交通通信耦合仿真模块介绍

模块介绍：交通通信耦合仿真模块

一、耦合仿真模块架构体系

1、基础层

如图1，基础层的特点：

（1）定义了通信体必须具备的属性与功能。

（2）设计基础层为抽象类，只能作为接口使用。

（3）通过功能层的子类进行实例化。

图1 基础层的参数与功能

2、功能层

特点：

（1）基于基础层进行通信体的功能划分。

（2）提供了有针对性、更加丰富的属性与功能

图2 功能层的参数与功能

3、应用层

特点：

（1）需要考虑交通相关的功能和属性，如路网拓扑、车辆拓扑、车流密度等。

（2）生成通信路由表和标准覆盖车辆数。

图3 应用层的参数与功能

二、可适配微观交通行为的通信等效模型

相比于传统的通信仿真器，本研究以数据+场景驱动的参数标定，简化通信过程建模。

通信等效模型主要包括：

（1）RSU信息服务区域定义；

（2）连通概率模型；

（3）时延模型。

三、敏捷开发需求的交通-通信耦合仿真工具

1、基于SUMO仿真平台嵌入RSU与OBU对象--实现基础参数配置

（1）在netedit编辑器中添加RSU个体，并生成（RSU.xml）文件。

①功能栏选择Network，进入其中的POI点设置。

图4 NETEDIT编辑器上设置POI示意图

②参数设置。

Ⅰ. 修改poi类型为RSU

Ⅱ. 设置对应的参数包括基础参数id（” RSU_XX”）、pos;

Ⅲ. 可视化相关参数有图标读取路径image、图标宽度width、图标高度height以及可视化图层layer。可视化图层layer默认设置为-1，以防止RSU图标覆盖路网图层。

Ⅳ. 设备参数。需要在Edit parameter中增加“设备参数”。包括发射功率emit_rate、comm_range通信范围、控制周期cont_cycle等。

Ⅴ. 环境参数。需要在Edit parameter中增加“设备参数”。包括路径损失系数arfa和高斯随机变量标准差theta。

图5 NETEDIT编辑器上设置RSU示意图

③保存至附属设施（RSU.xml）文件中。

点击File选择Additionals and Shapes，通过save Additional as自动保存并生成RSU附属设施文件（.xml）。

（2）在(.rou)文件中添加OBUcar车辆类型，更新（rou.xml）文件。

①添加OBUcar车辆类型，添加对应的参数。

Ⅰ. 设备参数。包括发射功率emit_rate、comm_range通信范围等。

Ⅱ. 环境参数。包括路径损失系数arfa和高斯随机变量标准差theta。

②根据场景需求设定车辆类型选择OBUcar。

2、基于Traci接口导入等效通信模型---实现通信功能配置

(1)配置导sumosfg文件中，并使用已封装的RSU类对象实现案例测试。

import RSU_OBU 导入封装好的库

(2)使用功能函数：

①根据需求，选择功能对应的类及函数，例如，获取RSU与装载OBU车辆的通信数据，选择RSU（）. comp_data（）

②获取对应RSU的参数值，完成函数调用（实例化）。见案例

说明：该仿真模块代码的β1.0版本已开放在Code Ocean，链接地址为：https://doi.org/10.24433/CO.8068651.v1.

案例介绍：RSU与OBU的配置及其通信数据输出

一、数据输入与文件配置

1、输入路网及信号控制数据文件

以安徽省宣城市路网(xuancheng.net.xml)及其真实信号控制数据(signal_new.add.xml)为输入文件。

图6 宣称路网SUMO仿真图

2、配置交通出行需求文件

通过netedit模块设置出行需求文件(flows.rou.xml)为输入文件。

3、配置OBU设备

在车辆出行需求文件(.rou.xml)中，配置'OBUcar'类型，设置其基础功能参数

4、配置RSU设备

在NETEDIT编辑器或是RSU.xml(附属设施文档)中，配置RSU对象，设置其基础功能参数

5、形成配置文件(sim.sumocfg)

完成仿真场景配置，仿真场景示意图如下。

图7 场景仿真示意图

二、仿真运行与数据输出

1、仿真启动

通过Traci接口，编写demo.py文件。通过命令traci.start(["sumo-gui", "-c", "sim.sumocfg"], port=7930)启动SUMO交通仿真软件。

2、导入等效通信模型库

在demo.py中导入'RSU_OBU'库，选择对应的类与功能函数。

from RSU_OBU import RSU,OBU

3、RSU的基础参数

可以通过traci.poi.getxxx（）相关函数获取RSU的基础参数。例如：

以'RSU_01'为例,

获取RSU的位置数据：RSU_position_01=traci.poi.getPosition('RSU_01')

获取RSU的发射功率数据：RSU_emit_rate_01=traci.poi.getParameter('RSU_01','emit_rate')

获取RSU的通信范围数据：RSU_comm_range_01 = traci.poi.getParameter('RSU_01', 'comm_range')

获取RSU的路径损耗参数数据：RSU_theta_01 = traci.poi.getParameter('RSU_01', 'theta')
获取RSU的高斯随机变量标准差数据：RSU_arfa_01 = traci.poi.getParameter('RSU_01', 'arfa')
获取RSU的服务容量数据：RSU_capacity_01 = traci.poi.getParameter('RSU_01', 'capacity')
获取RSU的控制周期数据：RSU_cycle_01 = traci.poi.getParameter('RSU_01', 'cont_cycle')

4、OBU的基础参数

可以通过traci.vehicletype.getxxx（）和traci.vehicle.getxxx（）相关函数获取OBU的基础参数。例如：

以'OBU_01'为例,

获取OBU的位置数据：OBU_position_01 = traci.vehicle.getPosition('flow_2.2')

获取OBU的发射功率数据：OBU_emit_rate_01 = traci.vehicletype.getParameter('OBUcar', 'emit_rate')  # getParameter()
获取OBU的通信范围数据：OBU_comm_range_01 = traci.vehicletype.getParameter('OBUcar', 'comm_range')

获取OBU的路径损耗参数数据：OBU_theta_01 = traci.vehicletype.getParameter('OBUcar', 'theta')
获取OBU的高斯随机变量标准差数据：OBU_arfa_01 = traci.vehicletype.getParameter('OBUcar', 'arfa')

5、输出RSU与任一OBU的通信状态数据

例如：获取连通概率数据：RSU(id='RSU_01', pos=RSU_position_01, emit_rate=int(RSU_emit_rate_01), comm_range=int(RSU_comm_range_01), theta=float(RSU_theta_01), arfa=float(RSU_arfa_01),capacity=int(RSU_capacity_01), cont_cycle=int(RSU_cycle_01)).comp_data(pos_OBU)[1]

获取通信时延数据：RSU(id='RSU_02', pos=RSU_position_02, emit_rate=int(RSU_emit_rate_02), comm_range=int(RSU_comm_range_02), theta=float(RSU_theta_02), arfa=float(RSU_arfa_02),capacity=int(RSU_capacity_02), cont_cycle=int(RSU_cycle_02)).comp_data(pos_OBU)[1]

6、输出多个RSU下OBU通信状态数据

例如：多个RSU覆盖下OBU的通信对象选择及时延数据输出：OBU(id='flow_2.2', pos=traci.vehicle.getPosition('flow_2.2'), emit_rate=int(OBU_emit_rate_01),comm_range=float(OBU_comm_range_01),theta=float(OBU_theta_01), arfa=float(OBU_arfa_01)).comp_data_formul(RSUsp_list)[2]