CN109640290A - 车联网中基于edca机制的区分服务方法、装置及设备 - Google Patents

车联网中基于edca机制的区分服务方法、装置及设备 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种车联网中基于增强型分布式信道接入EDCA机制的区分服务方法、装置及设备，其中，该方法包括接收路侧单元RSU发送的道路当前时刻的车辆密度；在车辆密度小于等于预设密度阈值时，确定第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制，并根据第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制发送待传输信息；在车辆密度大于预设密度阈值时，确定第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制，并根据第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制发送待传输信息。通过本发明实施例提供的车联网中基于EDCA机制的区分服务方法、装置及设备，能够提升车联网中信息传输的性能。

Description

车联网中基于EDCA机制的区分服务方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种车联网中基于EDCA机制的区分服务方法、装置及设备。
背景技术
随着经济社会高速发展，车辆的数量也迅速增长，随之车辆安全问题成为了影响公众安全感的重要因素之一。而车联网中信息的传输性能关系着交通安全和效率，以及乘客的舒适度。为了保障服务质量(Quality of Service，QoS)，如何在车联网中对信息实现更好的区分服务有着重要的意义。
增强型分布式信道接入(Enhanced Distributed Channel Access，EDCA)机制通过为四个不同的接入控制器AC队列设置不同的参数在一定程度上来实现区分服务，传统的EDCA默认参数设置如表1，其中，CWmin表示最小竞争窗口，CWmax表示最大竞争窗口。
表1
AC 类别 CW<sub>min</sub> CW<sub>max</sub> AIFS
AC[1] AC_BK 15 1023 9
AC[0] AC_BE 15 1023 6
AC[2] AC_VI 7 15 3
AC[3] AC_VO 3 7 2
EDCA是基于冲突避让的载波监听机制(Carrier Sense Medium Access withCollision Avoidance，CSMA/CA)，通过为不同的AC队列设置不同的参数在一定程度上来实现区分服务，不同的队列有不同的任意帧间隔(Arbitrary Inter Frame Space，AIFS)、竞争窗口(Contention Window，CW)等，各式数据分别进入其对应的队列。例如音频、视频、尽力而为(best effort)、背景流(background)等类型数据都要进入对应的队列，每个队列都有不同的参数设置表，可以让这些队列在竞争信道时的优先级有差异。例如，假设上述四种类型的数据对应的队列分别用AC0、AC1、AC2和AC3表示，那么这四个队列的传送优先级从高到低依次为：AC0<AC1<AC2<AC3。
随着通信技术如5G等的发展，交通业务类型逐渐变多，传统车联网已经不能满足日益增加的服务质量要求。为了更好地满足日益增长的服务质量要求，车联网中信息传输的性能就显得越来越重要。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种车联网中基于EDCA机制的区分服务方法、装置及设备，以提升车联网中信息传输的性能。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种车联网中基于增强型分布式信道接入EDCA机制的区分服务方法，包括：
接收路侧单元RSU发送的道路当前时刻的车辆密度；
在所述车辆密度小于等于预设密度阈值时，确定第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制，并根据所述第一EDCA参数以及所述第一队列内部调度机制发送待传输信息；
在所述车辆密度大于所述预设密度阈值时，确定第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制，并根据所述第二EDCA参数以及所述第二队列内部调度机制发送所述待传输信息。
可选的，所述在所述车辆密度小于等于预设密度阈值时，确定第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制，包括：
在所述车辆密度小于等于所述预设密度阈值时，确定当前车辆与目标车辆之间的位移趋势；
根据所述位移趋势，确定任意帧间隔AIFS值；
根据所述车辆密度接近所述预设密度阈值的接近程度，确定竞争窗口值；
根据所述待传输信息的信息属性，确定所述第一队列内部调度机制；
