一種基于博弈論的車聯(lián)網(wǎng)rsu最優(yōu)配置方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于博弈論的車聯(lián)網(wǎng)RSU最優(yōu)配置方法，包括以下步驟：統(tǒng)計并擬合城市道路中基于位置信息的車流量、建立博弈論模型和確定最優(yōu)配置。本發(fā)明以博弈論為基礎(chǔ)，結(jié)合車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，通過引入有效面積分割系數(shù)、收益權(quán)重與收益系數(shù)等問題，著重將車聯(lián)網(wǎng)中與RSU建設(shè)配置密切相關(guān)的車流量、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、城市環(huán)境、商家競爭等多個因素都加入到博弈論模型中，所得結(jié)果更加成熟精準有效，能夠在多承建商競爭環(huán)境下，保證以最少的RSU建設(shè)成本獲得使新增RSU的承建商的收益期望最大的配置策略，具有廣闊的市場前景。
【專利說明】-種基于博弈論的車聯(lián)網(wǎng)RSU最優(yōu)配置方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車聯(lián)網(wǎng)與博弈論領(lǐng)域，具體涉及一種基于博弈論的車聯(lián)網(wǎng)RSU最優(yōu)配 置方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 1、車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
[0003] 車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，是一種無線自組織移動網(wǎng)絡(luò)。車聯(lián)網(wǎng)的通信 技術(shù)正在迅速發(fā)展，通信服務(wù)日趨豐富多樣化。未來的汽車和車載網(wǎng)絡(luò)為人們提供了一系 列應(yīng)用，最常見的如安全應(yīng)用、效率應(yīng)用、商業(yè)應(yīng)用和信息娛樂應(yīng)用等，這些服務(wù)與巨大的 商業(yè)利潤相聯(lián)系。車聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量強烈依賴于車聯(lián)網(wǎng)中的基礎(chǔ)設(shè)施，如車載終端、車載傳 感器、路邊基礎(chǔ)單元（RoadSideUnit,簡稱RSU)等，這類基礎(chǔ)設(shè)施很可能會由通信運營商 或汽車制造商來進行制造和維護。未來的車載網(wǎng)絡(luò)將吸引更多的參與者，并使他們從車載 網(wǎng)絡(luò)中獲取巨大的商業(yè)利潤。
[0004] 目前中國三大通信運營商中國移動、中國聯(lián)通和中國電信均推出了自己的車聯(lián)網(wǎng) 應(yīng)用，開始籌建車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺、退出城際導(dǎo)航品牌等，并且與各大汽車制造商保持了密切 的合作。截至2011年末，全國已有超過50萬輛新車預(yù)裝車載信息服務(wù)終端。前瞻網(wǎng)預(yù)計 到2015年，將至少有4000萬汽車移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)技術(shù)用戶。按照平均每個用戶每年1000 元的消費額度來計算，車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)到2015年的市場空間大約在400億左右，帶動相關(guān)產(chǎn)值 將高達1000億元，而中國也有望發(fā)展為全球車載信息服務(wù)業(yè)最大的市場。巨大的利潤帶來 的必然是激烈的商業(yè)競爭。
[0005] 2、RSU在車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)中的重要地位
