基于Veins平臺的VANET動態路徑規劃仿真設計

王丹++孟強

摘 要 基于Veins平臺的VANET仿真研究以交通信息服務為背景，實現車車通信仿真和基于車車通信的車輛動態路徑規劃仿真。具體包括：通過VANET中車輛動態路徑選擇實例對VANET在智能交通系統中的應用可行性進行初步驗證，并對動態路徑與否情況下的車輛節點平均速度和CO2排放總量進行對比分析，同時對不同廣播通信方式下數據投遞率和數據傳輸延時等通信性能參數進行仿真對比。

【關鍵詞】車載自組網 Veins 交通仿真 動態路徑

1 前言

近年來，車載自組網（Vehicular Ad-hoc Network， VANET）作為智能交通系統的重要組成部分，已成為智能交通系統中的一項研究熱點。由于在真實環境中測試和評估車載自組網的應用和通信性能難度很大，利用VANET仿真工具對指定交通場景進行研究成為了一種有效的技術手段。本文通過對西安城市交通路網進行建模，在西安城市交通場景模型中完成基于Veins平臺的車車通信仿真，實現車載自組網動態路徑規劃仿真設計。

2 VANET動態路徑規劃仿真設計

2.1 仿真場景設計

為了較為準確地對現實交通狀況進行仿真，文中對西安城市交通路網建立場景模型。采用微觀交通仿真器SUMO生成西安城市道路有向網格圖，在該有向網格場景中對城市車輛進行仿真，提高了仿真的有效性與真實性。西安城市道路有向網格場景采用4×4路網，交通道路網格路段長度均為0.5km，網格中交叉點模擬城市交通中的交叉路口，在網格交點處設有交通信號燈，仿真中所有道路均為雙向單車道，具體交通道路網抽象場景如圖1所示。仿真中車輛節點的參數設置如下：仿真場景中車輛節點移動模型采用flow型，每條單向道路中車輛總數為195輛，車輛節點的最大行駛速度為16.67m/s，車輛節點的最大加速度為 0.8m/s2，車輛節點最大減速度為 4.5m/s2，車輛節點車身長度為5m，司機反應參數設為0.5，仿真中引入司機反應參數是為了更加真實的對城市交通進行建模。

在VANET仿真時，對“事故節點”進入仿真場景到離開仿真場景時間段內所有車輛節點平均速度進行建模，研究車輛動態路徑規劃對于緩解城市擁堵的作用。仿真時，車輛節點發生“事故”導致多個其他車輛節點陷入擁堵，當事故車輛節點進行預警信息廣播時，指定路徑上的車輛節點進行動態路徑規劃，重新選擇行駛路線。在研究車車通信性能時，為了分析通信協議對車載自組網中通信性能的影響，對接收節點正確收到信道中的分組數與發送節點發送到信道中的分組數的比值（即數據投遞率）進行統計。考慮到車輛的動態路徑是否會因繞路產生過多的CO2，對該時間段內所有車輛節點CO2排放量進行建模，統計CO2的總排放量。CO2總排放計算方法如下：

2.2 車車通信協議

交通安全服務通信協議是杜克大學研究員設計的一種應用于交通服務的車車通信協議。在交通安全服務通信協議中，DSRC控制信道廣播服務分為常規服務和緊急服務兩種等級，并使用通信模型對基于802.11p協議的單跳或多跳交通服務廣播性能和可靠性進行評估。由于西安城市交通道路網交通仿真場景模型較為簡單，仿真中不需要加入通信忙音來抑制隱藏終端的干擾。因此，在本次仿真時使用去掉忙音抑制功能的簡化型交通安全服務通信協議（下文中統稱為車車通信協議）。車車通信仿真運行時，設置特定的車輛節點在某一時間點停止運行來模擬交通事故發生，其他車輛節點通過車車通信協議實現與事故車輛節點的通信，及時獲取堵塞信息，重新進行路徑規劃。

3 仿真結果分析

如圖2所示，通過對仿真場景中的數據統計分析，仿真結果如下：

（1）由于仿真時加入了車輛路徑的動態規劃，事故發生時車輛的總平均速度為15.12m/s，高于無動態路徑規劃時的平均速度（14.37m/s），可以看出動態路徑有效的提高了車輛的運行效率。但CO2總排放量統計稍高于不進行動態路徑規劃的情況。但進行動態路徑規劃與否產生的CO2釋放量相差較小，進行動態路徑規劃在提高整體交通運行速度時不會產生附加的環境污染。

（2）仿真加入交通安全服務通信協議后，事故信息轉發時會通過評估延時確定轉發節點，降低了并發沖突和隱藏終端的干擾，相比于使用較為普遍的泛洪廣播機制，信息包投遞率得到了增加。

（3）在不考慮其他干擾的情況下，加入了車車通信協議后的評估延時的時長比隨機延時的平均值大，因此使用交通安全服務通信協議的時延大于泛洪廣播機制。

4 結束語

本文在對西安城市交通路網抽象建模的基礎上，使用基于微觀交通仿真SUMO和網絡通信仿真OMNeT++雙向耦合的Veins仿真平臺實現基于車車通信的車輛動態路徑仿真設計，并驗證了交通安全服務通信協議在VANET中的有效性。通過分析車輛平均速度和CO2釋放量，可以看出進行車輛動態路徑規劃時可保證在車輛CO2排放量增加不明顯的條件下提高平均行駛速度，降低車輛平均行駛時間，促進城市健康交通的發展。

參考文獻

[1]唐溢.基于OMNeT++的VANET仿真設計與實現[D].電子科技大學，2012.

[2]霍梅梅，鄭增威，周曉偉.車輛自組織網仿真研究[J].計算機應用研究，2010（05）：1614-1620.

[3]劉江永，張洋祥，韓鵬.不同場景中VANET路由協議的仿真研究[J]. 計算機工程與應用，2009（18）：101-103.

[4]楊松，李連，曹文靜. VANET仿真中交通仿真研究[J].四川兵工學報，2014（01）：95-99+122.

作者單位

山東省交通規劃設計院 山東省濟南市 250031