بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله سامانهای جهت مسیردهی مجدد خودروها در تکه مسیر های وروردی به ناحیه های دارای ازدحام براساس پارامترهای ترافیکی به منظور کاهش زمان سفر پیشنهاد شده است. در روش پیشنهادی، خودروها با بهکارگیری سامانه اطلاعات ترافیکی بیسیم بین خودرویی و بدون نیاز به زیرساخت، مرکز کنترل و صرف هزینههای کلان، میتوانند اطلاعات مورد نیاز برای انتخاب مناسبترین مسیر را بدست آورند.
در ابتدا با بررسی فایلهای ترافیکی، ناحیههای دارای ازدحام تعیین میشود و سپس زیر مجموعهای از تکه مسیرهای ورودی به ناحیههای دارای ازدحام انتخاب میشوند و خودروهای درون این تکه مسیرها، براساس زمان سفر و همچنین چگالی تکه مسیرها مسیردهی مجدد میشوند. هدف ما این است که خودروها به گونهای مسیردهی شوند که از انتقال ازدحام از مسیری به مسیری دیگر و همچنین مشکل عدم پیوستگی رادیویی جلوگیری شود. نتایج حاصل از شبیهسازی حاکی از کاهش زمان سفرهای شهری و همچنین کاهش تعداد تکه مسیرهایی که مشکل عدم پیوستگی رادیویی دارند، میباشد.
-1 مقدمه
امروزه در بیشتر شهرهای بزرگ جهان، زندگی شهری با چالشی بزرگ به نام ازدحام خودروها در خیابانها مواجه شده و تلاشهای بسیاری در نقاط مختلف دنیا در حال انجام است تا راهکارهای مناسبی برای غلبه بر این مشکل پیدا گردد. این تلاشها دامنه وسیعی، از اعمال برخی محدودیتهای عبور و مرور در مسیرهای پرتردد، تا استفاده از سیستمهای ناوبری مختلف و هدایت راننده را شامل میگردند.
در این سامانهها، اطلاعات ترافیکی مسیرها به روشهای مختلف جمعآوری شده و در اختیار رانندگان قرار میگیرد. در سیستمهای سنتی، این دادهها توسط دوربینها و حسگرهای دیگری که در طول مسیر قرار داده میشوند جمعآوری شده و پس از ارسال توسط سیستمهای ارتباطی به یک مرکز کنترل و هدایت مرکزی، این دادهها مورد ارزیابی و سنجش قرار میگیرند و سپس نتایج ارزیابی با تاخیر برروی تابلوهای مختلف نصب شده در طول راهها نمایش داده میشود و یا توسط اینترنت برای رانندگان متقاضی ارسال میگردد تا مورد استفاده رانندگان قرار گیرد. بدیهی است که بالا بودن هزینههای نصب و نگهداری این تجهیزات و همچنین نیاز به یک مرکز کنترل و مدیریت، عوامل بازدارنده تشویق دولتها و مدیران شهری در به کارگیری آنها هستند.
امروزه تحقیقات مختلفی در حال انجام است تا بتوان با استفاده از سامانه های اطلاعات ترافیک مشارکتی، اطلاعات ترافیکی را با مشارکت خودروهای در حال حرکت جمعآوری نمود و این اطلاعات را داخل هر خودرو به صورتی مستقل پردازش کرده و نتایج را با روشهای مختلف توزیع اطلاعات، به دیگر خودروها انتقال داد
سامانه های اطلاعات ترافیکی مشارکتی، از نظر مکان ذخیره اطلاعات ترافیکی به دو دسته تقسیم میشوند:
- 1 سیستمهای متمرکز - مشتری/سرویس دهنده
- 2 سیستمهای غیر متمرکز - نظیر به نظیر -
در سیستمهای اطلاعات ترافیک مشارکتی متمرکز، اطلاعات ترافیکی در یک سرور ذخیره میشود و این اطلاعات از راههای مختلف در اختیار خودروها قرار میگیرند. چالش بزرگ این سیستم، حجم بالای بهروزرسانی و درخواست اطلاعات است که باید در کمترین زمان بین سرور و خودروهایی که به سرعت در حال حرکت هستند جابجا شوند. به علاوه، در چنین سیستمهایی یک هسته مرکزی که همان سرور میباشد در مورد اینکه کدام خودروها و به چه نوع اطلاعاتی دسترسی داشته و یا نداشته باشند تصمیمگیری خواهد کرد. اگر چه این عمل فوایدی مانند امنیت بیشتر دادهها، انجام محاسبات پیچیده مسیریابی در سرور به جای خودرو و کاستن از مشکلات لایه شبکه در ارتباطات مستقیم بین خودرویی را به همراه دارد، این روش تا حد زیادی با اهداف استفاده از سامانههای مشارکتی در تناقض است. نمونه این سیستمها [3] SOCRATES، [4] CoCar، [5] TraffCon، [6]و [7] میباشند.