[0006] 作為車內(nèi)網(wǎng)和車際網(wǎng)接入蜂窩網(wǎng)的重要接入點，RSU在車聯(lián)網(wǎng)通信中起到至關(guān)重 要的地位，直接決定了運營商可以提供的通信服務(wù)質(zhì)量。在車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的初期，由于客戶需 求較少，建設(shè)成本較高等因素，必然無法保證RSU在道路環(huán)境的全覆蓋。因此，RSU承建商需 要結(jié)合地區(qū)特點，如路段的車流量大小進行評估，對該區(qū)域選擇性地進行覆蓋。但是RSU配 置后，當?shù)缆分苓叺沫h(huán)境發(fā)生變化時，可能需要重新配置RSU或加添新的RSU。如某條道路 因周邊建起了居民區(qū)或商業(yè)區(qū)的興建等原因，導(dǎo)致該段路徑的車流量逐漸增加，而過去的 RSU數(shù)量不足以至負荷過重，或周邊環(huán)境變化影響信號傳輸?shù)葐栴}，此時需要在最合理的位 置增加新的RSU。
[0007] RSU作為車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺的硬件基礎(chǔ)，其建設(shè)必然會形成競爭，當前的RSU配置方 案一般僅考慮網(wǎng)絡(luò)的通信覆蓋率最大而RSU的數(shù)量最優(yōu)。但在現(xiàn)實情境中，車聯(lián)網(wǎng)初期的 環(huán)境中對于RSU承建商來說，網(wǎng)絡(luò)的通信覆蓋率可能并不是RSU配置所需考慮的最主要因 素，若可保證城市一部分區(qū)域內(nèi)的服務(wù)覆蓋，則更需考慮所建RSU帶來的收益與其建設(shè)成 本的比率。
[0008] 3、虛擬運營商的出現(xiàn)
[0009] 虛擬運營商（VN0-VirtualNetworkOperator),是指擁有某種或者某幾種能力 (如技術(shù)能力、設(shè)備供應(yīng)能力、市場能力等）與電信運營商在某項業(yè)務(wù)或者某幾項業(yè)務(wù)上形 成合作關(guān)系的合作伙伴，電信運營商按照一定的利益分成比例，把業(yè)務(wù)交給虛擬運營商去 發(fā)展，其自身則騰出力量去做最重要的工作，同時電信運營商自己也在直接發(fā)展用戶。
[0010] 虛擬運營商就像是代理商，他們從移動、聯(lián)通、電信三大基礎(chǔ)運營商那里"包干"一 部分通訊網(wǎng)絡(luò)，然后通過自己的計費系統(tǒng)、客服號、營銷和管理體系賣給消費者。工信部在 2013年底和2014年初先后向兩批共19家民營企業(yè)頒發(fā)了虛擬運營商牌照。
[0011] 虛擬運營商的出現(xiàn)無疑是電信行業(yè)的競爭越來越激烈，同時也給越來越多的民營 企業(yè)帶來了機遇。車聯(lián)網(wǎng)作為未來熱門的通信市場，必然將產(chǎn)生激烈的商業(yè)競爭。
[0012] 4、博弈論
[0013] 博弈論博弈論又被稱為對策論（GameTheory)既是現(xiàn)代數(shù)學的一個新分支，也是 運籌學的一個重要學科。博弈論主要研究公式化了的激勵結(jié)構(gòu)間的相互作用。是研究具有 斗爭或競爭性質(zhì)現(xiàn)象的數(shù)學理論和方法。博弈論考慮游戲中的個體的預(yù)測行為和實際行 為，并研究它們的優(yōu)化策略。
[0014] 博弈論已經(jīng)成為經(jīng)濟學的標準分析工具之一。從1994年諾貝爾經(jīng)濟學獎授予3 位博弈論專家開始，共有6屆的諾貝爾經(jīng)濟學獎與博弈論的研究有關(guān)。作為一門工具學科 能夠在經(jīng)濟學中如此廣泛運用并得到學界垂青實為罕見。
[0015] 作為經(jīng)濟學中的重要研究方法，非常適合于從經(jīng)濟角度來研究此類商業(yè)競爭問 題。而設(shè)備定位博弈更是博弈論中的一種典型問題，因此我們引入了博弈論結(jié)合車聯(lián)網(wǎng)環(huán) 境的特點，從經(jīng)濟角度設(shè)計RSU的最優(yōu)配置方法。
[0016] 5、現(xiàn)有成果
[0017] 當前人們更多的將精力放在了如何提高RSU的通信質(zhì)量，如何有效解決車輛對 RSU接入切換，以及以最少數(shù)量達到車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通信全覆蓋等問題。但是在實際應(yīng)用中，除去 技術(shù)需求外，承建商更關(guān)心的問題是投入與產(chǎn)出的問題，即所建RSU帶來的收益與RSU的建 設(shè)投入比率是否客觀。目前還未有專家對該問題進行解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種能夠在多個 承建商競爭環(huán)境的商業(yè)環(huán)境下，為需要新增RSU設(shè)備的承建商配置的可使RSU的配置成本 最低而承建商的收益最大的配置方法。
[0019] 技術(shù)方案：本發(fā)明一種基于博弈論的車聯(lián)網(wǎng)RSU最優(yōu)配置方法，包括以下步驟：
[0020] (1)統(tǒng)計并擬合城市道路中基于位置信息的車流量；
[0021] (2)建立博弈論模型；
