VANET中解决RSU接入问题的演化博弈方法

摘要

本发明属于移动通信技术领域，公开了一种VANET中解决RSU接入问题的演化博弈方法。首先确定研究问题为高速移动的车辆在RSU的有限通信范围内，如何选择接入RSU才能保证车辆获得Qos较高的服务。其次确定研究过程为考虑VANET车联网网络拓扑频繁变化、RSU分布不均匀、RSU通信范围有限、RSU覆盖范围内的车辆数较多等特点，本发明提出采用演化博弈论的方法约束车辆在VANET特殊网论环境下车辆无序竞争RSU带宽资源造成的问题。本发明的效果和益处是根据提出的博弈方法选择接入合适的RSU，保证VANET拓扑频繁变化的情况下车辆请求服务的高效性。

主权项

1.VANET中解决RSU接入问题的演化博弈方法，其特征在于如下步骤：（1）车辆与RSU通信模型研究场景中包括n辆车和m（m>1）个RSU，RSU是目的节点，每辆车都安装有通信设备和GPS全球定位系统，只考虑V2R通信；VANET中，车辆不能接入Internet并且随机进入RSU的覆盖范围；如果某辆车在RSU的覆盖范围内时，它会向RSU发送服务请求；RSU会周期性的向车辆广播beacon信息，车辆根据beacon即可获得当前RSU的状态、车辆所在网络状态等信息；双RSU场景下基于演化博弈的RSU接入模型表1双RSU场景车辆收益矩阵表双RSU场景下演化博弈是一个单群体演化博弈，即在同一个群体中所有参与者的策略集是相同的。根据上面描述的车辆在RSU覆盖范围内移动过程中对RSU接入操作，列出收益矩阵如表1所示。令x和y分别代表接入RSU1、RSU2的概率，则1‐x‐y表示车辆既不选RSU1也不选RSU2的概率；θ¹表示车辆向RSU1申请服务成功时的收益；P¹表车辆接入RSU1时需要付出的资源代价，P²表示车辆接入RSU2需支付的资源代价，h¹表示车辆接入RSU1后如果进行RSU切换需要付出的切换代价，h²表示车辆接入RSU2后如果需要切换需要付出的切换代价，表RSU的拥塞程度，即当参与者和其他竞争参与者都选择接入同一个RSU时，RSU的拥塞系数增大；车辆接入RSU1获得的收益为：车辆接入RSU2获得的收益为：RSU1和RSU2都不选的收益为0；则平均收益为$\bar{F}=x*F(x,1)+y*F(y,2)+(1-x-y)*0$$---\left(3\right)$动态演化博弈是一个重复博弈，在博弈的每个阶段，参与者根据其他参与者的收益通过学习、变异不断调整自己的收益，以保证自己获得的收益尽可能的高，最终当所有参与者的策略不变时，即获得ESS演化稳定策略，本发明最终的ESS即为{x,y}，车辆根据ESS接入RSU，保证车辆获得较高的QoS；控制收敛速度的参数μ被称为收敛因子；根据效用函数(1)(2)(3)，单群体演化博弈的动态复制方程为:$\left\{\begin{array}{c}\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}=\mu [F(x,1)-\bar{F}]*x\\ \frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dt}}=\mu [F(y,2)-\bar{F}]*y\end{array}\right.---\left(4\right)$1.多RSU场景下基于演化博弈的RSU接入模型群体i接入RSU j的收益$F_i^j={\theta }_i^j-P_i^i---\left(5\right)$所有RSU都不选的收益为0群体i的平均收益为${\bar{F}}^i={\Sigma }_{j=1}^M{x}_j^i---\left(6\right)$群体i的动态复制方程为：$\frac{{\mathrm{dx}}_j^i}{\mathrm{dt}}=\mu [F_j^j-{\bar{F}}^i]---\left(7\right)$其中表示车辆i接入RSU j的概率，本发明所求解即为车辆根据这个概率值接入RSU，可获得较高的QoS。表示车辆i接入RSU j时获得的吞吐量表示车辆i在RSU j的覆盖范围内的时间长度；是车辆接入RSU 的通信延迟；是车辆i和RSU j之间的传输速率；代表车辆i接入RSU j时需要付出的资源代价；是车辆i完成自己的服务请求需要与RSU j的通信时间，车辆占用RSU带宽资源时间越长，所需付出的代价就越高；α_i是车辆i请求文件的重要度，文件重要度越高，类似发邮件中的加急邮件，此时需要付出的费用也相应越高；α_i>2时为紧急事故信息：1<α_i<2表明此时存储的是路况等信息，α_i<1，表明此时车辆请求的是音视频流等娱乐信息；N^j表示所有接入RSU的车辆数；根据演化博弈知，不同群体不同比例的车辆选择接入RSU，因此即为群体1、群体2到群体m选择接入RSU j的总车辆数；是车辆i的切换代价；t_left指已经完成传输的请求文件；T_left是指车辆在RSU的覆盖范围内已经行驶的距离；当车辆请求的文件较小，在一个RSU覆盖范围内即完成时，切换代价为0。