CN109996210B - 车联网的拥塞窗口控制方法、装置和设备 - Google Patents

车联网的拥塞窗口控制方法、装置和设备 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于车联网的拥塞窗口控制方法、装置以及设备。所述用于车联网的拥塞窗口控制方法包括：确定所述多个车载单元集合中的每个集合的带宽需求；以及根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合的拥塞窗口，其中所述多个车载单元集合分别对应于多个车载单元类型。

Description

车联网的拥塞窗口控制方法、装置和设备
技术领域
本公开涉及车联网领域，并且具体涉及一种车联网的拥塞窗口控制方法。
背景技术
车联网，即为车载自组织网络，用于实现移动过程中的车辆之间以及车辆与路侧单元之间的通信。在车联网中，由于车速较快，因此车辆与路侧单元之间的通信可能需要更频繁地在各个路侧单元之间进行切换。此外，由于路侧单元部署稀疏，导致车辆接收到的路侧单元的信号较弱或者无信号，车辆与路侧单元之间的链路速率低，从而导致该范围内的车辆的无线传输发生拥塞；同时，在路面上的车辆较为密集的范围内，各车辆之间需要更加频繁地进行安全消息交互，但是由于部署的路侧单元有限，从而容易导致该范围内的无线传输发生拥塞。另一方面，不同车辆的接收信号的能力不同，在车辆的接收信号能力较差的情况下，车辆与路侧单元之间的无线传输速率降低，为满足接收信号能力较差的车辆的业务需求，需要给接收信号能力较差的车辆分配更多的带宽资源，这就导致同一时间其他车辆的分配的带宽就会相应地减少，致使该范围内的带宽服务发生拥塞，从而影响用户体验。
因此，对于车联网的不同车辆，需要一种新的拥塞窗口控制方法，以解决上述问题。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种用于车联网的拥塞窗口控制方法，在所述车联网中包括多个车载单元集合，所述方法包括：确定所述多个车载单元集合中的每个集合的带宽需求；以及根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合的拥塞窗口，其中所述多个车载单元集合分别对应于多个车载单元类型。
根据本公开的一个方面，对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合中的车载单元的数量和该集合中的每个车载单元的基准带宽需求确定该集合的带宽需求，其中，该车载单元的基准带宽需求是根据该车载单元的类型确定的。
根据本公开的一个方面，根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量；以及根据所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量确定所述多个车载单元集合中的每个集合的最大拥塞窗口。
根据本公开的一个方面，对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合与其他集合之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
根据本公开的一个方面，对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合与其他集合之间的竞争参数、该集合内的各车载单元之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
根据本公开的一个方面，在迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口的过程中，迭代地计算该集合内的各车载单元之间的竞争参数。
根据本公开的一个方面，该集合与其他集合之间的竞争参数是根据统计分析预先确定的。
根据本公开的一个方面，车载单元的类型包括簇头车载单元、非簇头车载单元和预留带宽车载单元，其中，所述簇头车载单元和所述非簇头车载单元是接入当前路侧单元的车载单元，其中，所述簇头车载单元是包括实现自身带宽申请和所述非簇头车载单元的流量转发的车载单元，所述非簇头车载单元是仅实现自身带宽申请的车载单元，以及所述预留带宽车载单元是接入相邻路侧单元并正在传输流量的车载单元。
根据本公开的一个方面，如果在预定时间内没有新的车载单元接入，则所述每个集合的拥塞窗口达到稳定。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于车联网的拥塞窗口控制装置，在所述车联网中包括多个车载单元集合，所述装置包括：带宽需求确定单元，配置为确定所述多个车载单元集合中的每个集合的带宽需求；以及拥塞窗口确定单元，配置为根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合的拥塞窗口，其中所述多个车载单元集合分别对应于多个车载单元类型。
根据本公开的一个方面，对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合中的车载单元的数量和该集合中的每个车载单元的基准带宽需求确定该集合的带宽需求，其中，该车载单元的基准带宽需求是根据该车载单元的类型确定的。
