一种基于vcg拍卖模型的p-rsu招募方法
技术领域
1.本发明涉及车联网领域，具体为一种基于vcg拍卖模型的p-rsu招募方法。
背景技术：2.随着车辆技术的飞速发展，车联网面临着前所未有的低延时、高服务质量需求。对于以rsu为辅助边缘节点的车联网通信，在rsus部署充分的前提下可以最大程度保证车辆用户的通信服务质量，但rsu的部署成本高昂，据美国交通部的国际调查，每台rsu的硬件、安装和维护费用高达17680美元。总之，成本因素的桎梏导致现阶段广泛部署rsus并实现车联网的全覆盖并不现实。
3.为了节省rsu的部署成本，利用停放车辆替代rsu辅助车联网通信是颇有潜力的方案。据统计绝大多数私家车每天有近90％的时间处于停放状态，车辆装配的无线装置能够使其提供通信中继等服务，同时蓄电池储存的电能可以为停放车辆在担任边缘节点的过程中提供能量。此外，停放车辆这个庞大的城市闲置资源还具有替代rsu的天然分布优势。总之，将停放车辆作为rsu的替代者，可充分利用车辆的闲置资源，降低rsu部署成本，构建低碳节能的绿色城市。
4.现阶段尚缺乏有效的激励机制推动车主自愿提供其私有车辆成为替代rsus的停放车辆。本发明提出了一种基于vcg拍卖模型的p-rsu招募方法，能有效激励停放车辆成为p-rsu，最小化招募成本的同时确保参与者投标诚信，实现车联网通信质量的提升和社会效益的飞跃。
技术实现要素：5.本发明公开了一种基于vcg拍卖模型的p-rsu招募方法，主要针对通信服务提供商希望招募停放车辆为城市车联网提供辅助通信服务的场景，所述方法的步骤如下：步骤一、服务提供商发起p-rsu招募并提出需求，招募参与者上传投标；步骤二、服务提供商根据投标计算招募结果，同时确定给予优胜者的报酬；步骤三、优胜者成为p-rsu提供辅助通信服务，完毕后获得报酬。本发明计算招募结果和设计报酬的步骤如下：步骤一、基于vcg拍卖模型描述成本预算最小化的招募问题；步骤二、优先招募报价低的p-rsu满足需求，获得招募结果；步骤三、根据每个p-rsu优胜者的“关键投标者”的报价确定报酬。本发明能有效激励停放车辆成为p-rsu，最小化招募成本的同时确保参与者投标诚信。具体过程如下：
6.本发明提出的p-rsu招募模型中，通信服务提供商根将整个城市道路划分为多个区域，如图2-1红色虚线所示，区域的集合用表示，并对每个区域提出通信资源/正交信道数量需求d
l
。招募候选者的集合用表示，每个p-rsu候选者只有有限的覆盖范围，用二进制因子a
i,l
表示候选者i是否能在区域l提供服务。定义矩阵代表招募结果，其中的元素q
i,l
表示候选者i在地区l提供的正交信道数。
7.p-rsu招募的流程为：(1)通信服务提供商公布需求，组织参与者上传投标；(2)提供商在计算招募结果并将结果播报给各停车场，提醒优胜者提供服务；(3)优胜者成为p-rsu，在相应区域达到服务要求后获得报酬。其中，招募候选者上传的投标包括如下四部分：(1)提供单位信道的报价vi；(2)可提供的正交信道数量上限ci；(3)停放位置；(4)停放时长ti。
8.基于vcg拍卖模型描述成本预算最小化的招募问题如下：
[0009][0010]
s.t.c1:
[0011]
c2:
[0012]
c3:
[0013]
c4:
[0014]
其中，ψ指招募成本预算；代表招募结果；c1代表招募结果应满足各区域的需求；c2代表参与者的能力约束；c3代表a
i,l
的定义约束；c4代表参与者的停放时间约束。优胜者的报酬根据如下公式计算：
[0015][0016]
其中，第一项指i不参与时，服务提供商招募的最小预算；第二项指i参与时，招募其他参与者的最小预算。
[0017]
本发明提出了一种该问题的高效求解方法，可以划分为以下几步：
[0018]
1)将所有候选者按报价从低到高排列，排序后的候选者列表用θ表示；
[0019]
2)依次查看θ中的候选者，以i为例，检查i可服务的所有区域的信道需求是否已被满足，如果没有则购买i提供的信道并记录q
i,l
，否则跳过该区域；
[0020]
3)每次购买之后更新需求量和候选者能力，直到所有区域的需求都被满足或所有候选者都被查看之后停止，得到招募结果
[0021]
4)对于中的每个优胜者，重新计算其不参与时的招募结果同时在找到各区域的最后一名入选者，记作关键投标者cr
i,l
。
[0022]
5)给予优胜者的总报酬等于其在各地区提供正交信道所得报酬的总和，计算公式为
[0023]
本发明的技术方法具有以下优点：
[0024]
首先，本发明提出的p-rsu招募方法是可行的且得出的招募结果是可信的，因为优胜者一定能以一个更低的报价入选，且优胜者的报酬是能入选的最高报价，这保证了参与者的投标诚信；其次，算法的复杂度仅为o(il+i2l)，可高效地计算招募结果和报酬；最后，
本发明有效激励停放车辆成为p-rsu，最小化招募成本的同时确保参与者投标诚信，充分利用车辆的闲置资源降低rsu部署成本，实现车联网通信质量的提升和社会效益的飞跃。
[0025]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方法，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]
图1为招募成本相对区域信道需求的变化曲线。
[0028]
