基于信道狀態(tài)判斷的車(chē)載自組織網(wǎng)mac層退避方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，涉及一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)MAC層的廣播退避算法
【背景技術(shù)】
[0002] 車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Vehicle Ad Hoc Network，VANET)是將無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)應(yīng)用到車(chē)載通信中的一種應(yīng)用技術(shù)對(duì)于智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport System，ITS)的發(fā)展，交通事故的減少等有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 車(chē)載網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，經(jīng)常會(huì)有些車(chē)輛節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到信道忙或者正在經(jīng)歷 碰撞，故網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要在802. IlP中規(guī)定的競(jìng)爭(zhēng)窗口值之中隨機(jī)選擇一個(gè)整數(shù)退避值進(jìn)行 退避，這些退避時(shí)間取決于協(xié)議所采取的退避機(jī)制，有效的接入機(jī)制，系統(tǒng)資源的最優(yōu)分配 等這些都是退避機(jī)制保障的。而網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)目增多的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)之間就有可能產(chǎn)生各種 沖突，此時(shí)為了保障接入機(jī)制的公平性，就必須降低沖突的概率，但是也不能僅僅為了降低 沖突概率而過(guò)分延長(zhǎng)退避時(shí)間，這就是改進(jìn)退避機(jī)制算法所需要做到的核心的思想。
[0004] 針對(duì)車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)的這種問(wèn)題，近年來(lái)有很多解決方案，例如RBEB退避算法， CEB退避算法等。
[0005] RBEB退避算法認(rèn)為在高密度的車(chē)輛環(huán)境中，控制信道不能使用整個(gè)控制信道的負(fù) 載，部分信息損失是由于消息碰撞或者過(guò)期造成的，而MC層不僅需要關(guān)注降低消息損失還 要關(guān)注消息的損失所造成的影響：比如一個(gè)節(jié)點(diǎn)連續(xù)丟失一串消息要比幾個(gè)節(jié)點(diǎn)各丟失一 個(gè)消息要嚴(yán)重的多。在802. Ilp中，初始競(jìng)爭(zhēng)窗口值是很小的，這樣碰撞概率就會(huì)很大，但是 碰撞又是不可預(yù)期的，所以碰撞的影響無(wú)法估算。故在改進(jìn)的退避算法中初始的競(jìng)爭(zhēng)窗口 值應(yīng)該設(shè)置比較大的值，當(dāng)消息的過(guò)期成為主導(dǎo)因素的話(huà)，其造成的影響是可以估算的。所 以在反轉(zhuǎn)退避算法中的初始競(jìng)爭(zhēng)窗口值設(shè)置為一個(gè)比較大的值，一般是127,每當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè) 出過(guò)期消息時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)窗口值就會(huì)變?yōu)樵瓉?lái)的一半，直到消息成功傳輸，競(jìng)爭(zhēng)窗口值就會(huì)回退 到最小競(jìng)爭(zhēng)窗口的初始值。
[0006] 然而就目前來(lái)看，VANET中廣播信息的接入機(jī)制研究，專(zhuān)家學(xué)者們鮮少有人考慮到 消息的碰撞和過(guò)期對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能方面的共同影響，特別是在車(chē)輛節(jié)點(diǎn)之間通信，更是鮮 少有人去綜合衡量消息的碰撞與過(guò)期對(duì)競(jìng)爭(zhēng)窗口值的影響，進(jìn)而調(diào)整退避算法。并由馬爾 科夫鏈建模分析可以得到以下結(jié)論：當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)窗口值設(shè)置為一個(gè)比較大的值時(shí)，信標(biāo)消息的 碰撞概率小于過(guò)期概率，反之則以消息的過(guò)期概率為主。所以最佳狀態(tài)就是將信標(biāo)消息的 過(guò)期概率與消息的碰撞概率之間達(dá)到均衡。該算法首先需要在MAC協(xié)議的幀頭部加入一個(gè) COUNT變量來(lái)統(tǒng)計(jì)消息的過(guò)期消息數(shù)，通過(guò)多次仿真得到一個(gè)合理的過(guò)期消息門(mén)限值，其后 利用過(guò)期消息數(shù)和門(mén)限值的大小關(guān)系來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)最小競(jìng)爭(zhēng)窗口值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是基于信道的預(yù)估判斷狀態(tài)，提出基于信道狀態(tài)判斷的 車(chē)載自組織網(wǎng)MAC層退避方法。
[0008] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下。