根据本公开的一个方面，根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量；以及根据所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量确定所述多个车载单元集合中的每个集合的最大拥塞窗口。
根据本公开的一个方面，对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合与其他集合之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
根据本公开的一个方面，对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合与其他集合之间的竞争参数、该集合内的各车载单元之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
根据本公开的一个方面，在迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口的过程中，迭代地计算该集合内的各车载单元之间的竞争参数。
根据本公开的一个方面，该集合与其他集合之间的竞争参数是根据统计分析预先确定的。
根据本公开的一个方面，车载单元的类型包括簇头车载单元、非簇头车载单元和预留带宽车载单元，其中，所述簇头车载单元和所述非簇头车载单元是接入当前路侧单元的车载单元，其中，所述簇头车载单元是包括实现自身带宽申请和所述非簇头车载单元的流量转发的车载单元，所述非簇头车载单元是仅实现自身带宽申请的车载单元，以及所述预留带宽车载单元是接入相邻路侧单元并正在传输流量的车载单元。
根据本公开的一个方面，如果在预定时间内没有新的车载单元接入，则所述每个集合的拥塞窗口达到稳定。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于车联网的拥塞窗口控制设备，在所述车联网中包括多个车载单元集合，所述设备包括：存储器，配置为存储计算机可读指令；以及处理器，配置为处理存储在存储器中的所述计算机可读指令，其中所述处理器处理所述计算机可读指令时执行以下功能：确定所述多个车载单元集合中的每个集合的带宽需求；根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合的拥塞窗口，其中所述多个车载单元集合分别对应于多个车载单元类型。
根据本公开的一个方面，对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合中的车载单元的数量和该集合中的每个车载单元的基准带宽需求确定该集合的带宽需求，其中，该车载单元的基准带宽需求是根据该车载单元的类型确定的。
根据本公开的一个方面，根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量；以及根据所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量确定所述多个车载单元集合中的每个集合的最大拥塞窗口。
根据本公开的一个方面，对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合与其他集合之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
附图说明
通过结合附图对本公开实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本公开实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开实施例一起用于解释本公开，并不构成对本公开的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1示出了用于实现本公开实施例的车联网系统的示意图。
图2示出了根据本公开的实施例的车联网拥塞窗口控制方法的流程图。
图3示出了根据本公开的实施例的多个车载单元的类型的示例。
图4示出了根据本公开的实施例的确定每个车载单元集合的拥塞窗口的方法的步骤。
图5示出了根据本公开的实施例的另一确定每个车载单元集合的拥塞窗口的方法的步骤。
图6是示出了根据本公开的实施例的拥塞窗口控制算法的拥塞窗口变化趋势图。
图7是示出了慢启动控制算法的拥塞窗口变化趋势图。
图8是示出了根据本公开的实施例的拥塞窗口控制算法与慢启动控制算法的平均拥塞窗口的变化对比图。
图9是示出了根据本公开的实施例的拥塞窗口控制算法与慢启动控制算法的带宽利用率的变化对比图。
图10是示出了根据本公开的实施例的拥塞窗口控制装置的框图。
图11是示出了根据本公开的实施例的拥塞窗口控制设备的框图。
具体实施方式
为了使得本公开的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本公开的示例实施例。
首先，参照图1来描述可在其中应用本公开的实施例的车联网系统。该车联网系统包括多个路侧单元(RSU1，RSU2)和多个车载单元(OBU)，其中，所述多个车载单元包括车载单元20、30、40等，其中所述车载单元20(OBU2)可以与路侧单元RSU1进行通信，换言之，路侧单元RSU1是车载单元20的当前服务路侧单元。
如上文所述，由于路侧单元部署稀疏、车辆太过密集或车辆接收信号能力较差，导致车辆接收到的路侧单元的信号较弱或者无信号，车辆与路侧单元之间的链路速率低，从而导致该范围内的车辆的无线传输发生拥塞，进而影响用户体验。本发明人认识到，在车联网的全部车载单元中，需要根据车载单元的当前通信状态对不同的车载单元进行分簇，使得不同通信状态的车载单元可以适应性地获得相应的拥塞窗口，其中拥塞窗口对应于该车载单元可以分到的带宽。由此，可以避免上述的无线传输的拥塞。
