基于分簇的V2X车载信息传输方案研究

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随着汽车保有量增加,交通拥堵问题日益突出。世界各国为解决这一问题正在不断推进和完善智能交通系统。V2X(Vehicle to Everything)作为智能交通系统的核心技术,将汽车连接到路边的基础设施(如交通管理系统)、附近的其他车辆等,实现车辆状态及交通信息共享。然而,由于车辆具有快速移动的性能,重复的信息发送和接收会增加大量路由消耗,通过车辆分簇能够在簇头车辆处对信息进行整合,减少信息发送次数,提高信道资源的利用率。城市环境下车辆密度大,时常发生交通拥堵,本文选取城市中的一段道路和一个交叉路口分别进行研究,设计不同环境下的V2X车载信息传输方案,以下为论文主要内容。
  第一,在交通拥堵现象日益严重的背景下,本文介绍了研究车载网中信息传输方案的意义以及目前的研究现状,回顾了车载通信系统中信息传输的相关理论基础。其中,信息传输理论部分重点介绍了V2X的系统架构、车辆分簇算法,概述了车载信息安全的相关理论。
  第二,首先选取城市中的一条道路对车辆进行分簇,选择基站到车辆信息速率最大的车辆作为簇头车辆。然后将车载信息分为紧急和非紧急信息,设置紧急信息利用一次、二次中继转发的信息传输策略减少信息传输时延,非紧急信息在信道空闲时传输。最后,通过仿真证明改进的LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)分簇算法能够通过分簇提高信道利用率14.49%以上;相比于5G-V2X通信中虚拟小区,所提算法使得1000米内紧急信息通信时延平均减少2.21毫秒。
  第三,选取城市中的交叉口对车辆进行分簇,引入相似函数维持簇的动态稳定,改进Webster交通灯配时法通过交叉路口的车流量实时改变交通灯状态,减少车辆在交叉路口的等待时延,降低信号变换机制的损失时间。为避免部分车辆发送恶意信息扰乱交通秩序,使用区块链技术对消息源的可信度进行了评估,设置车辆信任管理方案保证车载信息安全。借助车联网虚拟仿真平台Veins对以上方案进行仿真,验证了面向车联网安全的交通灯配时算法能够减少交叉路口车辆的等待时间,缓解了交通拥堵现象。
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