車輛網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)的鄰居位置獲取協(xié)議

鄧左祥

(上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240)

0 引言

根據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查統(tǒng)計(jì)，交通事故平均每年在全世界造成大約120萬人員死亡和5000萬人員受傷［1］。此外，交通事故還會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失［2］。因此，交通事故對人類的危害相當(dāng)大，采取有效措施來預(yù)防交通事故是非常必要的。

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得利用這些技術(shù)來保障交通安全變?yōu)榭赡?。作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在交通中的應(yīng)用，車輛網(wǎng)絡(luò)近年來已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)之一。車輛網(wǎng)絡(luò)有許多有意義的應(yīng)用，比如交通安全［3］和信息共享［4］。

在車輛網(wǎng)絡(luò)中，如果2輛車在通信距離內(nèi)，這2輛車就可以互相收發(fā)消息，并且稱它們互為鄰居。隨著車載GPS裝置［5］的價(jià)格越來越便宜，車載GPS裝置逐漸開始普及起來。每輛車可以通過車載GPS裝置獲知自己的位置信息(包含經(jīng)度和緯度)。一輛車可以將自己的位置信息通過無線的方式傳輸給自己的鄰居。如果一輛車可以實(shí)時(shí)地獲得自己各個(gè)鄰居的位置，在一定程度上，可以起到保障交通安全的作用。

然而，解決車輛網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)的鄰居位置獲取問題是有挑戰(zhàn)的。首先，由于每輛車的數(shù)據(jù)包都包含自己的位置信息，因此，如何實(shí)時(shí)地獲取鄰居位置，本質(zhì)上就是如何減小接收時(shí)間間隔(Inter-Reception Time)。接收時(shí)間間隔的定義首次在文獻(xiàn)［6］提出，但是它并沒有提出減小接收時(shí)間間隔的方法。其次，為了減少發(fā)送數(shù)據(jù)包的沖突，每輛車都必須競爭信道，如何分配信道成為一個(gè)挑戰(zhàn)。最后，保證公平性，讓各輛車之間的平均接收時(shí)間間隔都差不多，這也是非常重要和具有挑戰(zhàn)的。

針對車輛網(wǎng)絡(luò)的鄰居位置獲取問題，本文提出車輛網(wǎng)絡(luò)中一種實(shí)時(shí)的鄰居位置獲取協(xié)議，目標(biāo)是使車輛網(wǎng)絡(luò)中的每輛車實(shí)時(shí)地獲知其各個(gè)鄰居的位置信息。

1 相關(guān)工作

車輛網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)受到越來越多研究者的關(guān)注，一些關(guān)于車輛網(wǎng)絡(luò)有價(jià)值的研究成果已經(jīng)形成［7-8］。

文獻(xiàn)［9-10］提出2種關(guān)于保障交通安全的重復(fù)傳輸協(xié)議SFR和SPR。重復(fù)傳輸協(xié)議將時(shí)間分為一個(gè)個(gè)時(shí)間幀，每個(gè)時(shí)間幀有L個(gè)時(shí)槽。在SFR中，每輛車從一個(gè)時(shí)間幀的L個(gè)時(shí)槽中，隨機(jī)選擇出w個(gè)時(shí)槽來傳輸數(shù)據(jù)包。在SPR中，每輛車在一個(gè)時(shí)槽發(fā)送數(shù)據(jù)包的可能性是p，維持空閑即不發(fā)送數(shù)據(jù)包的可能性是1-p。

2 問題提出

2.1 系統(tǒng)模型

當(dāng)2輛車空間上的歐氏距離小于或等于通信距離時(shí)，可以稱它們是鄰居。2輛互為鄰居的車可以互相收發(fā)消息。對于任意一輛車，如果它同時(shí)收到多輛車的數(shù)據(jù)包，在這輛車上就會發(fā)生數(shù)據(jù)包沖突。每輛車都安裝具有一定通信能力和計(jì)算能力的設(shè)備。