下面将参照图2来描述根据本公开的实施例的车联网拥塞窗口控制方法。该方法可以由诸如中央控制器的控制中心来处理。控制中心可以以有线或无线的方式连接到路侧单元和车载单元，并且可以获得由路侧单元和车载单元发送的所有信息。通过该方法，控制中心例如可以根据当前的车载单元与路侧单元的通信状态以及每个车载单元的带宽需求为不同的车载单元适应性地确定的拥塞窗口。
如图2所示，在步骤S201中，确定所述多个车载单元集合中的每个集合的带宽需求。
在车联网中，包括多个车载单元集合，并且该多个车载单元集合分别对应于多个不同的车载单元类型。需要注意，多个车载单元的集合可以指大于或等于三个的车载单元集合，但在本申请中，只要是大于或等于两个的集合即可实现本发明中的多个车载单元集合。
下面根据图3来描述根据本公开的实施例的多个车载单元的类型的示例。如图3所示，在一个示例中，可以根据车载单元的重要性和贡献度来划分车载单元的类型。例如，车载单元的类型可以被划分为簇头车载单元OBU1、非簇头车载单元OBU2和预留带宽车载单元OBU3。簇头车载单元OBU1和非簇头车载单元OBU2是接入当前路侧单元RSU1的车载单元。其中，簇头车载单元OBU1是包括实现自身带宽申请和所述非簇头车载单元OBU2的流量转发的车载单元，也就是说簇头车载单元OBU1可以为连接到信号弱的路侧单元或未连接到路侧单元的非簇头车载单元OBU2转发流量，并且簇头车载单元OBU1具有足够的转发能力，并不影响自身带宽利用能力。非簇头车载单元OBU2是仅实现自身带宽申请的车载单元。预留带宽车载单元OBU3是接入相邻路侧单元并正在传输流量的车载单元。预留带宽车载单元OBU3可以是已经接入相邻路侧单元并正在传输流量，并且马上进入当前路侧单元的车载单元，当车速较快时，预留带宽可以实现快速的带宽切换，而不用等待重新分配带宽。如上所述，由于簇头车载单元OBU1需要为其他的非簇头车载单元OBU2转发流量，因此在申请带宽时，其重要性和贡献度最高，因此该类型的车载单元具有最高的优先级，并且非簇头车载单元OBU2的优先级次之，预留带宽车载单元OBU3的优先级最低。
需要注意的是，上述车载类型的划分方法不限于此，任何符合重要性和贡献度的划分的方法都适用于本公开。
多个车载类型分别对应于多个不同的车载单元集合，例如，簇头车载单元OBU1对应于簇头车载单元集合，非簇头车载单元OBU2对应于非簇头车载单元集合，预留带宽车载单元OBU3对应于预留带宽车载单元集合。
在确定了车载单元的集合之后，可以根据当前车联网中的通信状态，为每个车载单元集合确定其相应的拥塞窗口。
首先，对于多个车载单元集合中的每个集合，可以根据该集合中的车载单元的数量和该集合中的每个车载单元的基准带宽需求确定该集合的带宽需求。
具体地，所述车载单元的基准带宽需求是根据该车载单元的类型确定的，不同类型的车载单元具有不同的基准带宽需求。所述基准带宽需求可以是预先设置的，例如，可以由控制中心对不同车载单元的基准带宽需求进行统计分析，来预先设置所述不同类型的基准带宽需求。或者，所述基准带宽需求可以是由运营商根据一定的计算规则确定的，所述计算规则可能与该类型的车载单元的重要性或贡献度相关，例如，由于重要性高的车载单元在申请带宽时优先级最高，因此可以为该类型的车载单元设置相对较高的基准带宽需求，而为其他优先级低的车载单元设置相对低的基准带宽需求。
在确定了该集合中的每个车载单元的基准带宽需求后，控制中心可以从车载单元发送的信息中获得不同集合的车载单元的数量，然后根据该数量以及其对应的基准带宽需求确定该集合的带宽需求。
例如，车载单元包括三个集合G1、G2、G3，这三个车载单元集合对应的基准带宽需求分别为θ1、θ2、θ3，这三个车载单元集合中包含的车载单元的数量分别为N1、N2、N3，那么车载单元集合G1的带宽需求BR1可以表示为：
Figure BDA0001615610420000071
同理，车载单元集合G2的带宽需求BR2可以表示为：
Figure BDA0001615610420000072
车载单元集合G3的带宽需求BR3可以表示为：
Figure BDA0001615610420000073
在本公开的实施例中，上述确定不同集合的带宽需求的方式不限于此，还可以采用其他的方式获得带宽需求。
接下来，在步骤S202中，根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合的拥塞窗口。
首先，根据多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量。例如，多个车载单元集合中的集合G1可分到的当前路侧单元的最大带宽容量可以表示为：
BMAXOBU(1)＝BR1*BCAPRSU
其中，BCAPRSU表示路侧单元的带宽容量。该路侧单元的带宽容量可以由控制中心从路侧单元发送的信息中获得，或者，可以由控制中心预先设置。
同样的，车载单元集合G2可分到的当前路侧单元的最大带宽容量可以表示为：
BMAXOBU(2)＝BR2*BCAPRSU
车载单元集合G3可分到的当前路侧单元的最大带宽容量可以表示为：
BMAXOBU(3)＝BR3*BCAPRSU
在本公开的实施例中，上述确定不同集合的最大带宽需求的方式不限于此，还可以采用其他的方式获得最大带宽需求。
