基于信道状态判断的车载自组织网MAC层退避方法技术

技术编号:15115745 阅读:122 留言:0更新日期:2017-04-09 12:08
本发明专利技术公开了一种基于信道状态预估的MAC层退避方法,属于车载自组织网络领域。本发明专利技术节点发送数据前,首先预估信道的状态,根据消息的过期概率和消息的碰撞概率将信道状态分为两种类型。然后根据信道状态类型,动态的调整最小竞争窗口值,实现最小竞争窗口值的实时动态调整。最终使得网络的分组投递率以及平均端到端的时延达到最优值。本发明专利技术可以作为车载自组织网络中节点发送广播消息的MAC层协议使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于车载自组织网络领域,涉及一种无线网络MAC层的广播退避算法
技术介绍
车载自组织网络技术(VehicleAdHocNetwork,VANET)是将无线自组织网络技术应用到车载通信中的一种应用技术对于智能交通系统(IntelligentTransportSystem,ITS)的发展,交通事故的减少等有着十分重要的现实意义。车载网中的节点在传输数据时,经常会有些车辆节点检测到信道忙或者正在经历碰撞,故网络节点需要在802.11P中规定的竞争窗口值之中随机选择一个整数退避值进行退避,这些退避时间取决于协议所采取的退避机制,有效的接入机制,系统资源的最优分配等这些都是退避机制保障的。而网络内节点数目增多的时候,节点之间就有可能产生各种冲突,此时为了保障接入机制的公平性,就必须降低冲突的概率,但是也不能仅仅为了降低冲突概率而过分延长退避时间,这就是改进退避机制算法所需要做到的核心的思想。针对车载自组织网络的这种问题,近年来有很多解决方案,例如RBEB退避算法,CEB退避算法等。RBEB退避算法认为在高密度的车辆环境中,控制信道不能使用整个控制信道的负载,部分信息损失是由于消息碰撞或者过期造成的,而MAC层不仅需要关注降低消息损失还要关注消息的损失所造成的影响:比如一个节点连续丢失一串消息要比几个节点各丢失一个消息要严重的多。在802.11p中,初始竞争窗口值是很小的,这样碰撞概率就会很大,但是碰撞又是不可预期的,所以碰撞的影响无法估算。故在改进的退避算法中初始的竞争窗口值应该设置比较大的值,当消息的过期成为主导因素的话,其造成的影响是可以估算的。所以在反转退避算法中的初始竞争窗口值设置为一个比较大的值,一般是127,每当系统检测出过期消息时,竞争窗口值就会变为原来的一半,直到消息成功传输,竞争窗口值就会回退到最小竞争窗口的初始值。然而就目前来看,VANET中广播信息的接入机制研究,专家学者们鲜少有人考虑到消息的碰撞和过期对系统网络性能方面的共同影响,特别是在车辆节点之间通信,更是鲜少有人去综合衡量消息的碰撞与过期对竞争窗口值的影响,进而调整退避算法。并由马尔科夫链建模分析可以得到以下结论:当竞争窗口值设置为一个比较大的值时,信标消息的碰撞概率小于过期概率,反之则以消息的过期概率为主。所以最佳状态就是将信标消息的过期概率与消息的碰撞概率之间达到均衡。该算法首先需要在MAC协议的帧头部加入一个COUNT变量来统计消息的过期消息数,通过多次仿真得到一个合理的过期消息门限值,其后利用过期消息数和门限值的大小关系来动态调节最小竞争窗口值。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是基于信道的预估判断状态,提出基于信道状态判断的车载自组织网MAC层退避方法。本专利技术的具体技术方案如下。节点在发送数据之前,首先监听信道,如果信道空闲就直接发送数据,反之,如果信道忙,就设置退避计数器并监听信道,节点是根据当前发送数据的状态来调节最小竞争窗口值的大小,当前发送数据的状态分为两种,一种是数据碰撞,一种是数据过期,统计广播消息的过期次数并与通过系统模型建立推出的过期门限值进行对比,预估出此时的信道状态,从而按照相应的举措去调节竞争窗口值CW的大小。假设网络中节点数量是n,目标车辆A的载波监听范围是Sd,道路的平均车辆密度是λveh/km,车辆A有nc个一跳的邻居节点数,E[nc]为nc的期望,指在车辆A的监听范围内一跳邻居节点的平均数量,则,E[nc]=2λSd节点在时隙K传输的概率是:Pk=1-PexpNT=Pstart]]>其中,Pexp为信标消息的过期概率,考虑到一个信标周期由NT个时隙构成将信道中节点的碰撞概率分为两种类型,一种是同步传输引起的碰撞,一种是隐藏节点引起的碰撞,其中同步传输引起的碰撞概率即为网络中的节点在同一时间,同一信道同时发送引起的碰撞:Pcs=1-2NTnc[(1-1-Pexp2NT)nc-(1-1-PexpNT)nc)]]]>隐藏节点引起的碰撞概率即为互不在对方载波监听范围内的两个节点同时向其载波监听范围内的共同节点发送数据时引起的碰撞:Pch=1-2(1-Pexp)nc[1-(1-1-PexpNT)2Ns-1][1-(1+(1-1-PexpNT)2Ns-12)nc]]]>Ns代表信标帧的持续时间,碰撞概率即为两种碰撞概率之和,由竞争窗口值与碰撞概率和过期概率之间的均衡关系,当碰撞概率和过期概率之和相等时,竞争窗口值为最优值,此时可以得到过期门限的值。与现有技术相比,本专利技术具有如下优点和技术效果:本专利技术提供的算法即车载自组织网络MAC层的广播信标帧退避算法-CSEBA(BackoffAlgorithmBasedOnChannelStateEstimates),与BEB、RBEB、CEB等退避算法相比,该算法能够在提高广播接受率的同时,降低网络延时。在节点发送数据的过程中,实时的统计过期消息的次数,如果消息过期的次数大于门限值,则预估此时的信道状态为过期为主,则竞争窗口值变为原来的2倍,反之则以碰撞为主,此时竞争窗口值根据此时的消息数与门限值的比例动态的变化,但是竞争窗口值的幅度变化始终在最小竞争窗口值的最小值和最大值之间变化。从而实现实时动态的调整竞争窗口值的大小,使得网络中的广播接收率和时延的性能有了很大的改善。附图说明图1是本专利技术实施例的工作流程图。图2是本专利技术实例中CSEBA算法与BEB、RBEB、CEB算法的仿真曲线图。图3是本专利技术实例中CSEBA算法与BEB、RBEB、CEB算法的仿真曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施过程作详细说明,但本专利技术的实施和保护不限于此,需指出的是,以下若有未特别详细说明之过程或参数,均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。实施例图1为本专利技术的工作流程图,在车载自组织网络中,节点A向节点B发送一个数据包,按照如下流程进行。步骤一:节点A首先监听信道,如果信道持续空闲DIFS间隔,就直接发送数据,步骤二:如果节点监听到信道忙,就选择竞争窗口值并设置退避计数器。(1)如果此时系统消息的过期数大于门限值,竞争窗口值就会变为原来的2倍。(2)如果此时系统统计的过期消息数小于门限值,则此时竞争窗口值就会变为门限值与过期消息数比例的倍数。根据以上竞争窗口值的变化去动态的设置退避计数器。...

