基于VanetMobiSim_NS_2的车辆换道模型仿真
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车载自组网中模型构建工具Vanetmobisim与NS2的联合仿真
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交通信息与安全 2012年4期 第30卷 总169期
基于VanetMobiSim/NS2的车辆换道模型仿真-
21,2
郑华荣1, 高 嵩
(武汉理工大学智能交通系统研究中心 武汉41.30063;
)水路公路交通安全控制与装备教育部工程技术研究中心 武汉42.30063
)摘 要 高速公路上驾驶人换道行为容易导致车辆碰撞事故。利用车载自组网(车车通信提Vanet醒驾驶人在换道过程中可能遇到的危险,但在真实环境中测试车载自组网难度大,代价高。Vanet-网络仿真器,两者联合可以为车载自组网提供真实可靠的微观MobiSim和NS2分别是优秀的交通、-——仿真平台。文中结合开源的VanetMobiSim中的智能驾驶人换道模型—IDM_LC设计Vanet环境下的车辆换道模型,仿真产生不同车密度、车道数下的移动车辆Trace文件。将Trace文件导入开源/的N采用VS2中进行仿真分析。结果表明,anetMobiSimNS2联合仿真平台可以很好的模拟设计--的不同情景下的车辆换道模型,车辆换道时的车车通信将使得车辆换道效率和安全性都得到提高。关键词 V车辆换道模型;仿真anetMobiSim;NS2;-
:/中图分类号:U491.2+23 文献标志码:A doi10.3963.issn16744861.2012.04.025 -j
0 引 言
换道驾驶是驾驶人根据自身驾驶特性,针对周围车辆的车速、间隙等周边环境信息的刺激调
1]
整并完成自身驾驶目标策略[的一系列驾驶操
MobiSim作为一种可以为Vanet提供真实交通
可以在微观和宏观方面建立移动流的仿真工具,
车辆模型,而且生成的移动车辆Trace文件可以直接导入不同的网络仿真器,如NS2、QualNet-
和GloMoSim。
本文结合VanetMobiSim和目前网络研究领
[]域应用最为广泛的网络仿真软件之一的NS27-这两种仿真工具,建立仿真场景,并考虑车车通信
作。换道过程中还必须兼顾车辆的横向和纵向控制,考虑换道过程中的快速性,平顺性和安全性,是一个难度很大也容易引发道路交通事故、造成经济损失的驾驶环节,也是安全辅助驾驶领域中的研究热点之一。目前已有学者专门针对车道变
]23-
,换行为特性的交通安全影响进行了分析[建立4]
、了各种常见情形下车辆换道模型[提出了换道5]
算法[以及相应的仿真验证方法。
对模型各参数的影响,改变各参数值进行对比,从而分析车载自组网对车辆换道效率及安全性等各方面的影响。
1 仿真工具及车辆移动模型
车载自组网移动模型仿真器(vehicularad hocnetworksmobilitsimulatorvanetMobiSim, y
是对C其框VanetMobiSim)anuMobiSim的扩展,架中包括一系列的移动模型以及对各种格式地理
8]
。信息数据源的解析器和一个可视化单元模块[
)车载自组网(将自组网技术应用于车Vanet辆间通信,使司机能够在超视距的范围内获得其如车速、方向、位置、刹车板压他车辆的状况信息(
6]
。车辆换道时,力等)和实时路况信息[在Vanet
环境下就能通过无线传输实现车车通信来实时获得其他车辆,特别是当前车道和目标车道相关车从而使驾驶人可以更好的结辆的实时状态信息,
合自身状况分析当前操作的可行性以及安全性,同时还可以实时辅助换道过程,使换道过程更快速,更平顺,提高道路交通安全及效率。Vanet-
收稿日期:2011112320120503-- 修回日期:--
作为一款通用的交通流仿真器,软件由Java编写并且拥有独立的平台和仿真器。另外,它是一款它可以和网络仿真开源免费的车辆移动产生器,
包括N软件进行联合仿真,s2、QualNet以及-
GloMosim。VanetMobiSim可以采用不同的宏
)、国家科技支撑计划课题()批准号:批准号:资助2010-Ⅱ-0262009BAG13A05 *中央高校基本科研业务费专项基金(
),::_第一作者简介:郑华荣(硕士生.研究方向:驾驶行为机理与事故致因分析.1988.E-mailzhr19881211@126.com
车载自组网中模型构建工具Vanetmobisim与NS2的联合仿真
/——郑华荣 高 嵩基于VanetMobiSimNS2的车辆换道模型仿真—-113
观、微观移动模型以及两者联合使用产生详尽的而且可以通过完全定制场景车辆移动跟踪文件,来仿真不同的交通场景。1.1 VanetMobiSim的移动特性
根据车辆节点移动模型对交通场景的细节描述程度的不同,VanetMobiSim的移动特征分为
9]
。微观和宏观移动性2类[
策略为,如果换道能够最小化制动次数那么该模))和(型就允许车辆驶向另一条车道。利用式(12进行判断:
1
a-a±abian>
11
P(a+acur+anew-athrcur-anew)
1
aaafenew>-a
1、式中:aa为换道车辆在候选车道和当前车道加1
速度;aacur、cur为当前车道的跟随车辆在换道前和1换道后加速度;aanew为候选车道的跟随车辆new、