在确定了多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量后，可以根据所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量确定所述多个车载单元集合中的每个集合的最大拥塞窗口。例如，车载单元集合G1的最大拥塞窗口可以表示为
R1＝min{BCAPOBU(1),BMAXOBU(1)}
其中，BCAPOBU(1)表示车载单元集合G1的带宽容量。同样的，车载单元集合G2的最大拥塞窗口可以表示为
R2＝min{BCAPOBU(2),BMAXOBU(2)}
车载单元集合G3的最大拥塞窗口可以表示为
R3＝min{BCAPOBU(3),BMAXOBU(3)}
其中，BCAPOBU(2)和BCAPOBU(3)分别表示车载单元集合G2和G3的带宽容量。其中，车载单元集合的带宽容量可以是根据统计分析预先确定的。
在确定了各个车载集合的最大拥塞窗口后，对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合与其他集合之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
例如，该集合与其他集合之间的竞争参数是根据统计分析预先确定的。在带宽稳定的前提下，当一个车载单元集合的拥塞窗口增加时，为了保持路侧单元不发生拥塞，必然的，其他的车载单元集合的拥塞窗口便会减小。每个车载单元集合的拥塞窗口都会对其车载单元集合的拥塞窗口产生影响，集合间的竞争参数大小取决于集合的重要性对比和贡献度对比。基于此，可确定不同的集合之间的竞争参数比例。为了简化，不失一般性，例如，假定同一个车载单元集合对其他车载单元集合的影响参数(竞争参数)相同，即αij＝αkj,k≠i，其中αij表示车载单元集合j对车载单元集合i的影响参数，但是，不同的车载单元集合对同一个车载单元集合的影响参数不同，即：αij≠αik,k≠j。例如，在上述分簇中，簇头车载单元OBU1的重要性和贡献度显然的是三类车载单元中最大的，所以对其他车载单元的影响参数最大，非簇头车载单元OBU2次之，预留带宽车载单元OBU3最低。
对于所述多个车载单元集合中的每个集合，可以根据该集合与其他集合之间的竞争参数、该集合内的各车载单元之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。下面根据图4来描述根据本公开的实施例的确定每个车载单元集合的拥塞窗口的方法的步骤。
具体地，假设车联网中包括N个车载单元集合{G1，G2…GN}，接下来以车载单元集合Gi为例，详细描述确定该集合的拥塞窗口的步骤：
a)首先，初始化该集合与其他集合之间的竞争参数αin、该集合内的各车载单元之间的竞争参数βi以及该车载单元集合的拥塞窗口变化率γi，其中αin、βi和γi可以是通过统计分析获得的。
b)其次，可以根据上述方法获得车载单元集合Gi的最大拥塞窗口Ri。其中对于上述预留带宽车载单元OBU3，也可以直接访问邻居列表获得其相关信息。
c)接着为接入路侧单元的车载单元集合Gi设置初始时刻(t＝0)时的拥塞窗口，xi(t)|t＝0＝xi(0)，并计算初值wi(t)|t＝0＝wi(0)，需满足
Figure BDA0001615610420000091
d)进一步，计算获得
Figure BDA0001615610420000092
然后根据如下的公式计算下一时刻(t+1)的拥塞窗口：
Figure BDA0001615610420000093
e)接下来，控制中心为车载单元集合Gi设置下一时刻(t+1)的拥塞窗口xi(t+1)。
f)(t+1)时刻后，控制中心判断是否有新的车载单元连接到路侧单元或者是否有连接到路侧单元的车载单元断开连接，如果有，则返回步骤b)重新计算最大拥塞窗口，如果没有新的车载单元连接到路侧单元或没有连接到路侧单元的车载单元断开连接，则判断拥塞窗口是否达到稳定，如果判断拥塞窗口达到稳定，则结束该过程，如果判断拥塞窗口未达到稳定，则返回步骤d)迭代计算拥塞窗口，直到拥塞窗口达到稳定。例如，判断拥塞窗口是否稳定可以通过一定时间内拥塞窗口变化率是否在预先确定的阈值范围内来确定，其中阈值范围可以是根据统计分析确定的。应当注意，判断拥塞窗口是否稳定的方法不限于此，也可以采用其他方法来判断拥塞窗口是否稳定。
在上述步骤中，对于所述多个车载单元集合中的每个集合，还可以根据该集合与其他集合之间的竞争参数、该集合内的各车载单元之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
此外，在迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口的过程中，还可以迭代地计算该集合内的各车载单元之间的竞争参数。
下面根据图5来描述根据本公开的实施例的另一确定每个车载单元集合的拥塞窗口的方法的步骤。
具体地，同样假设车联网中包括N个车载单元集合{G1，G2…GN}，接下来以车载单元集合Gi为例，详细描述确定该集合的拥塞窗口的步骤：
a)首先，初始化该集合与其他集合之间的竞争参数αin、该集合内的各车载单元之间的竞争参数βi(0)以及该车载单元集合的拥塞窗口变化率γi，其中αin、βi和γi可以是通过统计分析获得的。
b)其次，可以根据上述方法获得车载单元集合Gi的最大拥塞窗口Ri。其中对于上述预留带宽车载单元OBU3，也可以直接访问邻居列表获得其相关信息。