图2为社会福利相对区域信道需求的变化曲线。
[0029]
图3为招募成本相对参与者数量的变化曲线。
[0030]
图4为社会福利相对参与者数量的变化曲线。
具体实施方式
[0031]
本发明提出了一种面向能效最优的c-v2v车联网功率控制方法，下面结合附图，对实施例作详细说明。
[0032]
本发明的具体实施场景为北京公主坟立交桥，位于北纬39.91
°
西经116.32
°
。左上方的翠微百货有一个大型露天停车场可以进行p-rsu招募。
[0033]
本发明的仿真参数如下选取：区域划分总数为64，p-rsu覆盖范围为300m，通信服务提供商总预算为5000，参与者数量为210～300，区域信道数需求为1～10，参与者报价是服从均值8方差4的正态分布，参与者能力是服从均值4方差2的正态分布并四舍五入取值。
[0034]
具体实施的步骤如下：
[0035]
1)进入招募结果求解阶段，将所有候选者按报价从低到高排列得到θ；
[0036]
2)依次查看θ中的候选者，以i为例，检查i可服务的所有区域的信道需求是否已被满足，如果没有则购买i提供的信道并记录q
i,l
，否则跳过该区域；
[0037]
3)每次购买之后更新需求量和候选者能力，直到所有区域的需求都被满足或所有候选者都被查看之后停止，得到招募结果
[0038]
4)进入报酬设计阶段，对于中的每个优胜者，重新计算其不参与时的招募结果同时在找到各区域的最后一名入选者，记作关键投标者cr
i,l
。
[0039]
5)给予优胜者的总报酬等于其在各地区提供正交信道所得报酬的总和，计算公式为
[0040]
6)获得每个优胜者的报酬之后算法停止。
[0041]
图1和图2分别展示了成本和社会福利随需求的变化情况。可见随着区域信道需求的增多，成本呈上升趋势，社会福利呈下降趋势，这是因为服务提供商需要招募报价更高的p-rsu参与者以满足需求从而抬高了成本，社会福利也因预算的增大而降低。仿真结果表明提出方法与最优vcg方法的优化性几乎没有差异，以d
l
＝7为例，在社会福利方面提出算法
是最优方法的94.6％。
[0042]
图3和图4分别展示了成本和社会福利随参与者数量的变化情况。可见随着参与者数量的增多，成本降低而社会福利增高，原因是服务提供商更容易从参与者中选出合适的招募对象。数值结果表明提出方法与最优vcg方法性能十分接近，以i＝300为例，本文算法得出的社会福利是最优的97.7％。
[0043]
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方法，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方法。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方法。
技术特征：1.本发明公开了一种基于vcg拍卖模型的p-rsu招募方法，主要针对通信服务提供商希望招募停放车辆为城市车联网提供辅助通信服务的场景，所述方法的步骤如下：步骤1、服务提供商发起p-rsu招募，将城市道路划分为多个区域并提出每个区域的正交信道数量需求，招募参与者上传投标，包括报价、辅助通信能力、停放位置和时间信息；步骤2、服务提供商根据投标计算招募结果，同时确定给予优胜者的报酬；步骤3、优胜者成为p-rsu提供辅助通信服务，完毕后获得报酬。2.根据权利要求1中步骤2所述的招募结果计算和报酬设计，基于vcg拍卖模型描述成本预算最小化的招募问题如下：本预算最小化的招募问题如下：本预算最小化的招募问题如下：本预算最小化的招募问题如下：本预算最小化的招募问题如下：其中，ψ指招募成本预算；代表招募结果，q
i,l
指参与者i在区域l提供正交信道的数量；表示参与者集合，表示区域集合；a
i,l
是表示i是否能在l提供服务的二进制因子，a
i,l
＝1则是，反之a
i,l
＝0；v
i
指i的报价；d
l
指区域l的信道数量需求；c
i
指i可提供的信道数量上限；t
i
指i的停放时间，tr指所需的停放时间；c1代表招募结果应满足各区域的需求；c2代表参与者的能力约束；c3代表a
i,l
的定义约束；c4代表参与者的停放时间约束；优胜者的报酬根据如下公式计算：其中，第一项指i不参与时，服务提供商招募的最小预算；第二项指i参与时，招募其他参与者的最小预算。3.根据权利要求2所述成本预算最小化招募问题，其求解步骤为：首先，按报价从低到高查看各p-rsu候选者，优先招募报价低的参与者满足各区域的信道需求，获得招募结果；其次，对于招募结果中所有优胜者，寻找其在各区域的关键投标者cr
i,l
，cr
i,l
指当i不参与招募时，满足区域l需求的最后一名入选者，其报价应是能在l地区入选的最高报价，将该报价作为i在l提供单位信道的报酬；最后，给予优胜者的总报酬等于其在各地区提供正交信道所得报酬的总和，即4.本发明所述的招募方法能有效激励停放车辆成为p-rsu，最小化招募成本的同时确保参与者投标诚信，充分利用车辆的闲置资源降低rsu部署成本，实现车联网通信质量的提升和社会效益的飞跃。
技术总结本发明公开了一种基于Vickery
技术研发人员：秦鹏 伏阳 武雪
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2022.03.31
技术公布日：2022/7/5
