智能城市车载网络分层分区协作通信模型研究

城市车载网络能为解决城市交通问题提供有效的方法.大多数已存在的传输模型由于不能解决车辆的高速移动、复杂城市交通环境和多变的交通密度问题,导致传输效率低、可靠性能差.该文紧紧围绕城市环境信号传输衰减、红灯等停、固定和周期的公交运行模式,提出分层分区的通信模型.该模型充分利用公交的固定路线运行和普通车辆与公交之间的簇首节点转发策略进行优化,将车辆之间复杂的不确定的传输协议转换成协作的、稳定的3层模型.设计了有限时延内的单跳转发机制,以保证公交协助转发的可靠性和有效性; 设计了簇首触发转发机制以适应不同的车辆密度.仿真实验表明,整体模型具有较高的传输效率和较低的时延,且对于具有高移动性和复杂道路环境的城市车载网络具有较好的适应性.     

车载自组织网络中的非最远转发机制

车载自组织网络(VANETs)利用无线通信技术,实现了车辆之间的交通信息共享。已有的车间通信路由协议通常采用最远传输(MFR)机制选择转发节点,但是无线信道的过渡区会造成数据的频繁丢失和反复重发。该文通过分析无线信道收包率模型,提出了非最远转发机制(non-MFR),并定义了通信性能指标,对转发节点的选择策略进行了优化;通过选择非最远邻居作为转发节点,降低总体带宽消耗。仿真结果验证了该转发机制的有效性。     

VANET中基于合作式的ADHOC MAC协议

由于车载网VANETs(Vehicular Ad hoc Networks)在道路安全、车流量管理和娱乐应用具有广阔的前景,VANETs的数据传输技术成为研究的焦点。然而,VANETs的拓扑动态变化、车辆快速移动加速了车间通信链路的断裂,降低了链路的可靠性。为此,提出合作式通信机制以提高通信链路的可靠性,并缓解因车辆移动引起的无线道路的恶化。基于ADHOC MAC 方案,提出合作式的ADHOC MAC方案 ,记为CAH-MAC。在CAH-MAC中,一旦发现数据包未能成功传输到目的节点,邻居节点使用未占用的时隙提供合作模式重传数据。通过理论分析,得出合作模式的概率。理论分析和仿真表明,CAH-MAC提高了成功传输数据包的概率,提升了系统吞吐量。     

基于马尔可夫模型的交叉口两难区自适应控制

提出一种基于马尔可夫模型的信控交叉口两难区自适应控制方法.根据实时监测的两难区内车辆数据,采用马尔可夫模型主动预测陷入两难区内车辆数的概率分布,提出采用基于n近邻的状态转移矩阵的更新框架,并综合考虑相位时长,建立相位延长和切换时两难区内当量车辆数的计算模型,进而以相位切换的风险概率为准则,采用即时决策的交通控制自适应调整相位时长.以广州市某交叉口进行VISSIM仿真实验,在不同强度的交通条件下,验证提出方法的效用并进行参数敏感性分析.仿真结果表明经过模型参数校准后,提出的控制方法在有效减少陷入两难区内的车辆数的同时,可减小交叉口的平均延误.     

Efficient Conditional Privacy-Preserving and Authentication Scheme for Secure Service Provision in VANET

Vehicle Ad hoc NETworks(VANET) can enhance traffic safety and improve traffic efficiency through cooperative communication among vehicles, roadside infrastructure, and traffic management centers. To guarantee secure service provision in VANET, message authentication is important. Moreover, a vehicle user's private information can also be leaked during service provision. A protection mechanism is needed to prevent such leakage. Therefore, we propose a conditional privacy-preserving and authentication scheme for secure service provision in VANETs. The proposed scheme not only satisfies the security requirements of VANETs, but also optimizes the calculation process of signature generation and verification. We carry out a detailed comparative analysis. The result shows that the proposed scheme is more efficient than existing schemes in terms of communication overhead and computational cost. Therefore, our scheme is suitable for secure service provision in VANETs.     