c)接着为接入路侧单元的车载单元集合Gi设置初始时刻(t＝0)时的拥塞窗口，xi(t)|t＝0＝xi(0)，并计算初值wi(t)|t＝0＝wi(0)，需满足
Figure BDA0001615610420000101
d)进一步，计算获得
Figure BDA0001615610420000102
使用公式
Figure BDA0001615610420000103
Figure BDA0001615610420000104
更新集合内竞争参数，然后根据如下的公式计算下一时刻(t+1)的拥塞窗口：
Figure BDA0001615610420000105
e)接下来，控制中心为车载单元集合Gi设置下一时刻(t+1)的拥塞窗口xi(t+1)。
f)(t+1)时刻后，控制中心判断是否有新的车载单元连接到路侧单元或者是否有连接到路侧单元的车载单元断开连接，如果有，则返回步骤b)重新计算最大拥塞窗口，如果没有新的车载单元连接到路侧单元或没有连接到路侧单元的车载单元断开连接，则判断拥塞窗口是否达到稳定，如果判断拥塞窗口达到稳定，则结束该过程，如果判断拥塞窗口未达到稳定，则返回步骤d)迭代计算拥塞窗口以及集合内竞争参数，直到拥塞窗口达到稳定。例如，判断拥塞窗口是否稳定可以通过一定时间内拥塞窗口变化率是否在预先确定的阈值范围内来确定，其中阈值范围可以是根据统计分析确定的。应当注意，判断拥塞窗口是否稳定的方法不限于此，也可以采用其他方法来判断拥塞窗口是否稳定。
如上所述，只迭代计算拥塞窗口直到拥塞窗口达到稳定的算法可以增加迭代速率，使得拥塞窗口可以更快地达到稳定，与只迭代计算拥塞窗口的算法相比，通过迭代计算拥塞窗口以及集合内竞争参数的算法可以更加适应性地确定为不同集合分配的拥塞窗口。
在本公开的上述实施例中，如果没有新的车载单元加入并且没有已经连接到路侧单元的车载单元断开连接，那么在经过一段时间后，每个车载单元的拥塞窗口都会达到稳定。然而，在实际车联网环境下，车载单元接入或断开路侧单元是随机的，每个新接入的车载单元均可根据当时的情形(如接入路侧单元的车载单元数量、集合间竞争参数和集合内的部竞争参数)采用以上算法计算拥塞窗口，直到拥塞窗口达到稳定。
通过以上拥塞窗口控制算法，每个车载单元都存在一个最大拥塞窗口，由此可控制接入路侧单元的车载单元的总带宽不至于过大而造成严重拥塞，并且此窗口可根据车联网实际通信情景逐渐增加，如接入的车载单元数量和车载单元的类别，由此可适应地为不同车载单元分配带宽。
下面参照图6来描述根据本公开的实施例的拥塞窗口控制算法的拥塞窗口变化趋势图。图6示出了根据本公开的实施例的拥塞窗口控制算法(LVV)的拥塞窗口变化趋势图，在下文中，将车载单元划分为如上所述的OBU1、OBU2和OBU3三种类型。
如图6所示，在时刻t＝0附近，每类车载单元的拥塞窗口都在快速增长。随时间的增加，在时刻t＝5附近，OBU3的拥塞窗口首先达到稳定，OBU1和OBU2的拥塞窗口继续增加。直到时刻t＝12附近，OBU1和OBU2的拥塞窗口分别达到稳定。最终，三类车载单元OBU1、OBU2和OBU3随时间的增加都实现最终稳定。
在现有技术中，比较常用的TCP拥塞控制机制是慢启动(Slow Start)算法，慢启动算法的基本原理是当TCP开始在网络中传输数据时，不停地对网络实际容量进行试探，直到达到设定的拥塞窗口阈值，从而避免由于发送过量的数据而导致拥塞。下面参照图7来描述慢启动控制算法的拥塞窗口变化趋势图。图7是示出了慢启动控制算法的拥塞窗口变化趋势图。
如图7所示，在时刻t＝0附近，车载单元的拥塞窗口在快速增长中，在时刻t＝6、t＝14和t＝27附近，发生了拥塞，然后拥塞阈值减半，重新开始指数增加和线性增长，依次循环。
在描述了根据本公开的实施例的拥塞窗口控制算法以及TCP拥塞控制慢启动算法后，我们将两种算法进行对比，以突出根据本公开的实施例的拥塞窗口控制算法有利效果。
下面根据图8和图9来描绘根据本公开的实施例的拥塞窗口控制算法与慢启动控制算法的效果对比。图8是示出了采用根据本公开的实施例的拥塞窗口控制算法与慢启动控制算法的平均拥塞窗口的变化对比图。图9是示出了根据本公开的实施例的拥塞窗口控制算法与慢启动控制算法的带宽利用率的变化对比图。
如图8所示，在车载单元数目从1增加到4的过程中，根据本公开实施例的拥塞窗口控制算法的平均拥塞窗口比慢启动控制算法的平均拥塞窗口高。在没有超过路侧单元物理带宽的前提下，显然拥塞窗口越大，带宽利用率越高。在车载单元数目从7增加到12的过程中，根据本公开实施例的拥塞窗口控制算法为OBU3分配的平均拥塞窗口比为慢启动控制算法分配的平均拥塞窗口低，这是因为预留带宽不产生实际流量，所以为预留带宽分配过多的流量会显著降低当前路侧单元的带宽利用率。在车载单元数目从7增加到12的过程中，根据本公开实施例的拥塞窗口控制算法为OBU2分配的平均拥塞窗口比为慢启动控制算法分配的平均拥塞窗口高，这样可更有效率地利用当前路侧单元的带宽发送数据流量。在车载单元数目从13增加到14的过程中，OBU1车载单元被加到网络场景中，从子图(a)可以看出，OBU1的平均拥塞窗口比OBU2和OBU3的都高，但是子图(b)中的三类车载单元的平均拥塞窗口几乎一致。由此可以知道，根据本公开实施例的拥塞窗口控制算法能为具有更高贡献度和重要性的OBU1车载单元分配更高的带宽，而OBU2次之，OBU3为最低的带宽分配。相比之下，根据本公开实施例的拥塞窗口控制算法可更好的按照车载单元重要性和贡献度分配带宽。
