申请/专利权人：温州大学;湖北大学;武汉中科通达高新技术股份有限公司

申请日：2021-04-18

公开（公告）日：2022-09-13

公开（公告）号：CN113099419B

主分类号：H04W4/46

分类号：H04W4/46;H04W24/02;H04W24/06;G06F30/28;G06F111/08;G06F113/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.09.13#授权;2021.07.27#实质审查的生效;2021.07.09#公开

摘要：本发明公开了一种基于双车道格子流体力学的提高车联网通信连通性的方法，包括如下步骤：1）构建双车道车联网通信模型；2）推导保证车流稳定需满足的密度条件；3）构建基于交通流平稳性的直接可连接性概率函数；4）推导车流变化过程中驾驶员调整时间后使车流稳定的条件；5）构建车辆之间的持续连通性概率函数。这种方法将道路中车辆的运动视为粒子的流动，采用双车道格子流体力学模型协调车辆的换道行为，以避免大量换道行为造成交通堵塞，在保证交通流平稳的基础上提高车辆的通信连通性。

主权项：1.一种基于双车道格子流体力学的提高车联网通信连通性的方法，其特征在于，包括如下步骤：1构建双车道车联网通信模型：双车道车联网通信模型包括车道1、车道2及车道1、车道2上均匀分布设置的一组节点J,J＝{j-n,...,j-2,j-1,j,j+1,j+2,...j+n}，依据格子流体力学模型中的换道条件定义车辆换道行为的发生为：车道2上节点j-1的密度高于车道1上节点j的密度，车道2上的车辆就会向车道1进行换道，同理，车道1上的车辆也会向车道2进行换道；2推导保证车流稳定需满足的密度条件：采用基于Nagatani双车道格子流体力学模型的双车道连续方程如公式1所示： 其中ρj-1、ρj、ρj+1分别为t时刻节点j-1、j、j+1的平均密度，νj-1、νj为t时刻节点j-1和节点j的车辆平均速度，ρ0为系统平均密度，为节点j换道完成后的密度，β为车辆换道概率，依据当前节点与同车道相邻节点密度差构建的新演化方程如公式2所示： 其中a为司机的驾驶敏感系数，将双车道连续方程公式1和新演化方程公式2联立得到稳定性分析方程如公式3所示： 系统稳定性状态的解如公式4所示： 且在双车道系统中，优化速度的函数形式如公式5所示： 其中，ρc为节点临界密度，假设yit是一个扰动，相应的密度和最优速度如公式6所示： 将yit按傅里叶级数展开，取其中的单色波分量如公式7所示：yit＝expikj+zt7，并由此得到由yit表示的相关参数如公式8所示： 将公式5-公式8代入公式3整理得到公式9： 在ik→0，z→0时，展开公式9中的z，得到展开式如公式10所示：z＝z1ik+z2ik2+…10，将展开式公式10代入公式9并令方程中的实部和虚部等于零，得到z的一阶项系数和二阶项系数如公式11和公式12所示： 如为保证交通流稳定，则需要保证z2始终为正，即车流密度需满足条件如公式13所示： 3构建基于交通流平稳性的直接可连接性概率函数：设车辆之间的距离x，概率密度函数如公式14所示： 定义车辆和车辆的通信范围分别为和用表示取二者通信半径中小的值，如公式15所示： 距离x的累计分布函数，即车辆之间可以相互通信需满足的条件如公式16所示： 有效通信范围如公式17所示： 联立公式16和公式17得出的求解公式如公式18所示： 其中，r0是没有路径衰落时车辆的通信半径，γth为信噪比阈值，α表示路径损耗指数，ζ是衰落系数，pt为车辆发射功率，pn为总的加性噪声功率，将公式13取等号并联立公式16、公式18得到车流稳定情况下车辆之间的直接可连接概率函数如公式19所示： 4推导车流变化过程中驾驶员调整时间τ后使车流稳定的条件：车流变化过程中驾驶员调整时间τ后双车道模型新的演化方程如公式20所示： 在新的演化方程下，交通流保持稳定需满足的条件如公式21所示： 5构建车辆之间的持续连通性概率函数：车辆之间完成一次数据传输所需的时间如公式22所示： 其中，T0为链路建立时间，S为数据包大小，D为完整传输数据包所需的速率，l为节点之间的距离，链路持续连通概率函数表达式如公式23所示：Pc＝PT+T0＜τ23，采用如下方法计算持续连通概率值，过程如下：5-1输入pn、S、D变量的随机值，初始化完整接收消息的次数Jc和方法的执行次数J的值为0；5-2对于每一对需要相互通信的车辆和计算出相对速度的取值，如公式24所示：νrel＝random20±2024；5-3由公式21取等号计算τ，利用公式22计算车辆之间完成一次数据传输所需的时间T；5-4如果T+T0＜τ成立，则Jc＝Jc+1，否则，执行下一步；5-5判断J是否小于10000，若是，执行J＝J+1，返回步骤5-3，否则，执行步骤5-6；5-6依据公式25所示计算Pc的值： 5-7保存数据Pc，结束。

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