On the Security of Information Dissemination in the Internet-of-Vehicles

Internet of Vehicles(IoV) is regarded as an emerging paradigm for connected vehicles to exchange their information with other vehicles using vehicle-to-vehicle(V2V) communications by forming a vehicular ad hoc networks(VANETs), with roadside units using vehicle-to-roadside(V2R) communications. IoV offers several benefits such as road safety, traffic efficiency, and infotainment by forwarding up-to-date traffic information about upcoming traffic. For instance, IoV is regarded as a technology that could help reduce the number of deaths caused by road accidents, and reduce fuel costs and travel time on the road. Vehicles could rapidly learn about the road condition and promptly respond and notify drivers for making informed decisions. However, malicious users in IoV may mislead the whole communications and create chaos on the road. Data falsification attack is one of the main security issues in IoV where vehicles rely on information received from other peers/vehicles. In this paper,we present data falsification attack detection using hashes for enhancing network security and performance by adapting contention window size to forward accurate information to the neighboring vehicles in a timely manner(to improve throughput while reducing end-to-end delay). We also present clustering approach to reduce travel time in case of traffic congestion. Performance of the proposed approach is evaluated using numerical results obtained from simulations. We found that the proposed adaptive approach prevents IoV from data falsification attacks and provides higher throughput with lower delay.     

信息反馈策略对含两车道的双出口路网影响研究

智能交通系统可以实时反馈路况信息以及诱导出行,从而缓解交通拥堵。最早提出的双通道信息反馈策略主要是针对备选路径完全相同的单车道路网模型。针对现有研究的不足,建立了含两车道的双通道双出口路网模型,并通过数值模拟研究了平均速度、车辆数、交通流量以及随机度信息反馈策略对该道路模型中交通流参数的影响。仿真结果表明,平均速度和车辆数反馈策略的引入将降低道路平均流量,相反随机度反馈策略的引入可一定程度的提高道路平均流量,使得路网道路上车辆通行状况更好。故随机度反馈策略用于含两车道的双通道双出口路网较优。     

面向城市环境的基于交通灯的时间稳定组播VANETs路由

车载网(vehicular ad hoc networks,VANETs)是由高速移动的车辆构成、自组织分布的无线网络。部署VANETs的目的之一在于提高交通安全、减少交通堵塞,特别是有利于安全消息的传播。然而,城市环境中安全消息的分发受道路结构、红绿灯等因素影响。为此,针对城市环境安全消息的传输问题,提出基于交通灯的时间稳定组播VANETs路由机制T-TSG(traffic light based time stable geocast)。T-TSG依据交通灯的不同情况,确定区播区域(geocast region,GR)、区播消息稳定区域(geocast message stable region,GMSR)以及稳定车辆区域(stable vehicle region,SVR)。仿真表明,提出的路由协议在数据传输率、端到端传输时延、网络开销方面得到提升。     

网联混合车流车辆换道博弈行为及模型

车联网环境中,交通系统将长期呈现智能网联汽车和传统人工驾驶车辆混合共存的状况.针对智能网联交通环境下的新型混合车流,建立了车辆的换道行为决策模型.对于混合车辆交通流引入最小安全区域模型,自主车辆交通流基于博弈论的思想进行建模.自主车辆之间的换道被看作为1种非合作博弈行为,车辆以自身行驶状态为博弈收益,寻求行驶条件更优的车道.运用SUMO软件对提出的换道模型进行仿真验证分析.仿真结果表明,博弈换道模型相比于传统间隙阈值接受模型具有较高的车道利用率和安全稳定性.     