如图9所示，车载单元数目的增长规则与图8中的一致。如图所示，在车载单元数目从1增加到6的过程中，此时增加的为OBU2，根据本公开实施例的拥塞窗口控制算法的带宽利用率都比慢启动算法高，并且变化不大，而慢启动算法在存在一个递增过程，并且随着数目的增加，其平均带宽利用率逼近了根据本公开实施例的拥塞窗口控制算法的利用率。在车载单元数目从7增加到12的过程中，两种算法的平均带宽利用率均逐渐降低，此时增加的为OBU3，而OBU3并不实际发送流量，显然，预留带宽自然会降低带宽利用率，预留越多，带宽利用率越低。在车载单元数目从13增加到14的过程中，此时增加的为OBU1，OBU1会实际占用带宽，于是带宽利用率重新回升。相比之下，根据本公开实施例的拥塞窗口控制算法拥有较好的平均带宽利用率。
下面，参照图10描述根据本公开的实施例的拥塞窗口控制装置。图10示出了根据本公开的实施例的拥塞窗口控制装置的框图。由于本实施例的拥塞窗口控制装置的功能与上文中参照图2描述的方法的细节相同，因此在这里为了简单起见，省略对相同内容的详细描述。
如图10所示，拥塞窗口控制装置1000包括带宽需求确定单元1101和拥塞窗口确定单元1002。需要注意的是，尽管在图10中拥塞窗口控制装置被示出为只包括2个单元，但这只是示意性的，拥塞窗口控制装置也可以包括一个或多个其他单元，这些单元与发明构思无关，因此在这里被省略。
带宽需求确定单元1101配置为确定所述多个车载单元集合中的每个集合的带宽需求。
在车联网中，包括多个车载单元集合，并且该多个车载单元集合分别对应于多个不同的车载单元类型。
如上所述，可以根据车载单元的重要性和贡献度来划分车载单元的类型。例如，车载单元的类型可以被划分为簇头车载单元OBU1、非簇头车载单元OBU2和预留带宽车载单元OBU3。簇头车载单元OBU1和非簇头车载单元OBU2是接入当前路侧单元RSU1的车载单元。
多个车载类型分别对应于多个不同的车载单元集合，例如，簇头车载单元OBU1对应于簇头车载单元集合，非簇头车载单元OBU2对应于非簇头车载单元集合，预留带宽车载单元OBU3对应于预留带宽车载单元集合。
在确定了车载单元的集合之后，拥塞窗口确定单元1002可以根据当前车联网中的通信状态，为每个车载单元集合确定其相应的拥塞窗口。
首先，对于多个车载单元集合中的每个集合，带宽需求确定单元1101可以根据该集合中的车载单元的数量和该集合中的每个车载单元的基准带宽需求确定该集合的带宽需求。
具体地，所述车载单元的基准带宽需求是根据该车载单元的类型确定的，不同类型的车载单元具有不同的基准带宽需求。所述基准带宽需求可以是预先设置的，例如，可以由控制中心对不同车载单元的基准带宽需求进行统计分析，来预先设置所述不同类型的基准带宽需求。或者，所述基准带宽需求可以是由运营商根据一定的计算规则确定的，所述计算规则可能与该类型的车载单元的重要性或贡献度相关，例如，由于重要性高的车载单元在申请带宽时优先级最高，因此可以为该类型的车载单元设置相对较高的基准带宽需求，而为其他优先级低的车载单元设置相对低的基准带宽需求。
在确定了该集合中的每个车载单元的基准带宽需求后，控制中心可以从车载单元发送的信息中获得不同集合的车载单元的数量，然后根据该数量以及其对应的基准带宽需求确定该集合的带宽需求。
接下来，拥塞窗口确定单元1002根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合的拥塞窗口。
首先，拥塞窗口确定单元1002根据多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量。
在确定了多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量后，拥塞窗口确定单元1002可以根据所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量确定所述多个车载单元集合中的每个集合的最大拥塞窗口。
在确定了各个车载集合的最大拥塞窗口后，对于所述多个车载单元集合中的每个集合，拥塞窗口确定单元1002根据该集合与其他集合之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
例如，该集合与其他集合之间的竞争参数是根据统计分析预先确定的。在带宽稳定的前提下，当一个车载单元集合的拥塞窗口增加时，为了保持路侧单元不发生拥塞，必然的，其他的车载单元集合的拥塞窗口便会减小。每个车载单元集合的拥塞窗口的都会对其车载单元集合的拥塞窗口产生影响，集合间的竞争参数大小取决于集合的重要性对比和贡献度对比。基于此，可确定不同的集合之间的竞争参数比例。
对于所述多个车载单元集合中的每个集合，拥塞窗口确定单元1002可以根据该集合与其他集合之间的竞争参数、该集合内的各车载单元之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
在上述步骤中，对于所述多个车载单元集合中的每个集合，拥塞窗口确定单元1002还可以根据该集合与其他集合之间的竞争参数、该集合内的各车载单元之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
此外，在迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口的过程中，还可以迭代地计算该集合内的各车载单元之间的竞争参数。
