一种基于自适应信标生成率的VANET通信方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于自适应信标生成率的VANET通信方法及系统，方法包括：步骤（1）：检测车辆当前信标生成率，按照当前信标生成率生成信标，在VANET内的车辆之间相互通信；步骤（2）：接收VANET内其余车辆发送的信标，根据信标内容，计算VANET中设定范围内的实时车辆密度；步骤（3）：将实时车辆密度与设定密度阈值作比较，根据比较结果重新生成信标生成率；重复上述步骤（1）‑（3）。

A VANET communication method and system based on adaptive beacon generation rate

The present invention relates to a method and a system, VANET communication method based on adaptive beacon generation rate: step (1): to detect the current vehicle beacon generation rate, according to the current production rate of generating a beacon beacon, mutual communication between vehicles within VANET steps; (2): VANET sends a beacon receiving the remaining vehicles, according to the beacon content, real-time calculation of density of vehicles within the scope of the set VANET; step (3): real time vehicle density and density threshold set for comparison, according to the comparison result to re generate the beacon generation rate; repeat (1) (3).

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应信标生成率的VANET通信方法与系统
本专利技术属于车联网通信
，具体是一种基于自适应信标生成率的VANET通信方法与系统。
技术介绍
随着一些国家车辆的迅速增加，交通事故已经成为全球公共的交通安全问题。近年来，车辆自组织网络技术(VehicularAdhocNetworks，VANET)得以提出以使得驾驶更安全更舒适。VANET是一种特殊的自组织网络，需要车辆安装无线通讯设备。因此，车辆可以互相“交谈”(车对车)，还可以与基础设施(车对基础设施)、路边单元进行“交谈”，交通信息可以在它们之间共享。车联网需要一套无线通信协议来完成车路通信和车车通信。专用短程通信(DedicatedShortRangeCommunication,简称DSRC)是车联网系统领域内针对车辆和道路基础设施间的信息交换而开发的一种专用无线通信技术，它能够提供高速的数据传输，并且能保证通信链路的低延迟和系统的可靠性。VANET网络由道路上的车辆临时组成，单跳广播模式是VANET信息分发的主要方式，具备DSRC通信能力的VANET参与车辆周期性的向其相邻车辆广播“信标”或基本安全信息(BasicSafetyInformation，BSM)以便告知他们的存在并且连续地监视邻近的车辆。信标中包含如位置、方向、速度、加速度、制动等即时信息，而且可能还会有紧急警告信息。信标具有很强的实时性，必须在规定的时间到达接收者并满足一定的接收率。这些信息作为VANET安全应用的输入，帮助驾驶员感知周边环境、判断潜在风险、避让危害发生。因此，可靠、及时、准确的车辆状态与环境信息交互是VANETs安全应用可行、可用、有效的关键。目前的相关研究进展表明，虽然VANET具有分布式、自组织、无中心、灵活机动、良好可扩展性等优点，但是由于VANET应用需求的特殊性以及网络拓扑结构的特殊性(如狭窄的“管状”网络分布、网络分割等)，以及IEEE802.11p协议中基本访问机制固有的缺点，直接影响VANET信息广播分发性能，使得广播过程中数据包的冲突增加、时延增长，为VANET信息传输控制协议设计带来巨大困难和严峻挑战。由于IEEE802.11p协议采用CSMA/CA机制，所有每个节点通过竞争的方式获得控制信道的访问权限以进行信标的广播。这种基于竞争的通信机制具有局限性：由于竞争而导致数据冲突和连续传输失败的概率增大。此外，因为每个节点都要周期性的发送信标，并且协议采用了固定大小的竞争窗口，所以随着节点密度的增加，信道竞争加剧，控制信道很容易发生拥塞，从而降低系统数据传输的可靠性。这就造成了在车辆密度比较低也即交通不是很拥堵的情况下，信标传输的可靠性能尚可接受；但是当交通比较拥堵或者车辆密度比较大的时候，系统可靠性会急剧恶化，甚至处于瘫痪的地步。目前，有很多解决信道拥塞的方法被提出，例如Shen等人在文献“DistributedCongestionControlApproachesfortheIEEE802.11pVehicularNetworks”中提出通过操控竞争窗口大小的拥塞控制方法，该方法根据拥塞阈值和基于本地传输状态的拥塞状况测量来动态地调整竞争窗口大小。但是此方案需要对协议进行修改。Chakroun等人在文献“MUDDS:Multi-metricUnicastDataDisseminationSchemefor802.11pVANETs”提出了一种基于通信密度和传播范围的多指标单播数据传播方案。方案中，每个节点测量与通信密度成反比的包接收率。