سیستمهای اطلاعات ترافیک مشارکتی غیر متمرکز از اطلاعات ترافیکی جمعآوری و به اشتراک گذارده شده توسط خودروهای در حال حرکت استفاده مینمایند. با توجه به استفاده از فناوریهای بیسیم و طراحی سیستم، ما سیستمهای اطلاعات ترافیکی مشارکتی غیر متمرکز را به چهار ساختار مختلف طبقهبندی میکنیم:
- 1 سامانه اطلاعات ترافیک بیسیم بین خودرویی تک ردهای
- 2 سامانه اطلاعات ترافیک نظیر به نظیر تک ردهای روی شبکه بیسیم بین خودرویی
- 3 سامانه اطلاعات ترافیک نظیر به نظیر تک ردهای مبتنی بر زیرساخت6، - 4 سامانه اطلاعات ترافیک شبکه بیسیم بین خودرویی /نظیر به نظیر دو رده ای
-1-1 سامانه اطلاعات ترافیک بیسیم بین خودرویی تک ردهای
در سامانه اطلاعات ترافیک بیسیم بین خودرویی تک ردهای، خودروها با یکدیگر از طریق ارتباطات بین خودرویی ارتباط برقرار میکنند و به صورت دوره ای سرعت و موقعیت فعلی خود را به خودروهای همسایه به صورت همه-پخشی ارسال میکنند. یکی از مشکلات اساسی این سامانه، قطع متناوب اتصالات بین خودروها و ایجاد عدم پیوستگی در شبکه است که از دلایل اصلی آن میتوان به چگالی کم خودروها در یک محدوده و تحرک بالای خودروها اشاره نمود. مسئله مهم دیگر برای سیستم شبکه بیسیم بین خودرویی تکردهای مشکل طوفان همهپخشی8 در یک محیط با تراکم خودرو بالا است چون هر گره هر پیامی که دریافت می کند را به صورت همه پخشی ارسال میکند. به عنوان نمونه سامانه هایی که از این ساختار بهره میگیرند می توان به [8]، [9] TrafficView و [10] TrafficRep اشاره کرد.
-2-1 سامانه اطلاعات ترافیک نظیر به نظیر تک ردهای روی شبکه بیسیم بین خودرویی:
در این سامانه خودروها اطلاعات ترافیکی خود را به صورت همه پخشی برای خودروهایی که در محدوده خودشان هستند ارسال میکنند اما درخواستهای جستجو را از طریق نظیر به نظیر پوششی ارسال میکنند. تفاوت اصلی این سامانه با سامانهی اول در روش جستجو میباشد. در دسته اول یک گره پیام را به همهی گرههای موجود در محدوده خود به صورت سیلآسا ارسال مینماید. اما در این حالت پیام با توجه به ساختار نظیر به نظیر موجود در لایه کاربرد ارسال میگردد.
به عنوان نمونه چنانچه شبکه پوششی از نوع بدون ساختار9 مانند [11] Gnutellaباشد، ارسال پیام با توجه به روش سیلآسای10 با محدودیت طول عمر صورت میپذیرد و چنانچه شبکه پوششی ساخت یافته11 وجود داشته باشد با توجه به روش پوششی ساخت یافته به عنوان نمونه چنانچه از [12]Chord استفاده شود، پیام با توجه به جدول فینگر - - Finger Table به گرهای که پیام را به مقصد نزدیکتر مینماید ارسال میگردد.
این دسته از روشها نیز با توجه به تحرک بالای گرهها دارای هزینه بالایی در نگهداری شبکه پوششی خواهند بود و تعداد پیامهای رد و بدل شده جهت نگهداری شبکه پوششی از کارایی آن میکاهد. علاوه بر این، به دلیل اینکه نظیر به نظیر پوششی در بالای شبکه بیسیم بین خودرویی ساخته شده است، این سامانه نیز از مشکل عدم همبندی تحت تراکم کم خودرو مانند سیستم شبکه بیسیم بین خودرویی تک ردهای قبلی رنج می برد
-3-1 سامانه اطلاعات ترافیک نظیر به نظیر تک ردهای مبتنی بر زیرساخت
سامانه دیگری که جهت ساخت شبکه پوششی استفاده شده است، عبارت است از اینکه گرههایی به عنوان نظیر در شبکه پوششی انتخاب گردند که دارای ارتباط با زیرساخت میباشد - از قبیل WiMAX و . - 3G در این حالت گرههای نظیر در شبکه پوششی از طریق ارتباط با زیرساخت همواره با هم در ارتباط هستند و شبکه همبند باقی میماند اما تاخیر ارتباطی در شبکههای زیرساخت بالا است. این شبکه پوششی میتواند ساخت یافته یا بدون ساختار باشد. نمونه این سامانه، سامانه [15] PeerTISاست که یک سیستم نظیر به نظیر بر روی اینترنت است.
-4-1 سامانه اطلاعات ترافیک شبکه بیسیم بین خودرویی خودرویی/نظیر به نظیر دو ردهای
در این حالت خودروها در شبکه بیسیم بین خودرویی گروهبندی میشوند. در هر گروه گرهای به عنوان ابرنظیر انتخاب میشود. مجموعه ابرنظیرها یک شبکه پوششی تشکیل میدهند. گرههای ابر نظیر به عنوان یک پل بین لایه بالا و لایه پایین شبکه برای رسیدگی به تبادل پیام و جستجوها خدمت میکنند. خودروها مانند سامانه شبکه بیسیم بین خودرویی تک رده-ای، اطلاعات ترافیک خود از طریق ارتباطات بین خودرویی به صورت همه پخشی ارسال میکنند.