2.2 問題描述

在車輛a和車輛b作為鄰居期間，車輛a可以在不同時(shí)刻收到車輛b的數(shù)據(jù)包。假設(shè)在2輛車作為鄰居期間，車輛a收到車輛b的k個(gè)數(shù)據(jù)包，用tab(1)，tab(2)，…，tab(k)來表示車輛a收到車輛b數(shù)據(jù)包的各個(gè)時(shí)刻。由于車輛b的數(shù)據(jù)包中包含它最新的行駛數(shù)據(jù)，因此，每當(dāng)車輛a收到車輛b的數(shù)據(jù)包，車輛a都可以知道車輛b的位置。鄰居位置獲取平均時(shí)間間隔的定義如下。

定義1 鄰居位置獲取平均時(shí)間間隔。在車輛a和車輛b的一次作為鄰居期間，車輛a對車輛b的位置獲取平均時(shí)間間隔ηab，可以通過式(1)來計(jì)算:

在現(xiàn)實(shí)生活中，一輛車可能有很多鄰居，車輛a和車輛b也有可能相遇多次，用ηab(k)來表示a和b的第k次作為鄰居期間的ηab，用Tab來表示a和b成為鄰居的次數(shù)。車輛網(wǎng)絡(luò)中的鄰居位置獲取問題定義如下。

定義2 鄰居位置獲取問題。車輛網(wǎng)絡(luò)中的鄰居位置獲取問題，就是提出一種協(xié)議，目標(biāo)是最小化所有ηab的平均值，用式(2)表示如下:

作為有效的鄰居位置獲取，不僅要使所有ηab的平均值盡可能小，還要盡可能使每個(gè)ηab的值都差不多，以保證公平性。此外，還應(yīng)該盡可能減小計(jì)算代價(jià)。

3 實(shí)時(shí)的鄰居位置獲取協(xié)議RNP

3.1 概述

RNP是完全分布的協(xié)議。在RNP中，時(shí)間被分為一個(gè)個(gè)時(shí)間幀，每個(gè)時(shí)間幀有θ個(gè)時(shí)槽。時(shí)間幀和時(shí)槽在車輛之間是同步的，可以通過車載GPS裝置實(shí)現(xiàn)同步。為了讓鄰居獲取自己的位置，每輛車的數(shù)據(jù)包都包含自己最新的車輛行駛數(shù)據(jù)，以及鄰居數(shù)量。假設(shè)在每個(gè)時(shí)槽，每輛車都可以通過其車載GPS裝置獲取最新行駛數(shù)據(jù)。用τ0來表示一個(gè)時(shí)槽的時(shí)長，τ0在本文中是一個(gè)常數(shù)。每輛車都存儲有關(guān)于其鄰居的一個(gè)列表。在鄰居列表里，記錄著它每個(gè)鄰居的行駛數(shù)據(jù)，以及鄰居數(shù)量。

RNP分為2個(gè)版本，分別是F-RNP和P-RNP，它們都是自適應(yīng)的協(xié)議。在F-RNP中，每輛車在一個(gè)時(shí)間幀隨機(jī)選擇出?個(gè)時(shí)槽來發(fā)送數(shù)據(jù)包。在PRNP中，每輛車在一個(gè)時(shí)間幀的各個(gè)時(shí)槽以p的概率發(fā)送數(shù)據(jù)包，以1-p的概率不發(fā)送數(shù)據(jù)包。通過理論分析，本小節(jié)優(yōu)化F-RNP的參數(shù)?和P-RNP的參數(shù)p。此外，還優(yōu)化每個(gè)時(shí)間幀的長度θ。

假設(shè)車輛網(wǎng)絡(luò)中任意2輛車a和b，它們互為鄰居。假設(shè)車輛a有c-1個(gè)鄰居(其中一個(gè)鄰居是b)，車輛b有d-1個(gè)鄰居(其中一個(gè)鄰居是a)，c≥2，d≥2。對于某個(gè)給定的時(shí)槽來說，讓Pa代表車輛a在這個(gè)時(shí)槽發(fā)送數(shù)據(jù)包并且車輛b成功收到這個(gè)數(shù)據(jù)包的概率，讓Pb代表車輛b在這個(gè)時(shí)槽發(fā)送數(shù)據(jù)包并且車輛a成功收到這個(gè)數(shù)據(jù)包的概率。讓α代表車輛a在這個(gè)時(shí)槽發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率，讓β代表車輛b成功收到這個(gè)數(shù)據(jù)包的概率。

