CN106231682A - 一种车载自组织网安全信号传输机制的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无线车载网络的安全信号传输机制的优化方法，包括给出无线车载网络中DEN安全信号与CAM安全信号的定义以及相应的信道接入优先级，根据不同安全信号之间的优先级关系提出基于替代退避的信道接入优化方法，从而使得安全信号的传输能够具有更短的发送延时以及更高的可靠性。本发明可以有效改善安全信号的通信效率，从而降低由于安全信号的不及时送达或送达失败而造成的交通事故发生率。
Description
技术领域
本发明涉及车载自组织网无线通信介质访问控制技术领域，特别涉及一种基于IEEE802.11p EDCA的车载自组织网络安全信号传输机制的优化方法。
背景技术
作为物联网技术在交通系统领域的典型应用，车联网基于车内网、车际网和车载移动互联网等形式，按照约定的通信协议和数据交互标准，进行无线通讯和信息交换，是实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的基础，能够有效改善交通效率并降低交通事故发生率。
作为车联网当前的主流无线通信协议标准，IEEE802.11p协议采用广播方式对安全信号进行通信，并且继承了IEEE802.11e的EDCA机制以使得不同类型的安全信号具有不同的信道接入优先级。不同的信道接入优先级拥有不同的退避参数，例如退避窗口，退避次数以及帧间隔(AIFS)等。
车载自组织网络的安全信号主要分为CAM信号和DEN信号，前者包含周期性产生的常规车辆信息，后者则用于传输突发情况下的紧急信息，因此拥有更高的安全级别。IEEE802.11p协议采用EDCA机制中的AC[0]和AC[1]分别处理DEN信号和CAM信号。在突发情况下，CAM信号往往由于DEN信号的内部竞争而被延迟发送，因此不可避免的出现无法在新的CAM信号产生前接入信道的情况。考虑到DEN信号包含CAM信号的所有信息以及CAM信号的实时更新的特点，传输已过时或已被包含于DEN信号的CAM信号将加剧信道竞争，从而恶化各优先级别安全信号的实时性以及可靠性等传输性能。我们注意到，IEEE 802.11p协议虽然定义了不同安全信号的信道接入优先级，但并没有充分考虑以上提及的安全信号的自身特点，从而使得其网络性能具有一定的局限性。
因此，需要一种能够适用于不同级别安全信号特点的，并且基于IEEE 802.11p协议进行设计的安全信号传输机制，从而达到进一步改善安全信号传输性能的设计目标。
发明内容
本发明旨在提供一种基于IEEE802.11p EDCA的车载自组织网安全信号传输机制的优化方法，通过根据IEEE802.11p EDCA机制中的各类型计时器判断各类安全信号在节点退避过程中所处于的状况改变其退避的规则，使得车辆能够在更短的时间内更可靠地进行安全信号的传输，从而提高信道的利用率并且降低网络延时，以达到改善安全信号通信效率的设计目标。
本发明提供一种基于IEEE802.11p EDCA的车载自组织网安全信号传输机制的优化方法。IEEE802.11p EDCA安全信号默认工作在不同的优先级队列上，内部竞争表现形式为不同的优先级有不同长度的AIFS，但是在节点中同时有DEN信号和CAM信号待发送的情况下仍有可能先发送CAM信号。本发明利用信道接入中的各类计时器判断出节点所处的退避状态，对安全信号的退避过程做出改进，使得EDCA机制支持替代退避机制。在替代退避机制下，CAM信号接入信道的具体过程包括：
S11.CAM信号进入队列，进行信道空闲评估；
S12.若信道空闲且经过AIFS[1]个时隙后信道仍然空闲，则直接发送数据包；若信道忙碌但本节点不在发送CAM信号，则判断CAM队列里是否还有数据包，有则用新的CAM数据代替旧的CAM数据后等待发送完成，然后退避。否则直接等待发送完成，然后退避；
S13.退避计数器到0后对信道空闲评估，若信道空闲且经过AIFS[1]个时隙后信道仍然空闲，则发送数据包，否则判断是否超过最大退避次数进行丢包或者重新退避。
车辆节点中DEN安全信号接入信道的具体过程包括：