همچنین درخواستهای جستجو را نیز به صورت همهپخشی ارسال میکنند تا به دست گره ابر نظیر برسد. گره ابر نظیر این درخواست را بسته به نوع شبکه پوششی - ساخت یافته یا بدون ساختار - با توجه به مکانیزم مسیریابی اتخاذ شده ارسال میکند. با کمک نظیر به نظیر پوششی لایه بالا، سیستم دو ردهای مشکل عدم همبندی سیستمهای مبتنی بر شبکه بیسیم بین خودرویی را حل میکند. درخواستهای جستجو از طریق نظیر به نظیر پوششی میتواند با موفقیت به مقصد برسند در حالی که از طریق شبکه بیسیم بین خودرویی ممکن است شکست بخورند. علاوه بر این، سیستم دو ردهای تاخیر جستجو را در مقایسه با سیستمهای نظیر به نظیر مبتنی بر زیر ساخت تک ردهای کاهش میدهد. با این حال، سربار غیر ضروری ممکن است در سیستم دو ردهای ایجاد شود زیرا جستجو در دو شبکه انجام میشود
-2 راهکار پیشنهادی
این سامانه براساس یک سامانه اطلاعات ترافیکی مشارکتی، که از ساختار شبکههای بیسیم بین خودرویی استفاده میکند پیشنهاد شده است. هر خودرو باید به یک GPS، یک نقشه دیجیتال،تجهیزات رادیویی ارسال و دریافت بر پایه استانداردهای سری 802.11 و به ویژه 802.11p و یک رایانه برای انجام محاسبات و ذخیره اطلاعات مجهز باشد. نقشه دیجیتال به قسمتهایی شامل تکه مسیرها و تقاطعها تقسیم میشود.
هر خودرو دارای دو جدول اطلاعات ترافیکی شامل: - 1 جدول اطلاعات ازدحام تکه مسیرها و - 2 جدول اطلاعات خودروهای همسایه میباشد. جدول1 و جدول 2 ساختار کلی دو جدول مورد اشاره را نشان می دهد.
جدول : 1 جدول اطلاعات ازدحام تکه مسیرها
گزارش
هر خودرو هنگاهی که به انتهای تکه مسیر میرسد زمان پیمودن و همچنین چگالی آن تکه مسیر را محاسبه میکند و جدول اطلاعات ازدحام خود را با مقادیر به دست آمده به روز رسانی میکند. همچنین هر خودرو به صورت دورهای یک بسته برای همسایگان خود ارسال میکند. این بسته شامل شناسه منحصر به فرد خودرو، شناسه تکه مسیری که خودرو در آن در حال حرکت است، جدول اطلاعات ازدحام تکه مسیرها و جدول اطلاعات همسایگان است.
خودروها اطلاعات جدید هر تکه مسیر را با اطلاعات قبلی آن تکه مسیر تجمیع میکنند و با یک مهر زمانی ذخیره میکنند. این مهر زمانی سبب می شود که بتوان اطلاعاتی را که از نظر زمانی معتبر نیستند از جداول حذف نمود. هرخودروپس از دریافت پیامهایی که حامل اطلاعات ترافیکی هستند، صرف نظر از اینکه مقصد پیام باشد یا خیر، در صورتی که زمان تولید اطلاعات دریافتی از زمان تولید اطلاعات ذخیره شده در جداول خود جدیدتر باشند، اطلاعات موجود در جداول خود را با اطلاعات جدید به روز رسانی و تجمیع مینماید و با مهر زمانی مربوط به زمان تولید اطلاعات جدید ذخیره مینماید. چنانچه اطلاعات تکه مسیر قبلا در جداول موجود نباشد، آنها را با مهر زمانی دریافتی که نشاندهنده زمان تولید اطلاعات است در جداول مربوط به خود ذخیره مینماید. همچنین در صورتی که اطلاعات دریافتی از اطلاعات موجود تازهتر نباشند، آنها را بدون استفاده حذف مینمایند.
شبکه جاده به عنوان یک گراف وزندار نمایش داده میشود که در آن نودها همان تقاطعها، یالها تکه مسیرها و وزنها زمان سفر برآورد شده است. در ابتدا وزن هر یال را برآورد زمان سفر آن تکه مسیر در نظر میگیریم.
برای برآورد زمان سفر از رابطهی - 1 - استفاده می کنیم.
Li طول تکه مسیر i و Vf سرعت جریان آزاد است. سرعت جریان آزاد - Vf - به عنوان سرعت متوسط که راننده در آن میتواند بدون هیچ ترافیک و شرایط نامطلوبی رانندگی کند تعریف شده است. ما برای راحتی کار آن را همان حداکثر سرعت در نظر گرفتهایم. سپس این وزنها هنگامی که خودرو به انتهای تکه مسیر میرسد و زمان سفر را محاسبه میکند تغییر میکنند.