3.2 優(yōu)化 F-RNP

本小節(jié)優(yōu)化F-RNP的參數(shù)?。首先討論2輛車的情況，接著討論多輛車的情況。

假設(shè)車輛a在每個(gè)時(shí)間幀發(fā)送?a次，車輛b在每個(gè)時(shí)間幀發(fā)送?b次。讓，…分別代表車輛a的每一個(gè)c-2鄰居(除了車輛b)在每個(gè)時(shí)間幀的發(fā)送次數(shù)，…，分別代表車輛b的每一個(gè)d-2鄰居(除了車輛a)在每個(gè)時(shí)間幀的發(fā)送次數(shù)。由于車輛a在一個(gè)時(shí)間幀發(fā)送?a次，因此可以通過式(3)計(jì)算α:

只有車輛b和車輛b的其它d-2個(gè)鄰居不在這個(gè)給定的時(shí)槽發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，車輛b才能成功接收這個(gè)數(shù)據(jù)包。因此，β可以通過式(4)計(jì)算:

通過α和β相乘，可以得到Pa:

同樣，Pb通過式(6)計(jì)算得到:)

基于公平性，假設(shè)車輛a的所有鄰居在一個(gè)時(shí)間幀的發(fā)送次數(shù)都相等，以及車輛b的所有鄰居在一個(gè)時(shí)間幀的發(fā)送次數(shù)都相等，這樣可以簡化式(5)和式(6):

用X表示一個(gè)隨機(jī)變量，含義是經(jīng)過X個(gè)時(shí)槽，車輛b才收到車輛a的一個(gè)數(shù)據(jù)包。根據(jù)幾何分布的定義，X服從概率為Pa的幾何分布，其概率分布函數(shù)為:

同樣，用Y表示一個(gè)隨機(jī)變量，其含義是經(jīng)過Y個(gè)時(shí)槽，車輛a才收到車輛b的一個(gè)數(shù)據(jù)包，則Y服從概率為Pb的幾何分布，其概率分布函數(shù)為:

根據(jù)幾何分布的數(shù)學(xué)期望，可得X的數(shù)學(xué)期望為1/Pa，以及Y的數(shù)學(xué)期望為1/Pb。因此，a和b之間互相收到對方數(shù)據(jù)包的平均時(shí)間間隔為［τ0×(1/Pa+1/Pb)］/2。由于τ0在本文中是常數(shù)，因此，為了達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)，讓 τ(?a，?b)=1/Pa+1/Pb，需要最小化 τ(?a，?b)。

通過求一階偏導(dǎo)數(shù)來最小化函數(shù)，可以得到，在c=d的情況下，當(dāng)?a=θ/d和?b=θ/c時(shí)，可以使τ(?a，?b)最小化。在 c≠d 的情況下，要使 τ(?a，?b)最小化，?a和?b都是包含c和d的代數(shù)表達(dá)式。此時(shí)，計(jì)算出?a和?b的代價(jià)非常大。為了減小計(jì)算代價(jià)，采取近似最優(yōu)的方法來最小化τ(?a，?b)。由于在現(xiàn)實(shí)生活中，2輛互為鄰居的車輛的鄰居數(shù)量很接近，因而可得c≈d。因此，在c≠d的情況下，可以通過讓 ?a=θ/d和 ?b=θ/c來近似最小化 τ(?a，?b)。綜上所述，在考慮2輛車的情況下，為了讓a和b盡可能實(shí)時(shí)地獲知對方位置，在一個(gè)時(shí)間幀，車輛a應(yīng)該發(fā)送θ/d次，車輛b應(yīng)該發(fā)送θ/c次。

根據(jù)以上結(jié)論，在考慮多輛車的情況時(shí)，基于公平性，每輛車都根據(jù)自己鄰居的鄰居數(shù)量的平均數(shù)，來決定自己在一個(gè)時(shí)間幀的發(fā)送次數(shù)。例如，假設(shè)車輛a的c-1個(gè)鄰居分別有，…，個(gè)鄰居，車輛a在一個(gè)時(shí)間幀的發(fā)送次數(shù)應(yīng)該為θ/ˉn次，其中ˉn通過式(11)計(jì)算:

由于道路上車輛的移動，每輛車鄰居的鄰居數(shù)量也會發(fā)生變化。因此，根據(jù)鄰居的鄰居數(shù)量變化，每輛車在一個(gè)時(shí)間幀的發(fā)送次數(shù)也自適應(yīng)地相應(yīng)變化。在某個(gè)時(shí)間幀中，如果一輛車收到它若干個(gè)鄰居的數(shù)據(jù)包，根據(jù)這些數(shù)據(jù)包，它可以知道這些鄰居的鄰居數(shù)量?；谶@些信息，這輛車按照式(11)計(jì)算得到ˉn。在下一個(gè)時(shí)間幀，這輛車的發(fā)送次數(shù)為θ/ˉn次。

3.3 優(yōu)化P-RNP

本小節(jié)優(yōu)化P-RNP的參數(shù)p。首先討論2輛車的情況，接著討論多輛車的情況。

假設(shè)車輛a在一個(gè)時(shí)間幀的每個(gè)時(shí)槽發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率是pra，不發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率是1-;車輛b在一個(gè)時(shí)間幀的每個(gè)時(shí)槽發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率是prb，不發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率是 1-prb。讓，…，分別代表車輛a的每一個(gè)c-2鄰居(除了車輛b)在一個(gè)時(shí)間幀每個(gè)時(shí)槽的發(fā)送概率，，…，分別代表車輛b的每一個(gè)d-2鄰居(除了車輛a)在一個(gè)時(shí)間幀每個(gè)時(shí)槽的發(fā)送概率。容易看出，α=pra。另外，β可以通過式(12)計(jì)算:

通過α和β相乘，可以得到Pa:

同樣，Pb通過式(14)計(jì)算得到:

基于公平性，假設(shè)車輛a的所有鄰居在每個(gè)時(shí)槽的發(fā)送概率都相等，以及車輛b的所有鄰居在每個(gè)時(shí)槽的發(fā)送概率都相等，這樣可以簡化式(13)和式(14):

和上一小節(jié)一樣，車輛a和車輛b之間互相收到對方數(shù)據(jù)包的平均時(shí)間間隔為［τ0×(1/Pa+1/Pb)］/2。為了達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)，讓 τ(pra，prb)=1/Pa+1/Pb，需要最小化 τ(pra，prb)。

通過求一階偏導(dǎo)數(shù)來最小化函數(shù)，可以得到，在c=d的情況下，當(dāng)pra=1/d和prb=1/c時(shí)，可以使τ(pra，prb)最小化。在c≠d的情況下，計(jì)算出pra和prb的代價(jià)非常大。為了減小計(jì)算代價(jià)，通過讓pra=1/d和prb=1/c來近似最小化τ(pra，prb)。綜上所述，在考慮2輛車的情況下，為了讓a和b盡可能實(shí)時(shí)地獲知對方位置，在一個(gè)時(shí)間幀每個(gè)時(shí)槽發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率，車輛a應(yīng)該為1/d，車輛b應(yīng)該為1/c。

根據(jù)以上結(jié)論，在考慮多輛車的情況時(shí)，基于公平性，每輛車都根據(jù)自己鄰居的鄰居數(shù)量的平均數(shù)，來決定自己在一個(gè)時(shí)間幀每個(gè)時(shí)槽發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率。根據(jù)鄰居的鄰居數(shù)量變化，每輛車在一個(gè)時(shí)間幀每個(gè)時(shí)槽發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率也自適應(yīng)地相應(yīng)變化。在某個(gè)時(shí)間幀中，如果一輛車收到它若干個(gè)鄰居的數(shù)據(jù)包，基于這些信息，這輛車按照式(11)計(jì)算得到ˉn。在下一個(gè)時(shí)間幀，這輛車在每個(gè)時(shí)槽發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率為1/ˉn。