VANETs中基于链路的可持续时间的路由方案

车载网VANETs中的车间通信V2V(vehicle to vehicle)有利于车辆信息的共享、提高交通安全;然而,在VANETs中,车辆快速移动、车辆分布不均匀以及拓扑结构动态变化等特性,导致车辆间通信链路断裂频繁、路由稳定性差、车间通信V2V数据传输效率低.为此,以车辆间通信链路的可持续时间为选择路由指标,择优选取可持续时间长的链路组建路由.从而提高路由的稳定性.利用车辆的实时移动信息,包括移动速度、移动方向以及位置估计链路的可持续时间;同时,车辆周期地广播路由表,邻居节点利用收到其他节点的路由表更新自己的路由表,通过这种方式使车辆共享实时的链路信息.仿真结果表明,提出的路由方案有效地提高数据传输速率、降低了端到端传输时延,并提升了吞吐量.     

基于方向矢量角簇群和桥节点的车间通信协议

在车载自组织网(vehicular ad hoc networks,VANET)中,高动态的拓扑结构和频繁断裂的链路给车间通信提出挑战。为此,针对VANET城市场景,提出基于方向矢量角簇群和桥节点的路由(vector-angle-cluster and bridge nodes-based routing,VAC-BNR)协议。VAC-BNR协议将城市道路划分为十字路口区域和十字路口间的直线路段区域。在十字路口区域内,选择合适的车辆作为桥节点;并由桥节点连通断裂的链路。而在直线路段区域,利用矢量角将车辆划分不同的簇群,然后计算每个簇群内节点的效用值;并选择效用值最高的车辆传输数据。仿真结果表明,提出的VAC-BNR协议能够有效地降低端到端传输时延、提高数据包传递率。与AMD相比,VAC-BNR协议的平均端到端传输时延下降了约30%,当车流密度大于80辆/km~2时,数据包传递率提高了约50%。     

A survey on data dissemination in VANETs

Vehicular ad hoc networks （VANETs） aim to get the intelligent communication for vehicular networks, they can extraordinarily improve the security and effi- ciency issues of road traffic. Data dissemination is the base of communication, it acts as an important role in VANETs system. In this paper, we survey main results of data dis- semination in vehicle to vehicle （V2V） communications, and expound this review on three parts： routing protocols, mobility model and security, all of which deeply affect the transmission performance in VANETs. We present the main representative research techniques and achievements in each category, and at last, further conclude the research trends and challenges for data dissemination in VANETs.     

城市道路自由车速与车道宽度关联性分析

通过对城市道路路段及交叉口出口道自由车速的特性分析,获得自由车速与车道宽度的关联性.选取杭州市交通设施相似、车道宽度不同的9条道路进行车速调查,并采用视频检测及图像识别技术提取车速数据.经数据分析得出,路段及交叉口出口的自由车速服从正态分布,且特征车速随车道宽度增加有上升趋势;建立车道宽度对车速离散情况影响模型,得出交叉口出口及路段车速离散情况随车道宽度的变化趋势.研究结论说明,合理设置道路车道宽度有利于限制车速和提高道路安全性,还可以为城市交通流建模及城市交通管理提供依据.     

船舶外飘砰击有效砰击角概率分布

基于海浪波面斜率的随机性,研究了船舶外飘砰击有效砰击角的概率分布问题.将垂直法平面内船体表面斜升角在初始纵剖线角处泰勒展开,根据船舶运动的随机特性推导了船体表面斜升角的概率密度函数;在随机海浪波面斜率、波面倾角的统计规律和波浪破碎判据条件的基础上,推导了有效砰击角随机变量的概率密度函数,为进一步研究船舶外飘砰击载荷的概率预报方法奠定了基础.     

基于统计分析的交通检测设备性能诊断方法

针对智能交通(ITS)应用系统中检测设备长期性能的健康监测问题,在海量实测交通数据的分析挖掘基础上,提出了一套定量化的诊断方法.该方法以稳定性良好的实测交通流参数——自由流车速为主要指标,采用参数估计、假设检验与置信区间分析相结合的方式,完成针对检测数据的量化分析和检测设备性能状态判断.利用浮动观测车,在上海城市快速道路交通监控系统所积累的历史和实时数据中验证了该方法的有效性.     