在本公开的上述实施例中，如果没有新的车载单元加入并且没有已经连接到路侧单元的车载单元断开连接，那么在经过一段时间后，每个车载单元的拥塞窗口都会达到稳定。然而，在实际车联网环境下，车载单元接入或断开路侧单元是随机的，每个新接入的车载单元均可根据当时的情形(如接入路侧单元的车载单元数量、集合间竞争参数和集合内的部竞争参数)采用以上算法计算拥塞窗口，直到拥塞窗口达到稳定。
通过以上拥塞窗口控制装置，每个车载单元都存在一个最大拥塞窗口，由此可控制接入路侧单元的车载单元的总带宽不至于过大而造成严重拥塞，并且此窗口可根据车联网实际通信情景逐渐增加，如接入的车载单元数量和车载单元的类别，由此可适应地为不同车载单元分配带宽。
下面，参照图11描述根据本公开的实施例的拥塞窗口控制设备。图11示出了根据本公开的实施例的拥塞窗口控制设备的框图。由于本实施例的拥塞窗口控制设备的功能与上文中参照图10描述的装置的细节相同，因此在这里为了简单起见，省略对相同内容的详细描述。
如图11所示，拥塞窗口控制设备1100包括存储器1101和处理器1102。需要注意的是，尽管在图11中拥塞窗口控制设备被示出为只包括2个单元，但这只是示意性的，拥塞窗口控制设备也可以包括一个或多个其他单元，这些单元与发明构思无关，因此在这里被省略。
该拥塞窗口控制设备1100在车联网中包括多个车载单元集合，该设备包括：配置为存储计算机可读指令的存储器1101，以及配置为处理存储在存储器中的所述计算机可读指令的处理器1102，其中处理器1102处理所述计算机可读指令时执行以下功能：确定所述多个车载单元集合中的每个集合的带宽需求；根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合的拥塞窗口，其中所述多个车载单元集合分别对应于多个车载单元类型。
对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合中的车载单元的数量和该集合中的每个车载单元的基准带宽需求确定该集合的带宽需求，其中，该车载单元的基准带宽需求是根据该车载单元的类型确定的。
根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量；以及根据所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量确定所述多个车载单元集合中的每个集合的最大拥塞窗口。
对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合与其他集合之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。
本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
除非另有定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
以上是对本发明的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本发明的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本发明的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本发明范围内。应当理解，上面是对本发明的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本发明由权利要求书及其等效物限定。

Claims (19)

1.一种用于车联网的TCP拥塞窗口控制方法，在所述车联网中包括多个车载单元集合，所述方法包括：
确定所述多个车载单元集合中的每个集合的带宽需求；以及
根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合的拥塞窗口，包括：
根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量；以及
根据所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量确定所述多个车载单元集合中的每个集合的最大拥塞窗口，其中
所述多个车载单元集合分别对应于多个车载单元类型。
2.如权利要求1所述的拥塞窗口控制方法，其中，所述确定所述多个车载单元集合中的每个集合的带宽需求包括：
对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合中的车载单元的数量和该集合中的每个车载单元的基准带宽需求确定该集合的带宽需求，其中，该车载单元的基准带宽需求是根据该车载单元的类型确定的。
3.如权利要求1所述的拥塞窗口控制方法，还包括：
对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合与其他集合之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
4.如权利要求3所述的拥塞窗口控制方法，还包括：
对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合与其他集合之间的竞争参数、该集合内的各车载单元之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
5.如权利要求4所述的拥塞窗口控制方法，还包括：
在迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口的过程中，迭代地计算该集合内的各车载单元之间的竞争参数。
6.如权利要求5所述的拥塞窗口控制方法，其中，
该集合与其他集合之间的竞争参数是根据统计分析预先确定的。
7.如权利要求1-6的任一个所述的拥塞窗口控制方法，其中，
车载单元的类型包括簇头车载单元、非簇头车载单元和预留带宽车载单元，其中，
所述簇头车载单元和所述非簇头车载单元是接入当前路侧单元的车载单元，其中，所述簇头车载单元是包括实现自身带宽申请和所述非簇头车载单元的流量转发的车载单元，所述非簇头车载单元是仅实现自身带宽申请的车载单元，以及
所述预留带宽车载单元是接入相邻路侧单元并正在传输流量的车载单元。
8.如权利要求7所述的拥塞窗口控制方法，其中，
如果在预定时间内没有新的车载单元接入，则所述每个集合的拥塞窗口达到稳定。
9.一种用于车联网的TCP拥塞窗口控制装置，在所述车联网中包括多个车载单元集合，所述装置包括：
带宽需求确定单元，配置为确定所述多个车载单元集合中的每个集合的带宽需求；以及
拥塞窗口确定单元，配置为根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合的拥塞窗口，包括：
所述拥塞窗口确定单元根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量；以及
所述拥塞窗口确定单元根据所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量确定所述多个车载单元集合中的每个集合的最大拥塞窗口，其中
所述多个车载单元集合分别对应于多个车载单元类型。
10.如权利要求9所述的拥塞窗口控制装置，其中，所述确定所述多个车载单元集合中的每个集合的带宽需求包括：
对于所述多个车载单元集合中的每个集合，所述带宽需求确定单元根据该集合中的车载单元的数量和该集合中的每个车载单元的基准带宽需求确定该集合的带宽需求，其中，该车载单元的基准带宽需求是根据该车载单元的类型确定的。
11.如权利要求9所述的拥塞窗口控制装置，还包括：
对于所述多个车载单元集合中的每个集合，所述拥塞窗口确定单元根据该集合与其他集合之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
12.如权利要求11所述的拥塞窗口控制装置，还包括：
对于所述多个车载单元集合中的每个集合，所述拥塞窗口确定单元根据该集合与其他集合之间的竞争参数、该集合内的各车载单元之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
13.如权利要求12所述的拥塞窗口控制装置，还包括：
所述拥塞窗口确定单元在迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口的过程中，迭代地计算该集合内的各车载单元之间的竞争参数。
14.如权利要求13所述的拥塞窗口控制装置，其中，
该集合与其他集合之间的竞争参数是根据统计分析预先确定的。
15.如权利要求9-14的任一个所述的拥塞窗口控制装置，其中，
车载单元的类型包括簇头车载单元、非簇头车载单元和预留带宽车载单元，其中，
所述簇头车载单元和所述非簇头车载单元是接入当前路侧单元的车载单元，其中，所述簇头车载单元是包括实现自身带宽申请和所述非簇头车载单元的流量转发的车载单元，所述非簇头车载单元是仅实现自身带宽申请的车载单元，以及
所述预留带宽车载单元是接入相邻路侧单元并正在传输流量的车载单元。
16.如权利要求15所述的拥塞窗口控制装置，其中，
如果在预定时间内没有新的车载单元接入，则所述每个集合的拥塞窗口达到稳定。
17.一种用于车联网的TCP拥塞窗口控制设备，在所述车联网中包括多个车载单元集合，所述设备包括：
存储器，配置为存储计算机可读程序；以及
处理器，配置为处理存储在存储器中的所述计算机可读程序，其中所述处理器处理所述计算机可读程序时执行以下功能：
确定所述多个车载单元集合中的每个集合的带宽需求；
根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合的拥塞窗口，包括：
根据所述多个车载单元集合中的各个集合的带宽需求确定所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量；以及
根据所述多个车载单元集合中的每个集合可分到的当前路侧单元的最大带宽容量确定所述多个车载单元集合中的每个集合的最大拥塞窗口，其中
所述多个车载单元集合分别对应于多个车载单元类型。
18.如权利要求17所述的拥塞窗口控制设备，其中，所述确定所述多个车载单元集合中的每个集合的带宽需求包括：
对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合中的车载单元的数量和该集合中的每个车载单元的基准带宽需求确定该集合的带宽需求，其中，该车载单元的基准带宽需求是根据该车载单元的类型确定的。
19.如权利要求17所述的拥塞窗口控制设备，还包括：
对于所述多个车载单元集合中的每个集合，根据该集合与其他集合之间的竞争参数以及该集合的最大拥塞窗口迭代地计算以确定该集合的拥塞窗口。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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