()1
()2
1.1.1 宏观移动特性
宏观移动特性不仅涉及到道路的拓扑,还包,单向或双向,单车道或多车道)道路括路面结构(
如速度限制,车辆类型限制)以及交通标志特征(
(。停车标志,红绿灯等)
VanetMobiSim所提供的扩展集中很重要的
它允许用用户自定1个模型就是车辆空间模型,
、义、随机产生、地理数据文件(GDF)TIGER地图4种方式定义道路拓扑结构。
本文选取的是第1种,即应用Eurecom.User-Extension的自定义的道路拓扑rah.UserGrah gpp
更具实际代表性,并且也更利于结果分析。结构,
1.1.2 微观移动特性
车辆微移动性包括所有与车辆的速度以及加速度相关的描述,负责处理车辆速度的平稳改变、车辆队列管理、交通堵塞以及超车等效果。VanetMobiSim中车辆模型主要是对交叉口管理的智能驾驶模型(intellientdrivinmodelwith gg )和换道过程intersectionmanaementIDM_IM, g
中的智能驾驶模型(intellientdrivinmodel gg )的支持,它们都是lanechaninIDM_LC,with gg
微观层面的移动模型。前者详尽的描述了车车之间以及交叉口的管理,后者则集成了一个超车模型MO它与IBIL,DM_IM配合完成换道以及加减速时的驾驶管理。两者都考虑多车流的相互作用,其操作与路面基础设施相一致,为了引进由交通标志以及多车道道路管理的十字路口模块,这些模型对I它们是CDM进行了拓展,anuMobisim中与现实车辆场景最吻合的模型。
本文重点考虑仿真车辆换道时的交通状况,在此对IDM_LC作详细分析。1.2 VanetMobiSim中的IDM_LC模型
IDM_LC将IDM_IM扩展成为具备多车道以及超车的功能。在此我们重点分析当车辆接近十字路口时驶向街道右边的情况。在超车模型,这主要是因IDM_LC中采用了Mobil模型[10]
为该模型与IDM模型相互兼容。该模型采用的
在在换道前和换道后的加速度;athr为加速度阈值
aaaafe为加速度安全值;bian为促使车辆靠右车道行
驶的加速度偏见值;P为礼貌因子。
当式(满足时,该模型允许车辆驶入车道1)就加速度而言,如果驾驶人改变车1。也就是说,
1道a-a所获得的好处比跟随车辆在当前车道11acaaur以及候选车道aur-new-new行驶时就进行c
换道操作大,才能进行换道。Mobil模型也考虑
)礼貌因素(olitenessfactor pp,p的值对应相应的礼貌程度,从而获得对其他驾驶人的礼貌行为。例如,当p趋向于零(或者小于零)时,驾驶人就会变得自私。加速度的阈值athr提出了允许车辆换道的最小的加速度,该最小加速度值是为了规避在边界情况下车辆跳入车道。增加偏见值abiss使得车辆在道路的一侧行驶:其中,该偏见值利于计算从而再现现实世界驾驶人在获得朝右边行驶结果,
多车道上在右边行驶的倾向。最后,在任何情况)下,不等式(表达的安全状况必须满足才能进行2这意味着车辆换道时,后面新到来的车辆不换道,
。必进行急刹车(它的减速度必须高于安全值asafe)1.3 NS2简介-
NS2是目前应用最为广泛的网络仿真软件-之一,它同时还附带了一些分析工具,如Gawk、
便于研究人员对仿真数据进行分析和图Nam等,形化显示。使用NS2进行仿真的过程可用图1-11]
。表示[
本文应用NS2对在VanetMobiSim中设计-的不同情景下的车辆换道模型模拟的得到的移动从而分析车辆换道时的车Trace文件进行仿真,
车通信与车辆换道效率和安全性之间的关系。实际操作时并未添加修改原有的C++类或添加新的协议,所以只是编写OTcl脚本设置了基本的参数进行了仿真,并由此将结果反馈到IDM_LC模型、中,修改相应的参数(比如安全换道时间t礼貌因子P等)从而得到车车通信对交通流状况的影响。
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交通信息与安全 2012年4期 第30卷 总169期
图1 NS2仿真过程图-rocessFi.1 Thesimulation pg
2 仿真的实现与分析
在VanetMobiSim中利用XML格式的配置文件来进行宏观和微观模型参数的设置。在此,选取1车000m×1000m的城市场景进行仿真, 道设置为常见的双向车道,选取不同的车流密度双车道、为仿真变量。具体参和车道数(3车道)图2则给出了典型的车辆换道场景。数见表1,
表1 移动模型仿真场景参数值
arametersTab.1 Theofthesimulation pofthemobilemodelscene
场景大小1000m×1000m
红绿灯控制交叉口数红绿灯改变时间间隔/s -1)(最大车速/m·s
-1)(最小车速/m·s
车身长度/m
图3 VanetMobiSim仿真某时刻状态
Fi.3 AstatefiureoftheVanetMobiSimsimulation gg
导入NS2进行仿真。NS2仿真参数设置见表--改变移动模型中的这2个2。因此考虑通信因素,
参数再分别进行仿真实验。分别在双车道和3车)道时改变场景中的车辆结点数(进行仿真10~50根据所得实验数据,分析不同车密度和车道实验,
数时,考虑与不考虑车车通信影响车辆的平均速度,得到图5
。
61013.893.334.40.60.940.20.