所述在所述车辆密度大于所述预设密度阈值时，确定第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制，包括：
在所述车辆密度大于所述预设密度阈值时，根据所述当前车辆的邻居车辆的个数调整最小竞争窗口值；
根据所述当前车辆与所述邻居车辆的关联信息，对所述待传输信息进行预处理；
根据预处理后的待传输信息的信息属性，确定所述第二队列内部调度机制。
可选的，在根据所述当前车辆的邻居车辆的个数调整最小竞争窗口值之前，所述方法还包括：
通过所述当前车辆接收到的其他车辆发送的HELLO消息，确定所述当前车辆的邻居车辆的个数。
可选的，所述根据所述当前车辆的邻居车辆的个数调整最小竞争窗口值，包括：
根据所述当前车辆的邻居车辆的个数，通过公式：
k>19，调整最小竞争窗口值；
其中，所述CWmin为所述最小竞争窗口值，所述k为所述当前车辆的邻居车辆的个数。
可选的，根据所述信息属性将所述待传输信息划分为：控制报文、周期性信息、安全性信息和娱乐性信息。
可选的，所述第一队列内部调度机制包括：所述控制报文和所述安全性信息的优先级高于所述周期性信息的优先级；所述周期性信息的优先级高于所述娱乐性信息的优先级；且在调度所述娱乐性信息的过程中，当所述周期性信息对应的周期性信息队列长度大于预设周期性长度阈值时，调度所述周期性信息，直至所述周期性信息队列长度减小为所述预设周期性长度阈值的一半时，调度所述娱乐性信息。
可选的，所述第二队列内部调度机制包括：所述控制报文的优先级最高；所述娱乐性信息的优先级最低；所述安全性信息的优先级高于所述周期性信息的优先级；且在调度所述周期性信息的过程中，当所述当所述安全性信息对应的安全性信息队列长度大于预设安全性长度阈值时，调度所述安全性信息，直至所述安全性信息队列长度减小为所述预设安全性长度阈值的一半时，调度所述周期性信息。
可选的，所述车辆密度是移动边缘计算MEC服务器根据所述道路中位于所述RSU服务区域内的车辆的位置信息计算的，所述位置信息是所述RSU发送给所述MEC服务器的。
第二方面，本发明实施例提供了一种车联网中基于增强型分布式信道接入EDCA机制的区分服务装置，包括：
接收模块，用于接收所述RSU发送的道路当前时刻的车辆密度；
第一确定模块，用于在所述车辆密度小于等于预设密度阈值时，确定第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制；
第一发送模块，用于根据所述第一EDCA参数以及所述第一队列内部调度机制发送待传输信息；
第二确定模块，用于在所述车辆密度大于所述预设密度阈值时，确定第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制；
第二发送模块，用于根据所述第二EDCA参数以及所述第二队列内部调度机制发送所述待传输信息。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器，所述通信接口，所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现第一方面所述的方法步骤。
本发明实施例提供的车联网中基于EDCA机制的区分服务方法、装置及设备，可以接收路侧单元RSU发送的道路当前时刻的车辆密度；在车辆密度小于等于预设密度阈值时，确定第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制，并根据第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制发送待传输信息；在车辆密度大于预设密度阈值时，确定第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制，并根据第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制发送待传输信息。本发明实施例中，在车辆密度小于等于预设密度阈值时以及在车辆密度大于预设密度阈值时分别确定对应的EDCA参数和队列内部调度机制。根据车辆密度区分不同密度情况，并确定不同密度情况下分别对应的EDCA参数和队列内部调度机制，并在不同密度情况下根据对应的EDCA参数和队列内部调度机制发送待传输信息。如此，能够提升车联网中信息传输的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的车联网中基于EDCA机制的区分服务方法的流程图；
图2为本发明实施例中信息划分的流程示意图；
图3为本发明实施例中针对低车辆密度场景的流程图；
图4为本发明实施例中针对高车辆密度场景的流程图；
图5(a)为本发明实施例中三种场景下不同方案的时延对比图；
图5(b)为本发明实施例中三种场景下不同方案的吞吐量对比图；
图5(c)为本发明实施例中三种场景下不同方案的丢包率对比图；
图6为本发明实施例提供的车联网中基于EDCA机制的区分服务装置的结构示意图；
