CN103857059B - Ieee802.11p车载自组网络协议的edca机制优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种IEEE802.11P车载自组网络协议的EDCA机制优化方法。本方法的操作步骤如下：步骤1、统计车辆网络一个周期内某个节点产生的碰撞数和发送的数据帧总数；步骤2、根据一个周期内某个节点产生的碰撞数和发送的数据帧总数计算冲突率；步骤3、在冲突率的基础上，计算出平均冲突率；步骤4、对网络负载高、低进行不同的EDCA机制优化，根据平均冲突率，进行网络负载高、低的判断。本发明的特点在于在网络负载较高时，降低网络的丢包率以及端到端时延，在网络负载较低时，减少不必要延迟接入信道的时间，提高了系统的吞度量。

Description

IEEE802.11P车载自组网络协议的EDCA机制优化方法

技术领域

本发明涉及计算机无线网络领域，提出了IEEE802.11P车载自组网络协议的EDCA机制优化方法。

背景技术

基础知识介绍：

近年来，世界各国汽车数量都在剧增，从而导致一系列问题，比如道路拥塞严重，交通事故频发等，车辆网络的研究引起了人们极大的关注，在车辆网络中，车辆上搭载了中短距离无线通信技术，当车辆之间的距离小于它们无线电通信距离时，车辆之间能够形成无线通信；在路侧安装路旁单元(RSU：Road Side Unit)后，车辆与路旁单元间也能够实现无线信息交互。通过车辆间及车辆与RSU间的实时无线信息交互，能够实现远距离、自动地车辆间信息(如车速、方向、位置、刹车板压力等)交互，及时更新当前路况信息，为实现安全便捷驾驶提供了强大的通信支持，在事故预警、保障交通安全以及优化交通流量等方面发挥了重要的作用。

802.11P是IEEE针对车辆网络颁布的物理层与MAC层标准，MAC层采用EDCA机制，在EDCA机制中，EDCA定义了四种接入类别AC：AC_VO，AC_VI，AC_BE和AC_BK，分别代表语音(Voice)类，视频(Video)类，尽力而为(Best Effort)类和背景(Background)类，主要包含以下参数：AIFS[AC]，CWmin[AC],CWmax[AC]，TXOP Limit[AC]，EDCA还增加了传输机会(TXOP:Transmission Opportunity)的概念，当车辆获得传输机会后，它可以在TXOP时间内连续的传输多个数据包而不需要额外的竞争。一般情况下，业务的优先级越高，就拥有越小的AIFS、CWmin、CWmax和较大的TXOP Limit，保证了高优先级业务流具有优先接入信道的机会，从而使时延、丢包率等QoS要求的业务得到满足。

IEEE802.11p协议EDCA工作机制：节点在发送数据之前，首先进行载波侦听确定信道是否空闲。如果信道持续空闲AIFS[AC]，那么节点就将分组发送出去。如果信道忙，则节点启动一个退避计时器，选择一个随机退避时间，并继续侦听信道。当信道持续空闲AIFS[AC]，则退避计时器减1。若站点检测到信道忙或空闲时间<AIFS[AC]，则冻结并记录下当前值，直到重新出现DIFS空闲期再恢复退避计数器当减至零时，立即发送数据。其中，退避计时器的计算如下，CW[AC]的初始值设为CWmin[AC]：

Backoff_Timer＝Random[0,CW[AC]]×SlotTime

当数据发生冲突时，CW[AC]的值就变为CWnew[AC]:

CWnew[AC]＝min[CWmax[AC],(CW[AC]+1)*2-1]

当数据帧成功发送之后，将CW[AC]的值重置为CWmin[AC]，继续侦听信道。退避计时器每检测到一个空闲时隙，其值减1，最先减到零的AC占用信道，发送数据。

现有技术情况：

由于网络中车辆密度是动态变化的，IEEE802.11p协议EDCA工作机制的参数设置，不能使系统性能实现最优。在网络负载高时，业务在成功发送数据后，竞争窗口重置为CWmin[AC]，更容易得到使用信道的机会，使得信道中更容易发生碰撞，使整个网络的性能变差，尤其是对语音，视频等时延敏感业务的影响更为明显，不能很好的满足高优先级业务对时延的要求，同时也导致了网络丢包率的增加。在网络负载低时，由于退避机制的静态设置，使得站点内的业务流需要等待一段时间后，若信道空闲则退避计时器减1，退避计时器减为0时才能发送数据，造成不必要的信道接入延迟，使得吞吐量下降。