5
(最大加速度/m·s
-2)(舒适减速度/m·s(最大减速度/m·s
-2)(换道加速度阈值/m·s礼貌因子/P
-2)
-2)
图4 VanetMobiSim生成的移动trace文件数据Fi.4 DataofthetracefileeneratedbVanetMobiSim ggy
图2 车辆换道场景示意
Fi.2 Sceneofthevehiclelanechane gg
表2 NS2参数设置-
Tab.2 ParametersofNS2 -
场景大小
1000m×1000m
200
512VdtpIEEE802.11
115~35
本文选取的道路拓扑结构为Eurecom.User-g选取8个道路结点构建了简rah.UserGrah实例,pp
单的路段和交叉口模型。移动模型为Polito.所以每个车辆都引入了带Uomm.IDM_LC实例,
换道功能的智能驾驶人模型。图3所示为场景中(双车道)有30个车辆结点时仿真某时刻截图。
如果在V那anet环境下车车之间能够通信,()么车辆换道所需的安全换道时间t默认为1.5s就会减少而且模型的礼貌因素也需要做改变大。将VanetMobiSim生成的移动Trace文件能够通信时礼貌因子P(默认为0.应适量加(见图4
)5)
通信范围/m
数据包大小数据包类型/bit MAC协议信标间隔/s
(传输速度/m·h-1)
相应的23L为3车道,L为2车道; 图5中,V2V为考虑车车通信对模型的影响。从折线图分析可看出,随着场景中车辆结点的增加,平均速度都有所下降。3车道相对于2车道可以明显提高车辆平均速度,而考虑车车通信时不管在3车道还是两车道时都可以一定程度上改善交通效率。
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/——郑华荣 高 嵩基于VanetMobiSimNS2的车辆换道模型仿真—-115
件下各类典型交通行为的特点。
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3 总结及展望
本文在Vanetmobisim仿真软件中IDM_LC车辆换道模型的基础上重新设计了仿真场景并对其进行了仿真分析,证实了VanetMobiSim和NS2这两款仿真软件结合确实可以为VANET-
提供真实可靠的仿真平台,而且此联合仿真平台考虑车车通信对换道模型得出的仿真结果表明,
车载自组网有助于对提高车辆换道效率的影响,
及安全性,为进一步的研究提供了基础。车辆在道路上的驾驶行为具有复杂性,如换道,刹车,加本文仅结合减速等往往是综合的并不可预测的,
两款优秀的仿真工具搭建了车载自组网换道时的仿真架构,构建了车辆换道模型,分析了车辆换道过程。在今后的工作中,将进一步分析车联网条
/SimulationofVehicleLaneChaneModelBasedonVanetMobiSimNS2 -g
1212
ZHENGHuaronAOSon g Gg
(,1.IntellientTransortSstemsResearch Center,Wuhan UniversitoTechnoloWuhan430063China; gpyyf gy,
,2.EnineerinResearch Centeror TransortationSaetMinistroEducation) gg fpfy(yf
Wuhan UniversitoTechnoloWuhan430063,China) yf gy,
,
,
:AbstractVehiclecollisionsarehihllikeltohaenwhenthedriverchanesthetrafficlaneonthefreewacon -gyyppgy
,otentialsciouslowevertheV-VcommunicationinVehicleAdhocNetwork(VANET)canremindthedriverofthe - py.Hdanerdurinthisrocess.ButthetestofVANETintherealenvironmentisbothdifficultandexensive.Theexcellent gpgp
,V,softwareanetMobiSimandNS2,whichareusedasthetransortationandnetworksimulatorresectivelcanwork - ppy,rovidelatform.FirstlaertoethertoVanetwitharealandreliablemicroscoicsimulationthemadeuseoftheIn -ppyppgp
(,eneratetellientDriverModelwithLaneChaninIDM_LC)intheoensourcesoftwareVanetMobiSim,whichcanthe - ggggp
,filesofthemovinvehiclesatdifferentvehicledensitiesandtrafficlanestodesinavehiclelanechanemodelundertrace ggg ,,NVanet.ThenthetracefileswereimortedintotheoensourcesoftwareS2,tosimulatethecommunicationart.It - - pppcanbeseenfromtheresultthatthesimulationlatformbcombininVanetMobiSimandNS2proosedinthisaercan - pygppp etsimulatethelanechanemodeldesinedbeforeandthedifferenteffectsoflanechaneatdifferentseedandaccelera -ggggp
,tionandverifthattheV-Vcommunicationcanboostthesafetdurinthevehiclelanechane. yygg
:;KewordsVanetMobiSim;NS2;vehiclelanechanemodelsimulation- gy
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