图7为本发明实施例提供电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了保障车联网的服务质量，已有技术中提供了几种区分服务的方式。
方式1中，提供了一种面向多场景数据交换的车联网层次化模型设计方法，属于无线网络通信技术领域。该方式以数据传输目的为依据将车联网应用分为安全性应用和非安全性应用，以网络传输特性为依据将网络分为主干子网和移动子网，以节点密度为依据将路由协议分为稀疏模式下和密集模式下的路由协议。根据上层应用传输数据的优先级别、车辆节点同路边节点的分布密度及数据通信所在网络的等级，将车联网系统层次化为多个有区分的数据交换场景，根据不同的场景及应用选择相应的传输协议对数据进行有区分的转发。该方式实现了安全相关数据高效的、优先的、低延迟的转发，非安全相关数据尽最大努力的交付。
方式2中，提供了一种车联网业务的处理方法及装置，包括以下步骤:步骤1：车联网中的车载单元OBU获取车联网业务的优先级；步骤2：OBU判断车联网业务中是否有高优先级车联网业务，其中，高优先级车联网业务包括:高优先级业务通知和高优先级业务信息；步骤3：在判断结果为是时，OBU分别选择资源发送高优先级业务通知和高优先级业务信息。通过该方式，解决了相关技术中当OBU有紧急业务通知需要发送时，如果存在多个OBU同时采用竞争方式发送紧急业务，则可造成资源冲突，从而导致紧急业务发送失败的问题。
方式1和方式2分别使用不同的方式和流程解决了车联网中的信息区分服务问题。方式1区分了场景，并根据不同的场景及应用选择相应的传输协议对数据进行有区分的转发，但是没有考虑在不同场景下各类信息的紧急程度以及车辆的移动性。方式2主要考虑了紧急(高优先级)业务的发送，解决了多个OBU同时竞争发送紧急业务时可能存在资源冲突的问题，但是没有考虑低优先级业务的需求。
为了综合考虑场景的属性对信息传输性能的影响，以及信息传输过程中的资源冲突等多种问题，以及解决传统EDCA机制存在如高车辆密度时因信道竞争激烈而导致丢包率比较高，传统车联网中的车载云计算存在着传输时延大、网络容易拥塞等问题。本发明实施例中，为了对车联网中的传输信息实现区分服务，提高交通安全和效率，以及保障乘客乘车的舒适度等，提供了一种车联网中基于EDCA机制的区分服务方法。
本发明实施例中根据道路的车辆密度将场景分为高车辆密度和低车辆密度两个场景。然后在不同场景下，从车辆移动性、AC队列内部调度、动态调整EDCA参数等方面对信息实现区分服务并提升QoS性能。同时，本发明实施例中结合了边缘计算技术，把边缘计算技术应用到车联网中形成一个边缘网络来传输信息。引入边缘计算基数的车联网也可以称之为车辆边缘网络。通过移动边缘计算(Mobile Edge Computing，MEC)服务器计算道路的车辆密度。MEC是一种高带宽低时延的新技术，它带动了车联网的发展。利用边缘计算技术来计算车辆密度以减少时延。且本发明实施例提供的方式有效弥补了方式1未考虑信息紧急程度，方式2未考虑低优先级业务需求等问题。
下面对本发明实施例提供的基于EDCA机制的区分服务方法进行详细说明。
本发明实施例提供的车联网中基于EDCA机制的区分服务方法可以应用于位于路侧单元(Road Side Unit，RSU)服务区域内的车辆，具体地可以应用于车辆中的车载单元等等。
本发明实施例提供了一种车联网中基于EDCA机制的区分服务方法，如图1所示，可以包括：
S101，接收RSU发送的道路当前时刻的车辆密度。
其中，车辆密度是MEC服务器根据道路中位于RSU服务区域内的车辆的位置信息计算的，位置信息是RSU发送给MEC服务器的。
具体地，RSU收集道路中位于RSU服务区域内的车辆的位置信息；将位置信息发送给MEC服务器，MEC服务器接收RSU发送的、道路中位于RSU服务区域内的车辆的位置信息；根据位置信息，计算道路的车辆密度；通过RSU，将车辆密度发送至RSU服务区域内的车辆。
本发明实施例中采用平均距离内有多少辆车来估计车辆密度，并且将计算车辆密度的工作卸载到MEC服务器来完成，具体如下：
RSU通过道路传感器收集车辆的位置信息并传给MEC服务器。
车辆在道路上分布时，能抽象成一个一个的点，这些点由于道路的限制，总能连成一串有前后关系的点。MEC服务器统计这些点的个数N，然后计算这些点1，2，...，i，...，N(每次只计算隔得近的前后点)的平均距离，计算公式如下：
其中，xi-1，yi-1与xi，yi为前后相邻两个车辆的位置信息，di为前后相邻两个车辆的距离，d平均为道路中车辆的平均距离。
求d平均倒数即车辆密度ρ，计算公式为：ρ＝1/d平均。
MEC服务器计算完成以后，通过RSU将结果发送给RSU服务区域内的车辆。由于车辆密度是快速变化的，一种可实现方式中，可以设置一个更新时间Trefresh来定期更新车辆密度。
S102，在车辆密度小于等于预设密度阈值时，确定第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制，并根据第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制发送待传输信息。
预设密度阈值可以根据实际情况，具体地可根据经验或者实验数据确定。
