基于VANET的交通流信息采集与动态路径选择方法研究

论文摘要

在经济的快速发展下,汽车在人们的生活起到越来越重要的作用,随着汽车数量的增加,交通问题也日益严重。VANET作为未来智能交通系统的核心部分,已经成为业界和相关研究机构关注的热点。已有的实时交通系统都是利用控制中心处理交通信息,本文只利用道路上运行的车辆收集和处理道路上的交通流信息,互相共享道路上的实时交通流状况。车辆根据获得实时的道路信息,动态选择自身的最优路径,做出合理的驾驶行为。本文研究的主要内容是基于VANET的道交通信息的采集和动态路径的选择。本文主要利用道路上运行的车辆收集反向道路上交通流的信息,将获得的信息根据交通流理论进行处理,从而得到该道路的当前路况信息,之后再将该信息扩散到整个道路网络中。针对车辆信息的种类将信息分为道路交通流采集信息和道路路况扩散信息。车辆交通流信息的采集采用单播方式,车辆节点接收到信息后直接将消息进行保存,之后在即将驶出道路时,基于这些信息计算出当前反向道路上的车辆密度和车辆平均速度。道路路况扩散消息采用多跳广播的方式,将道路上的车辆密度及其平均速度周期性地广播给通讯范围内的车辆,从不同车辆接收到的相同道路信息进行信息聚合,对每条道路只保留当前最新的道路信息,车辆在下一个消息转发周期将该信息发送出去。驶入路网的车辆首先根据静态路径选择算法,选择从起始点到目的节点的最短路径。车辆在运行中不断更新路网上的路况信息,车辆实时动态选择自己的最优路径,不断调整车辆的行驶路线,达到减少出行时间,避免交通拥堵。本文的路径选择主要采用A*算法和路径替换算法,路网的道路权值主要根据交通流密度和道路的平均速度获取,A*算法根据车辆源节点不断移动,目的节点固定的特点,将问题转化为从求从目的节点到源节点的路由算法。在车辆移动到道路出口时,计算当前位置到目的节点的最优路径,作出合理的道路选择。每移动一条道路车辆都将进行计算,因此需要大量的计算。改进的算法是根据每辆车拥有道路的电子地图,可以将所经过路径在电子地图中进行触发标记,只有当标记路段路况发生改变时,我们才对该车辆的路径进行重新选择计算。本文的仿真环境是采用交通模拟器SUMO和网络模拟器OMNET+双向耦合,利用SUMO控制车辆的移动行驶,利用OMNET++实现车辆间的无线通信。TraCI中间件实现两个模拟器之间的同步通信,模拟器之间通信使用TCP连接。本文主要研究了在不同交通密度下的仿真实验,对车辆收集信息和路径扩散信息的性能分析,分析出道路上车辆密度对于无线通信性能的影响。对车辆间信息共享和非共享两种情形分别进行了模拟实验,对车辆行驶路程长度和车辆行驶时间进行了分析对比,实验结果表明VANET改善了交通流信息采集和动态路径规划的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容及论文结构
• 第2章 VANET相关基础
• 2.1 无线移动白组网简介
• 2.2 VANET介绍
• 2.2.1 VANET概念和特点
• 2.2.2 VANET的主要研究内容
• 2.2.3 VANET的应用
• 2.3 VANET的实验仿真环境
• 2.4 仿真环境的双向耦合
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于VANET的交通信息采集
• 3.1 交通流信息采集简介
• 3.2 基于VANET的交通信息采集
• 3.2.1 交通信息的采集
• 3.2.2 交通信息处理
• 3.2.3 交通信息图传播
• 3.2.4 道路信息的数据聚合
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于VANET的动态路径选择
• 4.1 动态路径选择方法简介
• 4.2 基于VANET的动态路径选择
• 4.2.1 基于VANET的路径选择算法
• 4.2.2 改进的路径选择算法
• 4.3 本章小结
• 第5章 仿真实验
• 5.1 VANET仿真环境的搭建
• 5.2 仿真实验
• 5.2.1 实验环境
• 5.2.2 实验参数设置
• 5.3 仿真实验结果分析
• 5.3.1 正常密度交通流条件下实验结果分析
• 5.3.2 低密度交通流条件下实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