人工和ETC混合收费方式对车辆能耗的影响

【目的】为探讨高速收费站全面设置ETC通道的必要性,研究人工和ETC收费方式共存的高速公路收费站路段的车辆能耗模型。【方法】基于元胞自动机NaSch交通流模型,针对人工和ETC收费方式共存的单向单车道的收费站路段提出车辆的能耗公式,并数值模拟周期边界条件下人工收费车辆的比例系数和收费站站前减速路段的长度对车辆能耗的影响。【结果】人工收费车辆的比例系数和收费站站前减速路段的长度越大,道路上车辆的能耗值就越小,对应的流量和平均速度也越小,道路交通越拥堵。【结论】人工收费车辆的比例系数和收费站站前减速路段的长度对车辆能耗都有一定程度的影响。     

基于阈值的车联网信标传输功率控制算法

研究了基于阈值的车联网信标传输功率控制算法.在保证网络最大连通性前提下,通过预设信道负载阈值,规定信道负载的合理区间,根据阈值调整目标节点载波侦测范围内所有车辆的信标传输功率,将信道负载控制在一定范围内,从而避免信道拥塞.通过仿真八车道高速公路基本路段和实际行车实验,对算法进行了验证及相关分析.结果表明该算法能有效地控制信道负载,避免信道拥塞,增强了车载网络无线信标传输的稳定性和健壮性.     

基于双端截断功率谱密度的扩展Suzuki地面移动卫星信道模型

为使信道模型能更加准确地反映实际信道传播特性,根据多谱勒扩展功率谱密度在频域上的分布特性,提出一种基于双端截断功率谱密度的扩展Suzuki地面移动卫星信道模型。该模型假设接收信号的功率谱密度在低频段与高频段均被截断,推导其概率密度函数、电平交叉率等统计特性,并与实测数据进行比较。仿真结果表明,相比单端截断模型,该模型能够更好地吻合实测数据,更加准确地反映实际信道传播特性。在某些参数给定的情况下,该模型可以转化为其他窄带卫星信道模型,是一种适用性比较广的卫星信道模型。      

考虑车队离散的路段行人过街感应式信号控制方法

为了在保证路段行人过街安全与过街需求的前提下,同时提升路段车辆运行效率,本文充分考虑车队离散到达与路段行人过街的动态影响,建立了路段行人过街感应式信号控制方法。首先,本文基于Robertson车队离散模型,以车头时距对上游到达车队进行动态划分,并根据路段行人过街点位预测下游车辆排队状态;以车队离散度选择下游到达车队中车辆作为信号优化输入参数建立感应控制方法,同时分析了路段行人过街位置对配时方案的影响;然后,通过SUMO的交通控制接口(Traffic Control Interface, TraCI)搭建仿真环境,以车辆与行人的综合平均延误,分别对路段单向与双向交通环境的信号配时方案进行仿真验证与对比分析。结果表明,相比传统感应控制而言,优化后的感应控制在单向交通与双向交通情况下,行人与车辆综合平均延误分别降低5.56%、7.06%。     

基于车间通信的换道策略研究

针对道路交通系统中换道行为产生的干扰作用,提出了基于车间通信的两阶段车辆换道策略。基于NGSIM数据对普通车辆换道行为进行分析,建立两阶段换道模型。模型第一阶段考虑影响换道的六个影响因素,构建二元Logit模型,估计车辆换道概率;第二阶段利用安全条件确定车辆换道行为是否实施。对于互联车,在换道模型第一阶段考虑更加精确的实时交通状态信息,设计了对应的换道策略。通过数值模拟,分析不同换道策略对交通流的影响。结果表明,基于车间通信的换道模型考虑了本道和目标车道更多车辆的速度及位置信息,效用函数使得车辆的换道行为考虑了更大范围内平均车速和平均车距的因素,而不仅仅局限于最近邻范围内交通状态的局部效用,从而抑制了换道的频率及其产生的干扰,增加了道路交通系统的通行效率。