若车辆密度低于或者等于，即小于等于预设密度阈值ρthreshold可以表示低车辆密度场景。
第一EDCA参数可以包括竞争窗口值、任意帧间隔AIFS值等等。
通过竞争窗口值、任意帧间隔AIFS值可以确定队列在竞争时的优先级参数，根据优先级参数在多个队列中竞争信道。在队列竞争成功后，可以根据第一队列内部调度机制调度队列内部的信息。
S103，在车辆密度大于预设密度阈值时，确定第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制，并根据第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制发送待传输信息。
车辆密度高于，即大于预设密度阈值表示高车辆密度场景。
第二EDCA参数可以包括最小竞争窗口值等。
通过该最小竞争窗口值可以确定队列在竞争时的优先级参数，根据优先级参数在多个队列中竞争信道。在队列竞争成功后，可以根据第二队列内部调度机制调度队列内部的信息。
本发明实施例中，在车辆密度小于等于预设密度阈值时以及在车辆密度大于预设密度阈值时分别确定对应的EDCA参数和队列内部调度机制。根据车辆密度区分不同密度情况，并确定不同密度情况下分别对应的EDCA参数和队列内部调度机制，并在不同密度情况下根据对应的EDCA参数和队列内部调度机制发送待传输信息。如此，能够提升车联网中信息传输的性能。
为了后续过程中，更加方便地调度队列中的信息，本发明一种可选的实施例中，可以包括细分AC队列的过程。具体地，传统EDCA机制中，信息虽然根据用户优先级进入了AC队列，但在AC队列内部存在不同类型的信息具有相同的用户优先级的情况，比如生命安全信息、公共安全信息的用户优先级都是3，都会进入AC[1]队列。但这些不同类型的信息有不同的紧急程度。因此根据信息属性把信息分为控制报文、周期性信息、安全性信息、娱乐性信息(将除了周期性信息和安全性信息的数据报文都称为娱乐性信息)，具体地可以根据分类器进行划分。如图2所示。这些信息之间的优先级关系如下：控制报文>安全性信息>周期性信息>娱乐性信息。
根据车辆密度分为低车辆密度场景和高车辆密度场景。根据不同的场景进行区分服务。
本发明一种可选的实施例中，针对低车辆密度场景确定该低车辆密度场景对应的EDCA参数以及队列内部调度机制。车辆密度低时，高优先级业务网络负载较低，低优先级业务占用信道机会较少，而且此时车间距离大，车速比较快，导致网络拓扑结构高动态变化，链路寿命短。据研究发现，一种仿真实验过程中，在节点的信号有效半径为250m，平均速率为l00Km/h的道路上，链路存在15s的概率仅为57％。
具体地，针对低车辆密度场景，步骤S102：在车辆密度小于等于预设密度阈值时，确定第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制，如图3所示，可以包括：
S1021，在车辆密度小于等于预设密度阈值时，确定当前车辆与目标车辆之间的位移趋势。
S1022，根据位移趋势，确定任意帧间隔AIFS值。
车辆之间存在三种位移趋势关系：相离、相向、相对静止，这三种不同的关系导致车辆之间的通信机会不一样。因此，考虑两车之间的位移趋势。
为支持不同的优先接入级别，发送数据包前所需要的持续信道空闲时间由选择的AIFS控制。故从AIFS出发，提出DT_IFS(Displacement Trend Inter-frame Spacin)，计算公式为：
DT_IFS[RSk][ACk]＝(DT_IFSN[RSk]+AIFSN[ACk])×aSlotTime+SIFS
其中，RSk为位移趋势，DT_IFS[RSk][ACk]为每种位移趋势下的帧间间隔，DT_IFSN[RSk]为三种位移趋势下取的值，AIFSN[ACk]为仲裁帧间间隔时隙数，aSlotTime为一个时隙长度，SIFS为短帧间间隔。
下面说明如何判断车辆的位移趋势。两车之间的位置定位采用信号能量测距(RSSI)技术来获得它们的距离。假设t0时刻，两车开始之间的间距为d1。经过t时刻以后，此时两车之间的距离为d2。计算Δd＝d2-d1，若Δd<0，则两车相向；若Δd>0，则两车相离；否则相对静止。然后，根据位移趋势设置DT_IFS[RSk]的值，各种位移趋势相对应的DT_IFS[RSk]值如表2所示。
表2
S1023，根据车辆密度接近预设密度阈值的接近程度，确定竞争窗口值。
根据车辆密度接近预设密度阈值接近成程度的不同，动态调整参数。
低车辆密度场景时，因车距相距较远且发送的数据较少，进而导致吞吐量低，而吞吐量涉及到窗口值调整的问题。传统EDCA机制中的二进制退避调整窗口存在以下问题：发送失败时，直接将窗口值翻倍，但此时信道资源并不紧张，并且发送失败的原因也可能是信道干扰等其他非碰撞原因，冒然将窗口值翻倍会引起资源的浪费。因此，重点讨论发送失败时窗口值的调整。根据计算的车辆密度和预设密度阈值来确定低车辆密度场景下网络的状况，进而缓慢调整竞争窗口值，具体如下公式：
其中，CWtmp＝CWold×ρ，CWnew为确定的竞争窗口值，CWold为前一次竞争的竞争窗口值，CWtmp为中间计算结果，CWmax为传统EDCA机制中默认的最大竞争窗口值，CWmin为传统EDCA机制中默认的最小竞争窗口值。