3.4 獲知鄰居數(shù)量

由于每輛車數(shù)據(jù)包里包括它的當(dāng)前鄰居數(shù)量。因此，一輛車需要一種方法來獲知它的鄰居數(shù)量。每輛車都保存其鄰居的一個(gè)列表。在鄰居列表中，記錄它各個(gè)鄰居的行駛數(shù)據(jù)。如果一輛車收到另一輛車的數(shù)據(jù)包，這輛車就通過其鄰居列表的車輛ID，來判斷另一輛車是否屬于新鄰居。如果是新鄰居，這輛車就對它的鄰居數(shù)量加1。另外，采取預(yù)測的方法來判斷一個(gè)鄰居是否還是鄰居。由于數(shù)據(jù)包包含行駛數(shù)據(jù)，根據(jù)行駛數(shù)據(jù)，基于車輛保持勻速直線運(yùn)動的假設(shè)，預(yù)測2輛車不再是鄰居的時(shí)刻。例如，假設(shè)在時(shí)刻t0，車輛a和車輛b分別位于A點(diǎn)和B點(diǎn)，a收到b的數(shù)據(jù)包。讓τab(t0)表示a和b之間的剩余鄰居狀態(tài)持續(xù)時(shí)間。假設(shè)經(jīng)過τab(t0)的時(shí)間后，a和b分別位于A'點(diǎn)和B'點(diǎn)。車輛a通過方程組(17)，來預(yù)測τab(t0):

在方程組(17)中，r代表通信距離，va和vb分別代表車輛a和車輛b的速度。通過求解(17)，可以得到τab(t0)的值。每次車輛a收到車輛b的數(shù)據(jù)包，車輛a都重新計(jì)算得到τab(t0)的新值，重新預(yù)測2輛車的剩余鄰居狀態(tài)持續(xù)時(shí)間。如果經(jīng)過τab(t0)后，車輛a沒有再次收到車輛b的數(shù)據(jù)包，則在t0+τab(t0)時(shí)刻，車輛a就認(rèn)定車輛b不再是其鄰居，對其鄰居數(shù)量減1。

3.5 優(yōu)化時(shí)間幀的長度

本小節(jié)優(yōu)化時(shí)間幀長度θ。既然τ0是一個(gè)常數(shù)，因此，時(shí)間幀的時(shí)長由θ來決定。一方面，如果θ太大，就容易造成一輛車的鄰居數(shù)量變化，而造成優(yōu)化的參數(shù)值不再適用，因此θ不能太大。另一方面，每輛車需要通過在一個(gè)時(shí)間幀收到的鄰居數(shù)據(jù)包，獲知它鄰居的鄰居數(shù)量。這暗示著在一個(gè)時(shí)間幀，每輛車都應(yīng)該盡可能收到來自它各個(gè)鄰居的至少一個(gè)數(shù)據(jù)包，因而θ不能太小。因此，θ的取值很關(guān)鍵。

在F-RNP中，根據(jù) ?a=θ/d和 ?b=θ/c，可以得到θ=?a×d和 θ=?b×c，結(jié)合式(7)，可以推出 Pa=［(d-1)d-2/dd-1］× ［(c-1)/c］。在 P-RNP 中，根據(jù)pra=1/d和prb=1/c，結(jié)合式(15)，可以推出Pa=［(d-1)d-2/dd-1］× ［(c-1)/c］。因此，無論是F-RNP還是P-RNP，都可得Pa=［(d-1)d-2/dd-1］×［(c-1)/c］。由于 c≈d，假設(shè)(c-1)/c=(d-1)/d，因此可以得到:

設(shè)置閾值λ，讓車輛b在一個(gè)時(shí)間幀收到車輛a至少一個(gè)數(shù)據(jù)包的概率大于λ，可以得到:

由式(19)可以得到:

因?yàn)棣炔荒芴?，所以讓?「log(1-Pa)(1-λ)?，當(dāng)考慮λ為常數(shù)時(shí)，這是關(guān)于d的增函數(shù)。因此，θ應(yīng)該等于「log(1-Pa)(1-λ)?，其中 Pa=(n*-1)n*-1/n*n*，n*表示一輛車的鄰居數(shù)量的平均數(shù)。

現(xiàn)實(shí)生活中，在不同時(shí)間段和不同地點(diǎn)，車流密度可能不同，因此n*值也會不同。一輛車應(yīng)該根據(jù)其行駛路段上相應(yīng)時(shí)刻的n*值，對θ值作相應(yīng)調(diào)整。根據(jù)對車輛行駛數(shù)據(jù)的觀察，在同一路段的每天相同時(shí)刻，車流密度有很大的相似性。把一天的時(shí)間分為一個(gè)個(gè)時(shí)間段(例如，每個(gè)小時(shí)為一個(gè)時(shí)間段)。請注意，當(dāng)劃分時(shí)間段時(shí)，需要保證在每個(gè)時(shí)間段一條路段的車流密度不會顯著變化。根據(jù)交通部門提供的交通歷史信息，可以得到每條路段上一天各個(gè)時(shí)間段的n*值。當(dāng)一輛車進(jìn)入一條路段后，它應(yīng)該根據(jù)其行駛路段上當(dāng)前時(shí)段的n*值，來調(diào)整它的θ值。