【技术保护点】
基于信道状态判断的车载自组织网MAC层退避方法,其特征在于节点在发送数据之前,首先监听信道,如果信道空闲就直接发送数据,反之,如果信道忙,就设置退避计数器并监听信道,节点是根据当前发送数据的状态来调节最小竞争窗口值的大小,当前发送数据的状态分为两种,一种是数据碰撞,一种是数据过期,统计广播消息的过期次数并与通过系统模型建立推出的过期门限值进行对比,预估出此时的信道状态,从而调节竞争窗口值CW的大小。

【技术特征摘要】
1.基于信道状态判断的车载自组织网MAC层退避方法,其特征在于节点
在发送数据之前,首先监听信道,如果信道空闲就直接发送数据,反之,如果信
道忙,就设置退避计数器并监听信道,节点是根据当前发送数据的状态来调节最
小竞争窗口值的大小,当前发送数据的状态分为两种,一种是数据碰撞,一种是
数据过期,统计广播消息的过期次数并与通过系统模型建立推出的过期门限值进
行对比,预估出此时的信道状态,从而调节竞争窗口值CW的大小。
2.根据权利要求1所述的基于信道状态判断的车载自组织网MAC层退避
方法,其特征在于,
假设网络中节点数量是n,目标车辆A的载波监听范围是Sd,道路的平均
车辆密度是λveh/km,车辆A有nc个一跳的邻居节点数,E[nc]为nc的期望,
指在车辆A的监听范围内一跳邻居节点的平均数量,则,
E[nc]=2λSd节点在时隙K传输的概率是:
Pk=1-PexpNT=Pstart]]>其中,Pexp为信标消息的过期概率,考虑到一个信标周期由NT个时隙构成,
将信道中节点的碰撞概率分为两种类型,一种是同步传输引起的碰撞,一种
是隐藏节点引起的碰撞,其中同步传输引起的碰撞概率Pcs即为网络中的节点在
同一时间,同一信道同时发送引起的碰撞:
Pcs=1-2NTnc[(1-1-Pexp2NT...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡斌杰高静方冰森蔺丽钊
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东;44

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