车辆密度缓慢接近预设密度阈值时，表示车辆慢慢变多，发送失败时的竞争窗口慢慢变大并且优先级减小，而此时车距变小通信机会增大，因此优先级变化趋势符合车辆环境的变化。
S1024，根据待传输信息的信息属性，确定第一队列内部调度机制。
根据信息属性可以将待传输信息划分为：控制报文、周期性信息、安全性信息和娱乐性信息。
第一队列内部调度机制可以包括：控制报文和安全性信息的优先级高于周期性信息的优先级；周期性信息的优先级高于娱乐性信息的优先级；且在调度娱乐性信息的过程中，当周期性信息对应的周期性信息队列长度大于预设周期性长度阈值时，调度周期性信息，直至周期性信息队列长度减小为预设周期性长度阈值的一半时，调度娱乐性信息。
具体地，AC队列内部的竞争依然采用传统EDCA的竞争机制，当某个AC队列竞争成功以后，队列内部的调度过程如下：1)由于车辆密度低，控制报文和安全性信息都比较少，给它们赋予绝对的优先权，有就发送；2)控制报文和安全性信息发完以后，然后按先来先服务(First Come First Served，FCFS)调度周期性信息，调度完再处理娱乐性信息；3)调度娱乐性信息时持续检测周期性信息队列的长度，即周期性信息队列长度，当该周期性信息队列长度超过周期性信息队列长度的阈值，即预设周期性长度阈值，且娱乐性信息未调度完时，抢占式调度周期性信息，并处理周期性信息，直到周期性信息队列长度减小为预设周期性长度阈值的一半时，放弃抢占过程，转为调度娱乐性信息；4)调度周期性信息和娱乐性信息过程中，若有控制报文和安全性信息，则转为调度控制报文和安全性信息。
这样的调度方式，既保障了高优先级信息的时延需求，又保障了娱乐性信息在资源不紧张时也可以得到调度。
高车辆密度场景时，车间距离比较小，驾驶员反应时间短，需要特别关注周期性信息和安全性信息的传输；由于车辆密集，发送车辆很容易就可以找到中继车辆广播自己的消息。因此，广播消息在传输时，特别是对于多跳广播消息，有可能传输到它的影响范围之外，这会浪费不必要的资源；而且车辆密集时还容易出现广播风暴、信道竞争紧张等问题，进而导致广播消息的接受率低、丢包率高等问题。本发明一种可选的实施例中，针对高车辆密度场景确定该高车辆密度场景对应的EDCA参数以及队列内部调度机制。
具体地，步骤S103：在车辆密度大于预设密度阈值时，确定第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制，如图4所示，可以包括：
S1031，在车辆密度大于预设密度阈值时，根据当前车辆的邻居车辆的个数调整最小竞争窗口值。
在根据当前车辆的邻居车辆的个数调整最小竞争窗口值之前，还可以包括：
通过当前车辆接收到的其他车辆发送的HELLO消息，确定当前车辆的邻居车辆的个数。
具体地，车辆周围的邻居节点较多，较小且固定的竞争窗口会导致广播接受率比较低，调整最小竞争窗口值可以提高广播的接受率。
可以根据当前车辆的邻居车辆的个数调整最小竞争窗口值，具体地，可以根据当前车辆的邻居车辆的个数，通过公式：
k>19，调整最小竞争窗口值；
其中，CWmin为最小竞争窗口值，k为当前车辆的邻居车辆的个数。
本发明实施例中，通过HELLO消息获取车辆k的邻居节点数，并且设置一个时限Tlimit来定期更新车辆k的邻居节点数，过程如下：(1)设重新更新邻居竞争节点列表的时刻为t0，邻居竞争节点数Nk＝0；(2)某时刻t1，车辆k收到周围车辆发送的HELLO消息，就从HELLO消息中获得每辆车的MAC_ID加入自己的邻居节点列表，并把Nk加1，然后判断Δt＝t1-t0是否小于Tlimit，若小于则重复(2)，否则就进入(3)；(3)将得到的Nk带入上述计算CWmin的公式调整CWmin，然后回到(1)又进入下一轮的计算。
如此，动态调整最小竞争窗口值。
S1032，根据当前车辆与邻居车辆的关联信息，对待传输信息进行预处理。
周期性信息属于一跳广播消息，安全性信息属于多跳广播消息。随着时间和空间距离的增加，对于接收车辆来说，多跳广播消息的紧急程度是越来越低的，比如一辆车不会在意离它1km以外或者一个小时之前发生的紧急刹车消息。并且在车辆密度高时，车辆很容易的可以找到下一跳节点，这会导致广播消息容易超出它的影响范围。因此，为了避免不紧急信息对资源的占用，本发明实施例中可以对待传输信息进行预处理，通过确定待传输信息的优先级和紧急程度，优先传输优先级较高、紧急程度较高的信息。
具体地，通过时空密度相关性函数来动态的描述待传输消息的优先级和紧急程度。时空密度相关性函数具体公式如下：
其中，f1为Δt的函数，Δt为从车辆k收到源车发出的紧急消息经过的时间，tre为收到信息的时间，t0为信息发送的时间；f2为d的函数，d为车辆k到源车之间的距离，(x1,y1)和(x2,y2)为源车的位置信息和接收车辆的位置信息；r为初始优先级，u、v为相关系数。
S1033，根据预处理后的待传输信息的信息属性，确定第二队列内部调度机制。
根据信息属性可以将待传输信息划分为：控制报文、周期性信息、安全性信息和娱乐性信息。