本发明的特点：

本发明提出一种IEEE802.11P车载自组网络协议的EDCA机制优化方法。在网络负载较高时，降低网络的丢包率以及端到端时延，且在网络负载较低时，减少不必要延迟接入信道的时间，提高了系统的吞度量。

发明内容

本发明的目的在于解决车辆密度动态变化的条件下，现有的EDCA工作机制在网络负载低时，会有不必要的信道接入延迟，使得吞吐量下降，在网络负载高时，不能很好的满足高优先级业务对时延的要求，同时也导致了网络丢包率的增加。为了解决上述问题，本发明提供一种IEEE802.11P车载自组网络协议的EDCA机制优化方法。在网络负载较高时，降低网络的丢包率以及端到端时延，且在网络负载较低时，减少不必要延迟接入信道的时间，提高了系统的吞度量。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

步骤1，统计车辆网络一个周期内某个节点产生的碰撞数和发送的数据帧总数；

步骤2，根据一个周期内某个节点产生的碰撞数和发送的数据帧总数计算冲突率；

步骤3，在冲突率的基础上，计算出平均冲突率；

步骤4，对网络负载高、低进行不同的EDCA机制优化，根据平均冲突率，进行网络负载高、低的判断。

上述的IEEE802.11P车载自组网络协议的EDCA机制优化方法，其中，在所述的步骤2中冲突率由以下公式计算：

其中，j为冲突率更新周期，为第j个更新周期时节点p的碰撞率，

E(collisions_j[p]是在第j个更新周期中节点p产生的碰撞数，E(data_sent_j[p]是在第j个更新周期中节点p发送的数据帧总数。

上述的IEEE802.11P车载自组网络协议的EDCA机制优化方法，其中，在所述的步骤3中冲突率由以下公式计算：

其中，为第j个周期的平均冲突率，α为碰撞平滑因子，为第j-1个周期的平均冲突率。

上述的IEEE802.11P车载自组网络协议的EDCA机制优化方法，其中，在所述的步骤4包括：

步骤4.1，根据平均冲突率，判断是否是网络负载低、若是跳到步骤4.2准备应用网络负载低的EDCA机制；否则就到步骤4.3，并准备使用网络负载高的EDCA机制。

步骤4.2，应用网络负载低的EDCA机制，其过程如下：

(1)若节点检测到连续个空闲时隙时，则快速减少退避计时器的值，如下：

BTnew＝BTold/2若BTnew<aSlotTime则BTnew＝0

(2)传输失败：若节点发现由于发生数据帧冲突而导致传输失败，则增大CW，当CW不断增加达到CWmax[AC]后，维持其值不变：

(3)当数据帧成功传送后，仍以IEEE 802.11p中的机制将当前竞争窗口值重置为CWmin[AC]。

步骤4.3，应用网络负载高的EDCA机制，其过程如下：

(1)传输失败：若节点发现由于发生数据帧冲突而导致传输失败，仍以二进制增大

CWnew＝min[CWmax[AC],(CW+1)*2-1]

(2)当数据帧成功传送后，竞争窗口值不是简单的重置为CWmin[AC]，其过程如下：

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：在网络负载较高时，降低网络的丢包率以及端到端时延，且在网络负载较低时，减少不必要延迟接入信道的时间，提高了系统的吞度量。

附图说明

图1是本IEEE802.11P车载自组网络协议的EDCA机制优化方法的流程图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

本实施例中，本IEEE802.11P车载自组网络协议的EDCA机制优化方法是基于linux,以C++面向对象语言为编程语言和tcl脚本来实现。

本IEEE802.11P车载自组网络协议的EDCA机制优化方法，包括以下步骤：

步骤1，统计车辆网络一个周期内某个节点产生的碰撞数和发送的数据帧总数；

步骤2，根据一个周期内某个节点产生的碰撞数和发送的数据帧总数计算冲突率；

步骤3，在冲突率的基础上，计算出平均冲突率；

步骤4，对网络负载高、低进行不同的EDCA机制优化，根据平均冲突率，进行网络负载高、低的判断。

在所述的步骤2中冲突率由以下公式计算：

其中，j为冲突率更新周期，为第j个更新周期时节点p的碰撞率，E(collisions_j[p]是在第j个更新周期中节点p产生的碰撞数，E(data_sent_j[p]是在第j个更新周期中节点p发送的数据帧总数。