S21.DEN信号进入队列，进行信道空闲评估；
S22.若信道空闲且再经过AIFS[0]后仍然空闲，则发送数据包；若信道忙，则等待信道空闲后初始化BO[0]；
S23.判断BO[0]与BO[1]的大小，若BO[0]较大，将BO[1]的值赋给BO[0]，BO[1]初始化，即DEN信号替代CAM信号的退避状态，CAM信号不再发送；若BO[0]较小，则按原协议执行；
S33.等待信道空闲后开始退避，退避完成后若信道再经过AIFS[0]后仍然空闲，则发送数据包，否则重新退避。
进一步地，所述的一种基于IEEE 802.11p协议的无线车载网络的安全信号传输机制的优化方法，其特征在于：所述待发送数据的节点只可工作在NACK模式。
进一步地，所述的一种基于IEEE 802.11p协议的无线车载网络的安全信号传输机制的优化方法，其特征在于：所述待发送数据的节点可以工作在网络饱和状态或网络非饱和状态。
进一步地，所述的一种基于IEEE 802.11p协议的无线车载网络的安全信号传输机制的优化方法，其特征在于：相较于原协议，所述待发送数据的节点数据包内容时效性更强。
本发明提出的优化方法，使得待发送安全数据节点在具体的信道退避状态下能发送数据内容更新的和优先级更高的数据包，从而使无线车载网络具有更短的延时和更好的时效性。
本发明附加的方面和优点在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1示出了支持替代退避机制的IEEE802.11p CAM数据包流程图。
图2示出了支持替代退避机制的IEEE802.11p DEN数据包流程图。
图3示出了不同安全信号延时随车辆节点数目变化的曲线。
图4示出了不同安全信号数据包到达率随车辆节点数目变化的曲线。
图5示出了不同安全信号延时随CAM信号间隔均值变化的曲线。
图6示出了不同安全信号数据包到达率随CAM信号间隔均值变化的曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明提供一种基于IEEE 802.11p协议的无线车载网络的安全信号传输机制的优化方法。IEEE802.11p EDCA安全信号默认工作在不同的优先级队列上，内部竞争表现为不同的优先级有不同长度的AIFS，但是在节点中同时有DEN安全信号和CAM安全信号待发送的情况下仍有可能先发送CAM信号。本发明利用信道接入中的各类计时器判断出节点所处的退避状态，对安全信号的退避过程做出改进，使得EDCA机制支持替代退避机制。在替代退避机制下，CAM信号接入信道的具体过程包括：
S11.CAM信号进入队列，进行信道空闲评估；
S12.若信道空闲且经过AIFS[1]个时隙后信道仍然空闲，则直接发送数据包；若信道忙碌但本节点不在发送CAM信号，则判断CAM队列里是否还有数据包，有则用新的CAM数据代替旧的CAM数据后等待发送完成，然后退避。否则直接等待发送完成，然后退避；
S13.退避计数器到0后对信道空闲评估，若信道空闲且经过AIFS[1]个时隙后信道仍然空闲，则发送数据包，否则判断是否超过最大退避次数来判断进行丢包还是重新退避。
车辆节点中DEN信号接入信道的具体过程包括：
S21.DEN信号进入队列，进行信道空闲评估；
S22.若信道空闲且再经过AIFS[0]后仍然空闲，则发送数据包；若信道忙，则等待信道空闲后初始化BO[0]；
S23.判断BO[0]与BO[1]的大小，若BO[0]较大，将BO[1]的值赋给BO[0]，BO[1]初始化，即DEN替代CAM信号的退避位置，CAM信号不发送；若BO[0]较小，则按原协议执行；
S33.等待信道空闲后开始退避，退避完成后若信道再经过AIFS[0]后仍然空闲，则发送数据包，否则重新退避。
作为优选方案，所述的一种基于IEEE 802.11p协议的无线车载网络的安全信号传输机制的优化方法，其特征在于：所述待发送数据的节点只可工作在NACK模式。
作为优选方案，所述的一种基于IEEE 802.11p协议的无线车载网络的安全信号传输机制的优化方法，其特征在于：所述待发送数据的节点可以工作在网络饱和状态或网络非饱和状态。