第二队列内部调度机制包括：控制报文的优先级最高；娱乐性信息的优先级最低；安全性信息的优先级高于周期性信息的优先级；且在调度周期性信息的过程中，当当安全性信息对应的安全性信息队列长度大于预设安全性长度阈值时，调度安全性信息，直至安全性信息队列长度减小为预设安全性长度阈值的一半时，调度周期性信息。
具体地，队列内部的调度过程如下：1)对控制报文赋予绝对的优先权，有就发送；2)对于紧急安全信息，由于其时延要求高，且为小概率事件，因此设其队列长度小于周期性信息的队列长度；3)先按FCFS调度安全信息，调度完再处理周期性信息；4)调度周期性信息，持续检测紧急安全性信息队列长度的长度，当其超过预设安全性长度阈值时，抢占式调度紧急安全性信息，当紧急安全信息队列长度减小为预设安全性长度阈值的一半时，放弃抢占过程转为调度周期性信息；5)当高优先级都处理完毕以后，再处理娱乐性信息。
本发明实施例中，根据不同密度场景需求改进传统EDCA机制，即在车辆密度小于等于预设密度阈值时以及在车辆密度大于预设密度阈值时分别确定对应的EDCA参数和队列内部调度机制。根据车辆密度区分不同密度情况，并确定不同密度情况下分别对应的EDCA参数和队列内部调度机制，并在不同密度情况下根据对应的EDCA参数和队列内部调度机制发送待传输信息。从而保障信息传输的性能。且改进了车辆密度的计算方式，利用边缘计算技术的优势，将车辆密度的计算过程卸载到MEC服务器上，减小了计算的时延。
区分服务的目的是让车联网中的信息更好的传输，最终达到提高交通效率、保障交通安全的目的。本发明实施例中基于EDCA机制，根据不同的环境，设计了不同的区分服务方案。利用边缘计算的优点，将计算密度的过程卸载到MEC服务器上，让计算更加靠近用户，从而减小时延。根据车辆密度将车辆场景分为了高车辆密度场景和低车辆密度场景，并且由于信息在不同场景下有不同的紧急程度，之后根据场景需求从不同的方面设计了提升EDCA机制的方案，使得整个系统实现了更合理的资源分配。
为了更清楚地说明本发明提供的方案，本发明实施例进行了仿真实验。具体地，本发明采用的仿真平台是NS3、SUMO和Matlab。首先在VMware Workstation里安装了ubuntu16.04，然后在ubuntu16.04里安装NS-3.26和SUMO-0.32。Matlab安装在windows10系统里。
本发明实施例中设置车辆运行在一个1km*1km的区域内，并假设车道是长为1km的单车道，车辆随机的分布在道路上，分低、中、高三个车辆密度场景进行仿真，主要仿真参数设置如表3。
表3
车辆密度的预设密度阈值设置为平均1平方千米20辆车，并以[10，20，30]辆/千米来分别表示车辆密度较低、车辆密度适中、车辆密度较高，并设置了相对应的平均速度为[20,10,5]米/秒，加/减速度分别设置为0.9m/s2和0.5m/s2。
本发明实施例中主要分为了低、中、高车辆密度三种场景分别进行了仿真实验，并和传统EDCA机制在时延、吞吐量、丢包率三个方面进行对比。且使用Matlab分析和呈现最后的结果。
为了方便描述以及对比清楚，本发明实施例提供的区分服务方案通过DD-EDCA表示，传统区分服务方案通过EDCA表示，两种方案分别在三种场景下可以对应六种情况，如EDCA-低密度，EDCA-中密度，EDCA-高密度，DD-EDCA-低密度，DD-EDCA-中密度，DD-EDCA-高密度。
具体地，图5(a)为三种场景下的时延对比图，图5(a)中横坐标为仿真时间，单位为秒(s)；纵坐标为时延，单位为秒(s)。从图5(a)中不难看出，不论是在高车辆密度场景还是低车辆密度场景，本发明实施例提出的区分服务方案都比传统EDCA机制的时延减少了。原因是，在低车辆密度场景下，当消息发送失败时并不是将竞争窗口增加到原来的两倍，而是根据车辆密度来缓慢增加的，如此减少了信道接入时延。而在高车辆密度场景下，预处理了广播消息以及在调度时充分考虑了高优先级消息的优先级，所以减小了时延。
图5(b)为三种场景下的吞吐量对比图，图5(b)中横坐标为仿真时间，单位为秒(s)；纵坐标为吞吐量，单位为kbps。三种场景下，吞吐量都有一定程度的增加。考虑车辆的位移趋势使单位时间内发送的消息增加了，并且高密度下增加了广播的接受率也增加了吞吐量。
图5(c)为三种场景下的丢包率对比图,图5(c)中横坐标为仿真时间，单位为秒(s)；纵坐标为丢包率，单位为百分比(％)。在低车辆密度场景下的丢包率非常小，原因是此时信道竞争不激烈，而高车辆密度场景下因为信道竞争非常激烈导致丢包率较高。本发明实施例提出的区分服务方案在高车辆密度场景下性能有所提高，但是低车辆密度场景下却因为态调整的竞争窗口的比EDCA大，所以丢包率增加了一些。
仿真结果显示，对于其他区分服务方案，本发明实施例提出的区分服务模型提升了时延、吞吐量以及丢包率等方面的性能。
本发明实施例还提供了一种车联网中基于EDCA机制的区分服务装置，如图6所示，可以包括：
接收模块601，用于接收RSU发送的道路当前时刻的车辆密度；
第一确定模块602，用于在车辆密度小于等于预设密度阈值时，确定第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制；
