博弈论在车联网系统建设中的应用研究

发布时间：2017-03-24 06:00

  本文关键词：博弈论在车联网系统建设中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：车联网作为物联网在智能交通方面的应用,是一种移动自组织多跳无线网络。车联网系统的整体性能与车辆节点之间的通信以及RSU与车辆之间的通信性能密切相关。在车联网的发展中,车联网的系统建设必然是一个循序渐进的过程,并且在车联网建设的初期需要考虑以下两个博弈问题,也是本文的主要研究工作：(1)车辆节点与车联网系统间的博弈由于车联网节点参与数据包转发需要消耗节点有限的带宽、能源等资源,网络中部分车辆节点会为节省自身的资源而拒绝转发其他节点转播来的数据,表现出自私性。网络中常采用基于信誉权限或价格交换的激励机制来促进合作,针对车联网中路边基础设施RSU的存储空间和计算能力较强的网络环境,本文结合己有成果的优点,在以信誉权限机制处罚自私行为的基础上,提出了对协作节点给予信用度奖励的双重激励机制。将车联网中的车辆节点的信誉权限被分为良性和不良的,作为是否具有参与网络数据通信权限的划分。除通过降低信誉值来惩罚自私节点外,该机制会对协作节点奖励信用度来从经济上进一步激励节点协作。此外,为解决大多信誉机制过于严格反而可能降低网络节点有效性的缺陷,本文引入了信誉重建模型,给不良节点重新获得良性权限的机会。为验证该机制的有效性,基于单跳博弈模型对节点转发行为进行经济学分析,理论分析表明该激励机制在保证节点协作的同时提高了网络吞吐量。此外,在模拟实验模型中,车辆节点在进入单个RSU服务网段后,将在限定时间内使丢包率降低接近0,而节点对接收到数据包的转发比率将快速上升接近100%.仿真实验表明,该机制在大规模情形下可使得网络具有快速收敛的丢包率和极高的节点转发率。(2)RSU与车联网系统间的博弈在多个通信服务商仅以自身收益为前提建设车联网基础设施的场景中,服务商忽略了车联网整体网络大环境的最优,往往产生RSU的冗余覆盖。RSU建设成本较高、初期通信需求较少等原因,使短期内无法实现RSU在道路环境的全覆盖。针对道路周边的环境发生变化时,需要重新配置RSU或新建RSU的应用场景,提出一种基于博弈论的车联网RSU最优配置方法。首先,引入了车流量波动因子来调节通过统计数据拟合出的城市道路中基于位置信息的车流量函数模型。并通过引入了有效面积分割系数对RSU通信覆盖范围内的路段面积基于经济收益进行准确划分。最后,通过计算服务商的收益权重及收益系数建立了单次RSU配置博弈,通过博弈模型中的收益矩阵分析出纳什均衡策略集。同时建立了车联网系统的收益模型,在RSU备选地点集合有限且确定的前提下,可以通过调节收益系数来使系统收益最大的解集与RSU单次配置博弈的纳什均衡解集的相交,从而达到网络中局部与系统均最优的目标。
【关键词】：车联网 博弈论 信誉权限 信用度 RSU配置
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U495;TP391.44;TN929.5
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 车联网中数据通信激励机制的研究现状10-12
• 1.2.2 RSU相关研究现状12-13
• 1.2.3 博弈论理论在车联网中应用的研究现状13-14
• 1.3 论文的主要研究工作14-15
• 1.4 论文的组织结构15-17
• 第二章 相关理论基础17-26
• 2.1 车联网概述17-20
• 2.1.1 车联网定义17-18
• 2.1.2 车联网的主要特点18-19
• 2.1.3 车联网的系统建设19-20
• 2.2 博弈论20-25
• 2.2.1 博弈论的基本概念20-22
• 2.2.2 两个典型的静态博弈模型22-24
• 2.2.3 博弈论在车联网中的应用24-25
• 2.3 车联网系统建设中的两个博弈问题25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 基于博弈论的车联网双重激励数据转发机制26-39
• 3.1 模型与假设26-28
• 3.1.1 网络模型26
• 3.1.2 通信模型26-27
• 3.1.3 信誉权限与信用度管理模型27-28
• 3.2 信誉权限与信誉重建机制28-30
• 3.2.1 信誉权限初始化28
• 3.2.2 信誉权限作用流程28-29
• 3.2.3 信誉重建机制29-30
• 3.3 信用度激励30-32
• 3.4 车联网中车辆节点的转发行为分析32-36
• 3.4.1 车辆与车联网系统间的数据转发博弈模型32-34
• 3.4.2 机制有效性分析34-36
• 3.5 仿真实验验证36-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第四章 基于博弈论的车联网RSU最优配置方案39-52
• 4.1 研究背景与意义39-40
• 4.1.1 车联网系统建设初期的困难39-40
• 4.1.2 本文创新点40
• 4.2 车联网道路模型40-42
• 4.2.1 城市道路模型40-42
• 4.2.2 高速公路模型42
• 4.2.3 数据统计说明42
• 4.3 基于博弈论的车联网RSU最优配置方案42-50
• 4.3.1 方案概述43-44
• 4.3.2 车流量数据拟合建模44-46
• 4.3.3 RSU的单次配置博弈46-50
• 4.4 RSU与车联网系统间的博弈50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 总结52-54
• 参考文献54-57
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况57-58
• 致谢58

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