下面討論如何設(shè)置λ。根據(jù)數(shù)據(jù)包的大小，τ0通常不超過1毫秒，并且當(dāng)通信距離為100米時(shí)，在城市市區(qū)的n*通常不超過50。從這些可以知道，當(dāng)λ為0.999時(shí)，一個(gè)時(shí)間幀的時(shí)長通常不超過1秒。另外，在城市市區(qū)內(nèi)，一輛車的平均速度通常不超過10米/秒，因此，在如此短的1秒內(nèi)，一輛車的鄰居數(shù)量不會發(fā)生顯著變化。綜合這些因素，在城市市區(qū)內(nèi)，λ可以介于0.95到0.999之間。在高速公路，相比較城市市區(qū)，n*變小，使得一個(gè)時(shí)間幀的時(shí)長變小。因此，雖然高速公路的車速比較快，但是λ也可以介于0.95到0.999之間。在 RNP中，設(shè)置 λ 為0.99，因而可得 θ=「log(1-Pa)0.01?。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)方法和參數(shù)設(shè)置

在仿真實(shí)驗(yàn)中，將F-RNP和P-RNP，與前人提出的SFR和SPR［9-10］分別進(jìn)行性能比較，SFR的參數(shù)分別設(shè)為8、12 和 16，SPR 的參數(shù)分別設(shè)為 0.01、0.03和0.05。評價(jià)性能好壞的指標(biāo)是所有鄰居之間的位置獲取平均時(shí)間間隔的平均值。

基于收集到的上海市出租車和公交車的真實(shí)車輛行駛數(shù)據(jù)［11-12］來做仿真實(shí)驗(yàn)，這些數(shù)據(jù)是大約4000輛出租車和2000輛公交車的真實(shí)行駛數(shù)據(jù)，由車載GPS裝置實(shí)時(shí)產(chǎn)生。在仿真實(shí)驗(yàn)中，選擇上海市區(qū)內(nèi)一條長度約為1600米的雙向四車道，總共有400輛車。這些車輛按照真實(shí)行駛數(shù)據(jù)在道路上行駛。當(dāng)通信距離為100米時(shí)，n*大約為45，因此θ應(yīng)該為555。

每個(gè)數(shù)據(jù)包的大小約為400位，數(shù)據(jù)傳輸平均速率是5Mbps。每個(gè)時(shí)槽的時(shí)長τ0設(shè)為100微秒。無線信道衰減模型服從冪律路徑損耗模型［13-14］。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

首先，將F-RNP與SFR進(jìn)行比較，將P-RNP與SPR進(jìn)行比較。通信距離從80米變化到120米。

在不同的通信距離下，圖1顯示F-RNP和3個(gè)版本的SFR之間的比較結(jié)果。從圖1可以看出，在不同的通信距離下，相比較3個(gè)版本的SFR，F(xiàn)-RNP中所有鄰居之間的位置獲取平均時(shí)間間隔的平均值都較小。當(dāng)通信距離是100米時(shí)，F(xiàn)-RNP的所有鄰居之間平均時(shí)間間隔的平均值僅僅約為13毫秒。

圖1 F-RNP與SFR之間的性能比較

在不同的通信距離下，圖2顯示P-RNP和3個(gè)版本的SPR之間的比較結(jié)果。從圖2可以看出，在不同的通信距離下，相比較3個(gè)版本的SPR，P-RNP中所有鄰居之間的位置獲取平均時(shí)間間隔的平均值都較小。當(dāng)通信距離是100米時(shí)，P-RNP的所有鄰居之間平均時(shí)間間隔的平均值僅僅約為15毫秒。