第一发送模块603，用于根据第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制发送待传输信息；
第二确定模块604，用于在车辆密度大于预设密度阈值时，确定第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制；
第二发送模块605，用于根据第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制发送待传输信息。
本发明实施例中，在车辆密度小于等于预设密度阈值时以及在车辆密度大于预设密度阈值时分别确定对应的EDCA参数和队列内部调度机制。根据车辆密度区分不同密度情况，并确定不同密度情况下分别对应的EDCA参数和队列内部调度机制，并在不同密度情况下根据对应的EDCA参数和队列内部调度机制发送待传输信息。如此，能够提升车联网中信息传输的性能。
可选的，第一确定模块602，包括：
第一确定子模块，用于在车辆密度小于等于预设密度阈值时，确定当前车辆与目标车辆之间的位移趋势；根据位移趋势，确定任意帧间隔AIFS值；
第二确定子模块，用于根据车辆密度接近预设密度阈值的接近程度，确定竞争窗口值；
第三确定子模块，用于根据待传输信息的信息属性，确定第一队列内部调度机制；
第二确定模块604，包括：
调整子模块，用于在车辆密度大于预设密度阈值时，根据当前车辆的邻居车辆的个数调整最小竞争窗口值；
预处理子模块，用于根据当前车辆与邻居车辆的关联信息，对待传输信息进行预处理；
第四确定子模块，用于根据预处理后的待传输信息的信息属性，确定第二队列内部调度机制。
可选的，该装置还包括：第三确定模块，用于通过当前车辆接收到的其他车辆发送的HELLO消息，确定当前车辆的邻居车辆的个数。
可选的，调整子模块，具体用于根据当前车辆的邻居车辆的个数，通过公式：
k>19，调整最小竞争窗口值；
其中，CWmin为最小竞争窗口值，k为当前车辆的邻居车辆的个数。
可选的，根据信息属性将待传输信息划分为：控制报文、周期性信息、安全性信息和娱乐性信息。
可选的，第一队列内部调度机制包括：控制报文和安全性信息的优先级高于周期性信息的优先级；周期性信息的优先级高于娱乐性信息的优先级；且在调度娱乐性信息的过程中，当周期性信息对应的周期性信息队列长度大于预设周期性长度阈值时，调度周期性信息，直至周期性信息队列长度减小为预设周期性长度阈值的一半时，调度娱乐性信息。
可选的，第二队列内部调度机制包括：控制报文的优先级最高；娱乐性信息的优先级最低；安全性信息的优先级高于周期性信息的优先级；且在调度周期性信息的过程中，当当安全性信息对应的安全性信息队列长度大于预设安全性长度阈值时，调度安全性信息，直至安全性信息队列长度减小为预设安全性长度阈值的一半时，调度周期性信息。
可选的，车辆密度是移动边缘计算MEC服务器根据道路中位于RSU服务区域内的车辆的位置信息计算的，位置信息是RSU发送给MEC服务器的。
需要说明的是，本发明实施例提供的车联网中基于EDCA机制的区分服务装置是应用上述车联网中基于EDCA机制的区分服务方法的装置，则上述车联网中基于EDCA机制的区分服务方法的所有实施例均适用于该装置，且均能达到相同或相似的有益效果。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图7所示，包括处理器701、通信接口702、存储器703和通信总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器703通过通信总线704完成相互间的通信。
存储器703，用于存放计算机程序；
处理器701，用于执行存储器703上所存放的程序时，实现上述车联网中基于EDCA机制的区分服务方法的方法步骤。
本发明实施例中，在车辆密度小于等于预设密度阈值时以及在车辆密度大于预设密度阈值时分别确定对应的EDCA参数和队列内部调度机制。根据车辆密度区分不同密度情况，并确定不同密度情况下分别对应的EDCA参数和队列内部调度机制，并在不同密度情况下根据对应的EDCA参数和队列内部调度机制发送待传输信息。如此，能够提升车联网中信息传输的性能。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述车联网中基于EDCA机制的区分服务方法的方法步骤。
本发明实施例中，在车辆密度小于等于预设密度阈值时以及在车辆密度大于预设密度阈值时分别确定对应的EDCA参数和队列内部调度机制。根据车辆密度区分不同密度情况，并确定不同密度情况下分别对应的EDCA参数和队列内部调度机制，并在不同密度情况下根据对应的EDCA参数和队列内部调度机制发送待传输信息。如此，能够提升车联网中信息传输的性能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备及计算机可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种车联网中基于增强型分布式信道接入EDCA机制的区分服务方法，其特征在于，包括：