当测量的包接收率超过目标阈值时，减小传输范围，否则提高传输范围。Park等人在文献“Application-LevelFrequencyControlofPeriodicSafetyMessagesintheIEEEWAVE”中提出了应用层信标频率估计方案来估计相邻车辆密度并据此自适应调节信标传输频率。但是他们的方案在实际应用中获取准确的包接收率是比较困难的。解决信道拥塞问题最直接的方式就是降低信标生成速率，现有的自适应信标生成率的拥塞控制机制也存在着信标生成率的控制参数不易获取的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，专利技术提供了一种基于自适应信标生成率的VANET通信方法，根据道路上的车辆密度的变化自适应的调整信标生成率，既能在车辆密度较高时有效地降低网络拥塞，又能提高信标接收成功率，保证VANET行车安全应用的可靠性。本专利技术采用下面的技术方案：一种基于自适应信标生成率的VANET通信方法，包括：步骤(1)：检测车辆当前信标生成率，按照当前信标生成率生成信标，在VANET内的车辆之间相互通信；步骤(2)：接收VANET内其余车辆发送的信标，根据信标内容，计算VANET中设定范围内的实时车辆密度；步骤(3)：将实时车辆密度与设定密度阈值作比较，根据比较结果重新生成信标生成率；重复上述步骤(1)-(3)。所述步骤(2)中根据信标内容，计算VANET中设定范围内的实时车辆密度包括：所述信标内容包括车载单元(OnBoardUnit，OBU)的唯一标识，根据所述车载单元OBU的唯一标识统计VANET中设定范围内的实时车辆数量，计算该范围内的实时车辆密度。进一步的，置信标生成率上限、下限，若重新生成的信标生成率大于所述生成率上限时，将重新生成的信标生成率更改为信标生成率上限；若重新生成的信标生成率小于生成率下限时，将重新生成的信标生成率更改为信标生成率下限。所述步骤(1)中，若当前信标生成率在信标生成率上限、下限之间时，维持当前信标生成率；若当前信标生成率在信标生成率上限、下限以外时，更改当前信标生成率为信标生成率上限。所述步骤(3)中根据比较结果重新生成信标生成率包括：若实时车辆密度不超过设定密度阈值，则重新生成的信标生成率等于信标生成率上限；若实时车辆密度超过设定密度阈值，根据实时车辆密度与设定密度阈值的差值，按比例减小当前信标生成率，作为重新生成的信标生成率。所述按比例减小当前信标生成率，作为重新生成的信标生成率包括：设定密度影响因子，根据所述差值与密度影响因子之间的比例倍数，得到信标生成率差值，当前信标生成率与信标生成率差值之差作为重新生成的信标生成率。本专利技术还提出了一种基于自适应信标生成率的VANET通信系统，包括：车载单元OBU，用于在VANET内与其他车辆相互通信，接收并发送信标；密度计算模块，用于根据信标内容包含的OBU标识，计算VANET中设定的通信范围内的实时车辆密度；自适应信标生成率模块，用于将实时车辆密度与设定密度阈值作比较，根据比较结果重新生成信标生成率。本专利技术的有益效果：本专利技术针对车联网中现有的介质访问控制方法在车辆密度较高的情况下可靠性能较差的问题，根据道路上的车辆密度的变化自适应的调整信标生成率，既能在车辆密度较高时有效地降低网络拥塞，又能提高信标接收成功率，保证VANET行车安全应用的可靠性。附图说明图1位本专利技术的方法流程图；图2为车辆密度vs合作碰撞警告的应用级可靠性的比较示意图；图3为车辆密度vs追尾碰撞经过的应用级可靠性的比较示意图；具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明：应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应信标生成率的VANET通信方法，其特征在于，包括：步骤（1）：检测车辆当前信标生成率，按照当前信标生成率生成信标，在VANET内的车辆之间相互通信；步骤（2）：接收VANET内其余车辆发送的信标，根据信标内容，计算VANET中设定范围内的实时车辆密度；步骤（3）：将实时车辆密度与设定密度阈值作比较，根据比较结果重新生成信标生成率；重复上述步骤（1）‑（3）。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应信标生成率的VANET通信方法，其特征在于，包括：步骤（1）：检测车辆当前信标生成率，按照当前信标生成率生成信标，在VANET内的车辆之间相互通信；步骤（2）：接收VANET内其余车辆发送的信标，根据信标内容，计算VANET中设定范围内的实时车辆密度；步骤（3）：将实时车辆密度与设定密度阈值作比较，根据比较结果重新生成信标生成率；重复上述步骤（1）-（3）。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中根据信标内容，计算VANET中设定范围内的实时车辆密度包括：所述信标内容包括车载单元OBU的唯一标识，根据所述车载单元OBU的唯一标识统计VANET中设定范围内的实时车辆数量，计算该范围内的实时车辆密度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置信标生成率上限、下限，若重新生成的信标生成率大于所述生成率上限时，将重新生成的信标生成率更改为信标生成率上限；若重新生成的信标生成率小于生成率下限时，将重新生成的信标生成率更改为信标生成率下限。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中根据比较结果重新生成信标生成率包括：若实时车辆密度不超过设定密度阈值，则重新生成的信标生成率等于信标生成率上限；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李嘉年，李文锋，陆强，宋吾力，冯敏，赵振杰，
申请(专利权)人：李嘉年，
类型：发明
国别省市：山东,37