(dá)到更好的帶寬分配，在DSRC頻譜范圍內(nèi)提高數(shù)據(jù)傳輸速率。
　　本文根據(jù)提出的算法和仿真研究了不斷變化的路邊設(shè)施數(shù)量對增強(qiáng)數(shù)據(jù)吞吐量的影響。在本次研究中，我們根據(jù)給定的車

37、輛密度來確定合適的路邊設(shè)施數(shù)量。我們研究的一個重要問題是，在給定區(qū)域內(nèi)路邊設(shè)施數(shù)量能否對相互競爭的車輛節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)吞吐量造成影響。我們提出了一個基于聯(lián)盟構(gòu)型博弈論統(tǒng)計模型，以最大化數(shù)據(jù)吞吐量來實(shí)現(xiàn)更好的資源管理。通過這個基于聯(lián)盟構(gòu)型博弈論統(tǒng)計模型，我們研究如何提高數(shù)據(jù)傳輸速率并在節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)資源的公平分配。主要地，本文旨在通過使用合作機(jī)制的VANETs減少路邊設(shè)施的安裝成本。此外，我們提出的兩個評價指標(biāo)包括數(shù)據(jù)吞吐量和最大化路邊進(jìn)入比例

38、。
　　因?yàn)楦叱杀镜穆愤叢渴鸷拓毞Φ能囕v間資源管理，提出了這個模型。這個模型的算法被分成三個階段，分別包括初始化、搜索過程、效用計算?？偣卜治隽?0個實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)都是基于4個不同車輛密度，這些密度被分配給鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目事先預(yù)定好的兩個區(qū)域。我們通過改變路邊已安裝設(shè)施數(shù)量來研究設(shè)施數(shù)量改變對實(shí)驗(yàn)的影響。每個實(shí)驗(yàn)執(zhí)行30分鐘，我們計算最大值、最小值和平均值。很不幸的是，因?yàn)闄C(jī)器規(guī)格受限，我們實(shí)驗(yàn)被限制在40個車輛節(jié)點(diǎn)的位置。
　

39、　根據(jù)仿真結(jié)果，我們觀察到使用20個車輛節(jié)點(diǎn)，當(dāng)路邊設(shè)施為1時，數(shù)據(jù)傳輸率平均最高能達(dá)到0.9Mbps。同樣地，當(dāng)設(shè)定路邊設(shè)施數(shù)為1時，平均參與率能達(dá)到67.8%。這意味著車輛節(jié)點(diǎn)能夠依賴已經(jīng)建立的路邊設(shè)施來實(shí)現(xiàn)超過50%的需求服務(wù)。然而，當(dāng)車輛節(jié)點(diǎn)數(shù)為30時，平均數(shù)據(jù)吞吐量達(dá)到大約0.88Mbps。這時路邊設(shè)施參與率減少到57.3%。最后，基于已經(jīng)完成的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)車輛節(jié)點(diǎn)數(shù)為10時，記錄的平均吞吐量最高，為1.06Mbps。并且，在使用