作为优选方案，所述的一种基于IEEE 802.11p协议的无线车载网络的安全信号传输机制的优化方法，其特征在于：相较于原协议，所述待发送数据的节点数据包内容时效性更强。
图1示出了支持替代退避机制的IEEE802.11p CAM数据包流程图。与原有的IEEE802.11p EDCA算法相比较，为发出更具有时效性的数据包，在发送CAM数据包时检测是否有新的CAM数据包到达队列，若有则发送将新的数据包替代旧的。
图2示出了支持替代退避机制的IEEE802.11p DEN数据包流程图。与原有的IEEE802.11p EDCA算法相比较，为了事最高优先级的DEN信号能最快的发送，在发送DEN数据包时检测是否有CAM数据包等待发送，若有则保证在替代退避的算法下DEN数据包能优先发送。
本发明采用Visual C++2010对本发明方法进行实施。无线车载网络中分别考虑了50、65、80、90、100个车辆节点下的网络情况，每个节点有唯一的标识符，节点的数据包到达服从泊松到达过程。节点配置相同的硬件，通信、计算、存储等能力都相同。
图3示出了不同安全信号延时随车辆节点数目变化的曲线，可以看出随着车辆节点数目的增多，由于网络拥堵，DEN信号和CAM信号的延时都在增加，但是采用本发明的算法后，延时有改善。
图4示出了不同安全信号数据包到达率随车辆节点数目变化的曲线，可以看出本发明算法下的分组到达率有提高。
图5示出了不同安全信号延时随CAM信号间隔均值变化的曲线，可以看出在本发明算法下车辆节点的延时变小。
图6示出了不同安全信号数据包到达率随CAM信号间隔均值变化的曲线，可以看出在本发明算法下，不同CAM信号间隔下数据包的到达率都有提升。
Claims (5)
1.一种无线车载网络的安全信号传输机制的优化方法，在保留IEEE 802.11p EDCA机制中的默认退避参数的同时，通过各类型计时器判断各类型安全信号在节点退避过程中所处于的状况改变其退避的规则，其特征在于：对EDCA的退避机制做出改进，使得EDCA机制支持替代退避机制，根据所处的通信状态，判断安全信号是否进行替代退避，替代退避机制下待发送数据的车辆节点中CAM安全信号接入信道的具体过程包括：
S11.CAM信号进入队列，进行信道空闲评估；
S12.若信道空闲且经过AIFS[1]个时隙后信道仍然空闲，则直接发送数据包；若信道忙碌但本节点不在发送CAM信号，则判断CAM队列里是否还有数据包，有则用新的CAM数据代替旧的CAM数据后等待发送完成，然后退避。否则直接等待发送完成，然后退避；
S13.退避计数器到0后对信道空闲评估，若信道空闲且经过AIFS[1]个时隙后信道仍然空闲，则发送数据包，否则判断是否超过最大退避次数进行丢包或者重新退避。
2.车辆节点中DEN安全信号接入信道的具体过程包括：
S21.DEN信号进入队列，进行信道空闲评估；
S22.若信道空闲且再经过AIFS[0]后仍然空闲，则发送数据包；若信道忙，则等待信道空闲后初始化BO[0]；
S23.判断BO[0]与BO[1]的大小，若BO[0]较大，将BO[1]的值赋给BO[0]，BO[1]初始化，即DEN信号替代CAM信号的退避状态，CAM信号不再发送；若BO[0]较小，则按原协议执行；
S33.等待信道空闲后开始退避，退避完成后若信道再经过AIFS[0]后仍然空闲，则发送数据包，否则重新退避。
3.根据权利要求1、2所述的一种基于IEEE 802.11p协议的无线车载网络的安全信号传输机制的优化方法，其特征在于：所述待发送数据的节点只可工作在NACK模式。
4.根据权利要求1、2所述的一种基于IEEE 802.11p协议的无线车载网络的安全信号传输机制的优化方法，其特征在于：所述待发送数据的节点可以工作在网络饱和状态或网络非饱和状态。
5.根据权利要求1、2所述的一种基于IEEE 802.11p协议的无线车载网络的安全信号传输机制的优化方法，其特征在于：相较于原协议，所述待发送数据的节点数据包内容时效性更强。
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