[0022] (3)確定最優(yōu)配置。
[0023] 進一步的，所述步驟（1)的具體方法為：
[0024] (1. 1)根據(jù)現(xiàn)有的城市車流量實時統(tǒng)計系統(tǒng)，建立城市道路車流量信息數(shù)據(jù)庫；
[0025] (1. 2)將城市道路劃分為若干方格，并用坐標值（X，Y)標識，每個方格內(nèi)僅有一個 承建商的備選地點，從上述城市道路車流量信息數(shù)據(jù)庫中采集當前路段的車流量信息，然 后基于路段位置進行線性擬合，將車流量與地理坐標（x，y)聯(lián)系，獲得基于城市道路位置 信息的車流量擬合函數(shù)F(x，y)。
[0026] 進一步的，所述步驟（2)的具體步驟如下：
[0027] (2. 1)確定承建商集合T= {tm|m= 1，2,3,…，M，MGZ+}、各承建商已有的RSU集 合RQ =h|i= 1，2, 3,…，I，IGZ+}以及用于建設(shè)新RSU的備選地點集合C= {ck|k= 1，2,3,…，K，KGZ+}，其中，tm表示第m個承建商，巧表示某承建商已有的第i個RSU，ck表 示某承建商建設(shè)新RSU的第k個新RSU的備選地點；
[0028] (2. 2)通過考慮承建商自己的RSU的重復(fù)覆蓋和與其他承建商的重復(fù)蓋的車流 量收益分割，計算出第m個承建商tm在其新RSU備選地點cmk上新建RSU的有效服務(wù)面積 為Smk(X，y);城市區(qū)塊方格的邊長為RSU的最大服務(wù)半徑的一半，其中不同承建商之間的備 選地點集合相互不重合，同一承建商的備選地點集合中的不同備選地點的區(qū)塊坐標值不相 同；
[0029] (2. 3)確定單個承建商tm在其備選地點cmk上新建RSU的所覆蓋的某個區(qū)塊（X，Y) 的收益系數(shù)〃A和收益權(quán)重;
[0030] 其中，收益系數(shù)與車聯(lián)網(wǎng)用戶的消費力、承建商所能提供的服務(wù)種類與商業(yè) 廣告客戶數(shù)量成正比，可通過備選地點的居民消費指數(shù)有關(guān)可由統(tǒng)計調(diào)研得出，收益權(quán)重 由流量擬合函數(shù)F(x，y)在有效面積(x，y)_上做二重積分得來，g卩，在某一區(qū)塊（X，Y) 上的收益權(quán)重為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于博弈論的車聯(lián)網(wǎng)RSU最優(yōu)配置方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 統(tǒng)計并擬合城市道路中基于位置信息的車流量； (2) 建立博弈論模型； (3) 確定最優(yōu)配置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于博弈論的車聯(lián)網(wǎng)RSU最優(yōu)配置方法，其特征在于：所述 步驟（1)的具體方法為： (1. 1)根據(jù)現(xiàn)有的城市車流量實時統(tǒng)計系統(tǒng)，建立城市道路車流量信息數(shù)據(jù)庫； (1.2)將城市道路劃分為若干方格，并用坐標值（X，Y)標識，且每個方格內(nèi)僅有一個承 建商的備選地點，從上述城市道路車流量信息數(shù)據(jù)庫中采集當前路段的車流量信息，然后 基于路段位置進行線性擬合，將車流量與地理坐標（x，y)聯(lián)系，獲得基于城市道路位置信 息的車流量擬合函數(shù)F(X，y)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于博弈論的車聯(lián)網(wǎng)RSU最優(yōu)配置方法，其特征在于：所述 步驟（2)的具體步驟如下： (2. 1)確定承建商集合T=It1Jm= 1，2, 3, "·，Μ，ΜεZ+}、各承建商已有的RSU集 合Rtl =IriIi= 1，2, 3,…，I,IeΖ+}以及用于建設(shè)新RSU的備選地點集合C= {ck|k= 1，2,3, "·，Κ，ΚeZ+}，其中，tm表示第m個承建商，巧表示某承建商已有的第i個RSU，ck表 示某承建商建設(shè)新RSU的第k個備選地點； (2. 2)計算出第m個承建商tm在其新RSU備選地點Cmk上新建RSU的有效服務(wù)面積為Smk(X，y);城市區(qū)塊方格的邊長為RSU的最大服務(wù)半徑的一半，其中不同承建商之間的備 選地點集合相互不重合，同一承建商的備選地點集合中的不同備選地點的區(qū)塊坐標值不相 同； (2. 3)確定單個承建商tm在其備選地點Cmk上新建RSU所覆蓋的某個區(qū)塊（X，Y)的收 益系數(shù)〃?τ和收益權(quán)重4〗·，其中，在某一區(qū)塊（X，Y)上的收益權(quán)重為： wXj = ff Fix-y)dxdJ； 〇v) (2. 