接收路侧单元RSU发送的道路当前时刻的车辆密度；
在所述车辆密度小于等于预设密度阈值时，确定第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制，并根据所述第一EDCA参数以及所述第一队列内部调度机制发送待传输信息；
在所述车辆密度大于所述预设密度阈值时，确定第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制，并根据所述第二EDCA参数以及所述第二队列内部调度机制发送所述待传输信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述车辆密度小于等于预设密度阈值时，确定第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制，包括：
在所述车辆密度小于等于所述预设密度阈值时，确定当前车辆与目标车辆之间的位移趋势；
根据所述位移趋势，确定任意帧间隔AIFS值；
根据所述车辆密度接近所述预设密度阈值的接近程度，确定竞争窗口值；
根据所述待传输信息的信息属性，确定所述第一队列内部调度机制；
所述在所述车辆密度大于所述预设密度阈值时，确定第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制，包括：
在所述车辆密度大于所述预设密度阈值时，根据所述当前车辆的邻居车辆的个数调整最小竞争窗口值；
根据所述当前车辆与所述邻居车辆的关联信息，对所述待传输信息进行预处理；
根据预处理后的待传输信息的信息属性，确定所述第二队列内部调度机制。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在根据所述当前车辆的邻居车辆的个数调整最小竞争窗口值之前，所述方法还包括：
通过所述当前车辆接收到的其他车辆发送的HELLO消息，确定所述当前车辆的邻居车辆的个数。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前车辆的邻居车辆的个数调整最小竞争窗口值，包括：
根据所述当前车辆的邻居车辆的个数，通过公式：
调整最小竞争窗口值；
其中，所述CWmin为所述最小竞争窗口值，所述k为所述当前车辆的邻居车辆的个数。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述信息属性将所述待传输信息划分为：控制报文、周期性信息、安全性信息和娱乐性信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一队列内部调度机制包括：所述控制报文和所述安全性信息的优先级高于所述周期性信息的优先级；所述周期性信息的优先级高于所述娱乐性信息的优先级；且在调度所述娱乐性信息的过程中，当所述周期性信息对应的周期性信息队列长度大于预设周期性长度阈值时，调度所述周期性信息，直至所述周期性信息队列长度减小为所述预设周期性长度阈值的一半时，调度所述娱乐性信息。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二队列内部调度机制包括：所述控制报文的优先级最高；所述娱乐性信息的优先级最低；所述安全性信息的优先级高于所述周期性信息的优先级；且在调度所述周期性信息的过程中，当所述当所述安全性信息对应的安全性信息队列长度大于预设安全性长度阈值时，调度所述安全性信息，直至所述安全性信息队列长度减小为所述预设安全性长度阈值的一半时，调度所述周期性信息。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述车辆密度是移动边缘计算MEC服务器根据所述道路中位于所述RSU服务区域内的车辆的位置信息计算的，所述位置信息是所述RSU发送给所述MEC服务器的。
9.一种车联网中基于增强型分布式信道接入EDCA机制的区分服务装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收所述RSU发送的道路当前时刻的车辆密度；
第一确定模块，用于在所述车辆密度小于等于预设密度阈值时，确定第一EDCA参数以及第一队列内部调度机制；
第一发送模块，用于根据所述第一EDCA参数以及所述第一队列内部调度机制发送待传输信息；
第二确定模块，用于在所述车辆密度大于所述预设密度阈值时，确定第二EDCA参数以及第二队列内部调度机制；
第二发送模块，用于根据所述第二EDCA参数以及所述第二队列内部调度机制发送所述待传输信息。
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器，所述通信接口，所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-8任一所述的方法步骤。
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