[发明专利]基于双车道格子流体力学的提高车联网通信连通性的方法

说明书

本发明公开了一种基于双车道格子流体力学的提高车联网通信连通性的方法，包括如下步骤：1）构建双车道车联网通信模型；2）推导保证车流稳定需满足的密度条件；3）构建基于交通流平稳性的直接可连接性概率函数；4）推导车流变化过程中驾驶员调整时间后使车流稳定的条件；5）构建车辆之间的持续连通性概率函数。这种方法将道路中车辆的运动视为粒子的流动，采用双车道格子流体力学模型协调车辆的换道行为，以避免大量换道行为造成交通堵塞，在保证交通流平稳的基础上提高车辆的通信连通性。

技术领域

本发明涉及车载通信领域，具体是一种基于双车道格子流体力学的提高车联网通信连通性的方法。

背景技术

车载网络通过将无线通信技术应用于车辆间通信，能大幅度提髙道路行车的安全性与交通运输的有效性。为了确保安全预警信息与车流拥塞信息能够实时、可靠地传输，车载通信系统的整体性能必须得到提升。但由于实际交通情况的复杂性，例如车流稳定性、车辆加减速以及变道情况的存在都严重影响着通信系统性能，对车辆间无线通信的可靠传输提出了严竣的挑战。因此，研究车联网的连通性是很有必要的。

为了提高车辆之间的连通性，目前大多思路是利用道路上其他车辆或者增加路边单元来进行协作通信，但是对于车辆之间的协作，存在一个协作意愿的问题，而增加路边单元，也会存在设置合理性问题和成本问题，并且这些工作也忽略了在实际交通中存在车辆变道的情况，车辆变道之后车辆之间的距离位置发生改变、车辆之间的连通情况也会发生改变，很多时候在变道后，车辆之间的距离就可以满足链路连通要求，不需要进行协作通信。

然而毫无规律的变道不仅不会让连通性有所提升，还会造成道路拥堵，所以选择一个合适的交通流模型去规范化车辆的变道，让车联网在交通流相对平稳的情况下提升通信链路的连通性才是更加科学合理的。格子流体力学模型中粒子的运动类似于车辆换道行为，且现有的模型研究给出的如何保证交通流稳定的结果也得到了大量论证，所以该模型适于研究基于交通流平稳性的车联网通信链路连通性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于双车道格子流体力学的提高车联网通信连通性的方法。这种方法利用实际道路交通中车辆的换道行为，结合流体力学模型对交通流平稳性的限制，使得通信链路直接连通性在一定的换道率下得到增长，且能保证链路的持续连通性。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于双车道格子流体力学的提高车联网通信连通性的方法，包括如下步骤：

1)构建双车道车联网通信模型：双车道车联网通信模型包括车道1、车道2及车道1、车道2上均匀分布设置的一组节点J,J＝{j-n,...,j-2,j-1,j,j+1,j+2,...j+n}，依据格子流体力学模型中的换道条件定义车辆换道行为的发生为：车道2上节点j-1的密度高于车道1上节点j的密度，车道2上的车辆就会向车道1进行换道，同理，车道1上的车辆也会向车道2进行换道；

2)推导保证车流稳定需满足的密度条件：采用基于Nagatani双车道格子流体力学模型的双车道连续方程如公式(1)所示：

其中ρ_j-1、ρ_j、ρ_j+1分别为t时刻节点j-1、j、j+1的平均密度，v_j-1、v_j为t时刻节点j-1和节点j的车辆平均速度，ρ₀为系统平均密度，为节点j换道完成后的密度，β为车辆换道概率，依据当前节点与同车道相邻节点密度差构建的新演化方程如公式(2)所示：

其中a为司机的驾驶敏感系数，将双车道连续方程公式(1)和新演化方程公式(2)联立可以得到稳定性分析方程如公式(3)所示：

系统稳定性状态的解如公式(4)所示：