4)計算各承建商在備選地點Cmk在區(qū)域集Amk上的總收益Pmk: Pmk=Σ ("?Χ ) - 其中，C_t表示建設(shè)單個RSU的成本； Amk ={以Cmk為圓心以IOkm為半徑的圓所覆蓋的區(qū)塊的集合}。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于博弈論的車聯(lián)網(wǎng)RSU最優(yōu)配置方法，其特征在于：所述 步驟（3)的具體步驟為： (3. 1)列出不同承建商在不同備選地點建設(shè)新RSU的空收益矩陣； (3. 2)通過步驟（2)計算出步驟（3. 1)中矩陣的各項值； (3. 3)分析出所得收益矩陣中的納什均衡策略集，若無法通過尋找公共嚴格占優(yōu)策略 的方法直接解出，則用迭代刪除（嚴格）受控策略找到最優(yōu)配置方案。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于博弈論的車聯(lián)網(wǎng)RSU最優(yōu)配置方法，其特征在于：所述 城市道路車流量信息數(shù)據(jù)庫中包括由測試系統(tǒng)通過車載OBU實時檢測獲得的實際車流量 數(shù)據(jù)關(guān)于地理坐標的函數(shù)f(x，y)，且城市道路車流量信息數(shù)據(jù)庫中對該路段的車流量存儲 值為F(x，y) =f(x，y)*0 (Χ，Υ); 其中，θ(Χ，Υ)為承建商在該路段的潛在收益系數(shù)，且θ(χ，γ)越大，代表該路段的車 流量越穩(wěn)定，且未來的車流量也可能出現(xiàn)增加的趨勢，而F(x,y)也就越高；反之,則車流量 不穩(wěn)定或未來的車流量有下降趨勢，而F(X，y)也就越低。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于博弈論的車聯(lián)網(wǎng)RSU最優(yōu)配置方法，其特征在于：所述 步驟（2. 2)中的RSU有效服務(wù)面積的確定方法如下： (2. 2. 1)確定RSU的服務(wù)半徑：將在備選地點Cmk上新建的RSU所覆蓋的一個區(qū)域集Amk 中的道路劃分為：無RSU覆蓋路段、僅由一個承建商的一個RSU覆蓋路段、由同一承建商的 多個RSU覆蓋路段和由不同承建商的多個RSU共同覆蓋路段四種類型； (2.2.2)為承建商在區(qū)塊（X，Y)設(shè)定一個參數(shù)，用于表示該承建商在共同覆蓋區(qū)域的 有效面積分割系數(shù)〃玲…S辦VS; 共同覆蓋區(qū)域的承建商的有效面積分割系數(shù)由其市場占有率Umaritrt、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率μ。。_及用戶評價μ 決定，市場占有率和網(wǎng)絡(luò)覆蓋率越高，且用戶評價越好的承建商 的有效面積分割系數(shù)越大；否則，則越低，且承建商tm和與其在區(qū)塊（X，Y)存在共同覆 蓋的承建商ti的分割系數(shù)為〃?，和與其不存在共同覆蓋的承建商的分割系數(shù)為0,且有 dxj=1； (2. 2. 3)確定某一承建商tm在區(qū)塊（X，Y)上的有效服務(wù)面積: $Λ'7 G'少·) = S〇nly + Self /"self +乞 ^share ? 其中，Smly表不僅由該承建商的一個RSU覆蓋路段的面積，Sself表不由同一承建商的多 個RSU覆蓋路段的面積且共同覆蓋次數(shù)為nself，表示承建商tm對不同承建商&在區(qū)域 (X，Y)上的有效面積分割系數(shù)，表示承建商tm對不同承建商&在區(qū)塊（X，Y)上公共覆 蓋路段的面積。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于博弈論的車聯(lián)網(wǎng)RSU最優(yōu)配置方法，其特征在于：所述 步驟（2)中博弈模型中的玩家集合、策略集合和收益函數(shù)集合分別為承建商集合T= {tm|m =1，2, 3,…，M，MeZ+}、用于建設(shè)新RSU的備選地點集合C= {ckIk= 1，2, 3,…，K，KeZ+} 和運營商收益集合P= {pmIm= 1，2, 3, "·，Μ，MeZ+};每次博弈分析可得出一個納什均衡 策略集合，然后幫助承建商確定一個RSU建設(shè)最優(yōu)位置；重復(fù)上述博弈過程即可完成所有 配置任務(wù)。
【文檔編號】H04W16/18GK104320789SQ201410619710
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】王良民, 楊樹雪, 仲紅, 殷趙霞, 孟利霞, 蔡繼盛, 謝晴晴 申請人:安徽大學