基于Veins平台的VANET动态路径规划仿真设计

王丹++孟强

摘 要 基于Veins平台的VANET仿真研究以交通信息服务为背景，实现车车通信仿真和基于车车通信的车辆动态路径规划仿真。具体包括：通过VANET中车辆动态路径选择实例对VANET在智能交通系统中的应用可行性进行初步验证，并对动态路径与否情况下的车辆节点平均速度和CO2排放总量进行对比分析，同时对不同广播通信方式下数据投递率和数据传输延时等通信性能参数进行仿真对比。

【关键词】车载自组网 Veins 交通仿真 动态路径

1 前言

近年来，车载自组网（Vehicular Ad-hoc Network， VANET）作为智能交通系统的重要组成部分，已成为智能交通系统中的一项研究热点。由于在真实环境中测试和评估车载自组网的应用和通信性能难度很大，利用VANET仿真工具对指定交通场景进行研究成为了一种有效的技术手段。本文通过对西安城市交通路网进行建模，在西安城市交通场景模型中完成基于Veins平台的车车通信仿真，实现车载自组网动态路径规划仿真设计。

2 VANET动态路径规划仿真设计

2.1 仿真场景设计

为了较为准确地对现实交通状况进行仿真，文中对西安城市交通路网建立场景模型。采用微观交通仿真器SUMO生成西安城市道路有向网格图，在该有向网格场景中对城市车辆进行仿真，提高了仿真的有效性与真实性。西安城市道路有向网格场景采用4×4路网，交通道路网格路段长度均为0.5km，网格中交叉点模拟城市交通中的交叉路口，在网格交点处设有交通信号灯，仿真中所有道路均为双向单车道，具体交通道路网抽象场景如图1所示。仿真中车辆节点的参数设置如下：仿真场景中车辆节点移动模型采用flow型，每条单向道路中车辆总数为195辆，车辆节点的最大行驶速度为16.67m/s，车辆节点的最大加速度为 0.8m/s2，车辆节点最大减速度为 4.5m/s2，车辆节点车身长度为5m，司机反应参数设为0.5，仿真中引入司机反应参数是为了更加真实的对城市交通进行建模。

在VANET仿真时，对“事故节点”进入仿真场景到离开仿真场景时间段内所有车辆节点平均速度进行建模，研究车辆动态路径规划对于缓解城市拥堵的作用。仿真时，车辆节点发生“事故”导致多个其他车辆节点陷入拥堵，当事故车辆节点进行预警信息广播时，指定路径上的车辆节点进行动态路径规划，重新选择行驶路线。在研究车车通信性能时，为了分析通信协议对车载自组网中通信性能的影响，对接收节点正确收到信道中的分组数与发送节点发送到信道中的分组数的比值（即数据投递率）进行统计。考虑到车辆的动态路径是否会因绕路产生过多的CO2，对该时间段内所有车辆节点CO2排放量进行建模，统计CO2的总排放量。CO2总排放计算方法如下：

2.2 车车通信协议

交通安全服务通信协议是杜克大学研究员设计的一种应用于交通服务的车车通信协议。在交通安全服务通信协议中，DSRC控制信道广播服务分为常规服务和紧急服务两种等级，并使用通信模型对基于802.11p协议的单跳或多跳交通服务广播性能和可靠性进行评估。由于西安城市交通道路网交通仿真场景模型较为简单，仿真中不需要加入通信忙音来抑制隐藏终端的干扰。因此，在本次仿真时使用去掉忙音抑制功能的简化型交通安全服务通信协议（下文中统称为车车通信协议）。车车通信仿真运行时，设置特定的车辆节点在某一时间点停止运行来模拟交通事故发生，其他车辆节点通过车车通信协议实现与事故车辆节点的通信，及时获取堵塞信息，重新进行路径规划。

3 仿真结果分析

如图2所示，通过对仿真场景中的数据统计分析，仿真结果如下：

（1）由于仿真时加入了车辆路径的动态规划，事故发生时车辆的总平均速度为15.12m/s，高于无动态路径规划时的平均速度（14.37m/s），可以看出动态路径有效的提高了车辆的运行效率。但CO2总排放量统计稍高于不进行动态路径规划的情况。但进行动态路径规划与否产生的CO2释放量相差较小，进行动态路径规划在提高整体交通运行速度时不会产生附加的环境污染。

（2）仿真加入交通安全服务通信协议后，事故信息转发时会通过评估延时确定转发节点，降低了并发冲突和隐藏终端的干扰，相比于使用较为普遍的泛洪广播机制，信息包投递率得到了增加。

（3）在不考虑其他干扰的情况下，加入了车车通信协议后的评估延时的时长比随机延时的平均值大，因此使用交通安全服務通信协议的时延大于泛洪广播机制。

4 结束语

本文在对西安城市交通路网抽象建模的基础上，使用基于微观交通仿真SUMO和网络通信仿真OMNeT++双向耦合的Veins仿真平台实现基于车车通信的车辆动态路径仿真设计，并验证了交通安全服务通信协议在VANET中的有效性。通过分析车辆平均速度和CO2释放量，可以看出进行车辆动态路径规划时可保证在车辆CO2排放量增加不明显的条件下提高平均行驶速度，降低车辆平均行驶时间，促进城市健康交通的发展。

参考文献

[1]唐溢.基于OMNeT++的VANET仿真设计与实现[D].电子科技大学，2012.

[2]霍梅梅，郑增威，周晓伟.车辆自组织网仿真研究[J].计算机应用研究，2010（05）：1614-1620.

[3]刘江永，张洋祥，韩鹏.不同场景中VANET路由协议的仿真研究[J]. 计算机工程与应用，2009（18）：101-103.

[4]杨松，李连，曹文静. VANET仿真中交通仿真研究[J].四川兵工学报，2014（01）：95-99+122.

作者单位

山东省交通规划设计院 山东省济南市 250031