基于车载自组网络的数据与能量路由的联合优化算法研究

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随着智能交通系统的飞速发展和多方领域的探究融合,其重要组成部分车载自组织网络以成为领域学者们关注的焦点。路侧单元(RSU)是VANET基础设施的关键组成部分,它将移动车辆与其他基础设施连接起来。由于传统RSU的部署通过电网直接连接,在这种情况下需要昂贵的人工费用和较高的碳足迹。如何降低节点能量消耗,降低数据传输延迟和提高网络生命周期成为了VANET中的关键问题。本文针对VANET中RSU节点较高碳足迹成本问题和车辆节点间路由问题。通过在RSU节点中引入能量收集器的方案,旨在设计收集自然界中能量(例如太阳能、风能等)以及数据和能量联合更新控制方案和路由协议,以提升网络生命周期、降低节点能量消耗和提高其路由性能。主要工作和创新点如下:首先,本文根据VANET的特点研究适用于VANET的路由算法,简单介绍VANET的技术背景、特点及其典型的应用,继而深入了解了VANET经典路由和分簇算法的研究现状。在简要分析各类路由协议的优缺点基础上,目前存在的路由判据已逐渐加强对影响路由性能如速度、距离、方向等因素的考虑。分簇路由算法可以明显的提升网络的拓展性,减少数据路由开销、网络延迟等。其次,通过下行车辆向附近具有能量协同的RSU传输能量的方法,提出了一种基于VANET的数据与能量路由协同联合算法。其中RSU节点可以从自然界和车辆中收集能量,并通过能量协作将路边单元节点获得的一部分能量传输给邻居RSU节点。对于这种情况,在没有能源合作的情况下,表明每个RSU节点应为具有更多噪声和更多数据流的链路分配更多能量。在有能量合作的情况下,数值结果表明能量从具有较低数据负载的节点传到具有较高数据负载的节点。通过分析数据速率、传输功率和能量传输,以实现能量和数据路由中最大网络生命周期的问题,确定能量和数据路由联合优化策略的必要条件,并基于分布式拉格朗日牛顿迭代算法来更新数据流、能量流和功率控制,使算法能更快地收敛到最优操作点。最后,通过MATLAB和NS-3仿真工具对上述算法进行仿真。仿真结果表明,车辆节点参与的数目对仿真实验的影响证明有能量收集的情况比没有能量收集情况带来了较长的网络生命周期。随着车辆数量的增加,网络生命周期是不断递增最终趋于平稳。在固定车辆节点数目时,有能量合作的情况下网络生命周期得到了大大提升。在不同车辆节点数目对比下也可能存在没有能量合作下的网络生命周期大于有能量合作下的网络生命期。
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