圖2 P-RNP與SPR之間的性能比較

為了檢驗(yàn)F-RNP的公平性，當(dāng)通信距離是100米時(shí)，從所有鄰居之間的位置獲取平均時(shí)間間隔中，隨機(jī)選擇出100個(gè)平均時(shí)間間隔。圖3顯示這100個(gè)平均時(shí)間間隔之間的差異。從圖3可以看出，任意2個(gè)平均時(shí)間間隔之間的差異都小于4毫秒，這暗示F-RNP實(shí)現(xiàn)較好的公平性。

圖3 F-RNP中平均時(shí)間間隔之間的差異

為了檢驗(yàn)P-RNP的公平性，當(dāng)通信距離是100米時(shí)，從所有鄰居之間的位置獲取平均時(shí)間間隔中，隨機(jī)選擇出100個(gè)平均時(shí)間間隔。圖4顯示這100個(gè)平均時(shí)間間隔之間的差異。從圖4可以看出，任意2個(gè)平均時(shí)間間隔之間的差異都小于5毫秒，這暗示P-RNP實(shí)現(xiàn)較好的公平性。

圖4 P-RNP中平均時(shí)間間隔之間的差異

5 結(jié)束語

本文關(guān)注車輛網(wǎng)絡(luò)中獲取鄰居位置的問題，提出一種實(shí)時(shí)的鄰居位置獲取協(xié)議RNP。RNP分為2個(gè)版本，分別是F-RNP和P-RNP，它們都可以讓一輛車實(shí)時(shí)地獲知自己鄰居的位置。基于真實(shí)車輛行駛數(shù)據(jù)的仿真實(shí)驗(yàn)，證實(shí)RNP實(shí)現(xiàn)較小的位置獲取時(shí)間間隔，同時(shí)還保證公平性。

［1］WHO.The World Health Report 2002-Reducing Risks，Promoting Healthy Life［EB/OL］.http://www.who.int/whr/2002/en/，2013-12-06.

［2］Blincoe L，Seay A，Zaloshnja E，et al.The Economic Impact of Motor Vehicle Crashes，2000［R］.NHTSA Technical Report，DOT HS 809446，2002.

［3］Farnoud F，Valaee S.Reliable broadcast of safety messages in vehicular ad hoc networks［C］//IEEE INFOCOM.2009:226-234.

［4］Zhang Yang，Zhao Jing，Cao Guohong.Roadcast:A popularity aware content sharing scheme in VANETs［C］//IEEE ICDCS.2009:223-230.

［5］Hofmann B，Lichtenegger H，Collins J.GPS Theory and Practice［M］.New York:Springer，2001.

［6］Elbatt T，Goel S，Holland G，et al.Cooperative collision warning using dedicated short range wireless communications［C］//ACM VANET.2006:1-9.

［7］Jeong J，Guo Shuo，Gu Yu，et al.TBD:Trajectory-based data forwarding for light-traffic vehicular networks［C］//IEEE ICDCS.2009:231-238.

［8］Jeong J，Guo Shuo，Gu Yu，et al.TSF:Trajectory-based statistical forwarding for infrastructure-to-vehicle data delivery in vehicular networks［C］//IEEE ICDCS.2010:557-566.

［9］Xu Q，Mark T，Ko J，et al.Layer-2 protocol design for vehicle safety communications in dedicated short range communications spectrum［C］//Proceedings of the 7th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems.2004:1092-1097.

［10］Xu Q，Mark T，Sengupta R.Medium access control protocol design for vehicle-vehicle safety messages［J］.IEEE Transactions on Vehicular Technology，2007，56(2):499-518.

［11］Huang Hongyu，Luo Peien，Li Minglu，et al.Performance evaluation of SUVnet with real-time traffic data［J］.IEEE Transactions on Vehicular Technology，2007，56(6):3381-3396.

［12］Zhu Hongzi，Li Minglu，Zhu Yanmin，et al.HERO:Online real-time vehicle tracking［J］.IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems，2009，20(5):740-752.

［13］Kunisch J，Pamp J.Wideband car-to-car radio channel measurements and model at 5.9GHz［C］//IEEE VTC.2008:1-5.

［14］Karedal J，Czink N，Paier A，et al.Path loss modeling for vehicle-to-vehicle communications［J］.IEEE Transactions on Vehicular Technology，2011，60(1):323-328.