[0009] 節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，首先監(jiān)聽(tīng)信道，如果信道空閑就直接發(fā)送數(shù)據(jù)，反之，如果 信道忙，就設(shè)置退避計(jì)數(shù)器并監(jiān)聽(tīng)信道，節(jié)點(diǎn)是根據(jù)當(dāng)前發(fā)送數(shù)據(jù)的狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)最小競(jìng)爭(zhēng) 窗口值的大小，當(dāng)前發(fā)送數(shù)據(jù)的狀態(tài)分為兩種，一種是數(shù)據(jù)碰撞，一種是數(shù)據(jù)過(guò)期，統(tǒng)計(jì)廣 播消息的過(guò)期次數(shù)并與通過(guò)系統(tǒng)模型建立推出的過(guò)期門(mén)限值進(jìn)行對(duì)比，預(yù)估出此時(shí)的信道 狀態(tài)，從而按照相應(yīng)的舉措去調(diào)節(jié)競(jìng)爭(zhēng)窗口值CW的大小。
[0010] 假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量是n，目標(biāo)車(chē)輛A的載波監(jiān)聽(tīng)范圍是Sd，道路的平均車(chē)輛密度 是AVeh/km，車(chē)輛A有η。個(gè)一跳的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，E[n。]為η。的期望，指在車(chē)輛A的監(jiān)聽(tīng)范圍內(nèi)一 跳鄰居節(jié)點(diǎn)的平均數(shù)量，則，
[0011] E[nc] = 2ASd
[0012]節(jié)點(diǎn)在時(shí)隙K傳輸?shù)母怕适牵?br>[0014] 其中，Pexp為信標(biāo)消息的過(guò)期概率，考慮到一個(gè)信標(biāo)周期由NT個(gè)時(shí)隙構(gòu)成
[0015] 將信道中節(jié)點(diǎn)的碰撞概率分為兩種類(lèi)型，一種是同步傳輸引起的碰撞，一種是隱 藏節(jié)點(diǎn)引起的碰撞，其中
[0016] 同步傳輸引起的碰撞概率即為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間，同一信道同時(shí)發(fā)送引起 的碰撞：
[0018]隱藏節(jié)點(diǎn)引起的碰撞概率即為互不在對(duì)方載波監(jiān)聽(tīng)范圍內(nèi)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向其 載波監(jiān)聽(tīng)范圍內(nèi)的共同節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)引起的碰撞：
[0020] Ns代表信標(biāo)幀的持續(xù)時(shí)間，碰撞概率即為兩種碰撞概率之和，由競(jìng)爭(zhēng)窗口值與碰 撞概率和過(guò)期概率之間的均衡關(guān)系，當(dāng)碰撞概率和過(guò)期概率之和相等時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)窗口值為最 優(yōu)值，此時(shí)可以得到過(guò)期門(mén)限的值。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果:本發(fā)明提供的算法即車(chē)載自 組織網(wǎng)絡(luò)MAC層的廣播信標(biāo)幀退避算法_CSEBA(Backoff Algorithm Based On Channel State Estimates)，與BEB、RBEB、CEB等退避算法相比，該算法能夠在提高廣播接受率的同 時(shí)，降低網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。在節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程中，實(shí)時(shí)的統(tǒng)計(jì)過(guò)期消息的次數(shù)，如果消息過(guò)期 的次數(shù)大于門(mén)限值，則預(yù)估此時(shí)的信道狀態(tài)為過(guò)期為主，則競(jìng)爭(zhēng)窗口值變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，反 之則以碰撞為主，此時(shí)競(jìng)爭(zhēng)窗口值根據(jù)此時(shí)的消息數(shù)與門(mén)限值的比例動(dòng)態(tài)的變化，但是競(jìng) 爭(zhēng)窗口值的幅度變化始終在最小競(jìng)爭(zhēng)窗口值的最小值和最大值之間變化。從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng) 態(tài)的調(diào)整競(jìng)爭(zhēng)窗口值的大小，使得網(wǎng)絡(luò)中的廣播接收率和時(shí)延的性能有了很大的改善。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的工作流程圖。
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)例中CSEBA算法與BEB、RBEB、CEB算法的仿真曲線(xiàn)圖。
[0024]圖3是本發(fā)明實(shí)例中CSEBA算法與BEB、RBEB、CEB算法的仿真曲線(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程作詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)不限 于此，需指出的是，以下若有未特別詳細(xì)說(shuō)明之過(guò)程或參數(shù)，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn) 有技術(shù)實(shí)現(xiàn)或理解的。
[0026] 實(shí)施例
[0027]圖1為本發(fā)明的工作流程圖，在車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù) 包，按照如下流程進(jìn)行。
[0028]步驟一:節(jié)點(diǎn)A首先監(jiān)聽(tīng)信道，如果信道持