在所述的步骤3中冲突率由以下公式计算：

其中，为第j个周期的平均冲突率，α为碰撞平滑因子，为第j-1个周期的平均冲突率。

在所述的步骤4包括：

步骤4.1，根据平均冲突率，判断是否是网络负载低、若是跳到步骤4.2准备应用网络负载低的EDCA机制；否则就到步骤4.3，并准备使用网络负载高的EDCA机制。

步骤4.2，应用网络负载低的EDCA机制，其过程如下：

(1)若节点检测到连续个空闲时隙时，则快速减少退避计时器的值，如下：

BTnew＝BTold/2若BTnew<aSlotTime则BTnew＝0

(2)传输失败：若节点发现由于发生数据帧冲突而导致传输失败，则增大CW，当CW不断增加达到CWmax[AC]后，维持其值不变：

(3)当数据帧成功传送后，仍以IEEE 802.11p中的机制将当前竞争窗口值重置为CWmin[AC]。

步骤4.3，应用网络负载高的EDCA机制，其过程如下：

(1)传输失败：若节点发现由于发生数据帧冲突而导致传输失败，仍以二进制增大

CWnew＝min[CWmax[AC],(CW+1)*2-1]

(2)当数据帧成功传送后，竞争窗口值不是简单的重置为CWmin[AC]，其过程如下：

其中，CW与CW[AC]均指AC队列的当前竞争窗口值，CWmax[AC]为最大竞争窗口值，CWmin[AC]为最小竞争窗口值，CWnew和CWnew[AC]均指调整之后的竞争窗口值，BTnew为减少之后的退避计时器值，BTold为原退避计时器值，aSlotTime为一个时隙。

以上对本发明：IEEE802.11P车载自组网络协议的EDCA机制优化方法，进行了详细的介绍。本文结合说明书附图和具体实施例进行阐述只是用于帮助理解本发明的方法和核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的方法和思想，在具体实施方式和应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.IEEE802.11P车载自组网络协议的EDCA机制优化方法，其特征在于：具体操作步骤如下：

步骤1，统计车辆网络一个周期内某个节点产生的碰撞数和发送的数据帧总数；

步骤2，根据一个周期内某个节点产生的碰撞数和发送的数据帧总数计算出冲突率；

步骤3，在冲突率的基础上，计算出平均冲突率；

步骤4，对网络负载高、低进行不同的EDCA机制优化，根据平均冲突率，进行网络负载高、低的判断；

在所述的步骤2中冲突率由以下公式计算：

其中，j为冲突率更新周期，为第j个更新周期时节点p的碰撞率，E(collisions_j[p]是在第j个更新周期中节点p产生的碰撞数，E(data_sent_j[p]是在第j个更新周期中节点p发送的数据帧总数；

在所述的步骤3中平均冲突率由以下公式计算：

其中，为第j个周期的平均冲突率，α为碰撞平滑因子，为第j-1个周期的平均冲突率；

在所述的步骤4中包括：

步骤4.1，根据平均冲突率，判断是否是网络负载低、若是跳到步骤4.2准备应用网络负载低的EDCA机制；否则就到步骤4.3，并准备使用网络负载高的EDCA机制；步骤4.2，应用网络负载低的EDCA机制，其过程如下：

(1)若节点检测到连续个空闲时隙时，则快速减少退避计时器的值，如下：

BTnew＝BTold/2若BTnew<aSlotTime则BTnew＝0

(2)传输失败：若节点发现由于发生数据帧冲突而导致传输失败，则增大CW，当CW不断增加达到CWmax[AC]后，维持其值不变：

(3)当数据帧成功传送后，仍以IEEE 802.11p中的机制将当前竞争窗口值重置为CWmin[AC]；步骤4.3，应用网络负载高的EDCA机制，其过程如下：

(1)传输失败：若节点发现由于发生数据帧冲突而导致传输失败，仍以二进制增大

CWnew＝min[CWmax[AC],(CW+1)*2-1]

(2)当数据帧成功传送后，竞争窗口值不是简单的重置为CWmin[AC]，其过程如下：

其中，CW与CW[AC]均指AC队列的当前竞争窗口值，CWmax[AC]为最大竞争窗口值，CWmin[AC]为最小竞争窗口值，CWnew和CWnew[AC]均指调整之后的竞争窗口值，BTnew为减少之后的退避计时器值，BTold为原退避计时器值，aSlotTime为一个时隙。