CN113660050A - 一种车联网无线信道v2x仿真方法及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车联网无线信道V2X仿真方法及存储介质，构建基于车路协同的V2X通信模型；对核心通信节点进行建模，生成V2X传播模型、丢包率模型和延迟模型。传播分别是在视距、非视距及非视距环境下，受路径损耗和大型建筑物、车辆遮挡所带来的阴影衰落的影响，丢包率模型采用BPSK调制方式编码，延迟模型包括信道竞争时延和接收响应时延，使用载波监听多路复用机制来避免多个邻节点同时发送信息而产生碰撞。本发明提出的V2X仿真模型、测试方法与系统，充分利用V2X融合通信的优势，可为车联网移动通信模型的仿真验证提供借鉴和参考。

Description

一种车联网无线信道V2X仿真方法及存储介质
技术领域
本发明涉及一种车联网无线信道V2X仿真方法及存储介质，属于车联网及移动通信技术领域。
背景技术
随着5G通信技术的逐步落地实施大力推动了车联网V2X技术发展，V2X通过低延时、高可靠的车与万物的网络连接交互，使智能网联车辆具有了更强的探测感知、交互能力。V2X车路协同技术目前主要包括以下几种形式，V2V(Vehicle to Vehicle)、V2R(Vehicle to RSU)、V2E(Vehicle to Environment)、V2MT(Vehicle to Mobile Terminal)和V2B(Vehicle to Business)等多种模式的混合作用，通过车、人、道路设施之间的信息交互，辅助车辆实现在复杂环境中感知融合、智能决策、协同控制等功能。网联化(V2X)技术使得智能汽车的感知、决策和控制等多个环节突破自车性能的限制，带来安全、高效、舒适与节能等多方面的提升，相关应用受到持续的广泛研究。同时，近年来，ITS、3GPP等国际组织正在开展车路协同V2X的研究工作，大力投入V2X的研制和建设势在必行，V2X技术在未来车联网移动通信系统中必将扮演重要角色。然而，车路协同的V2X系统的技术体制复杂、建设周期长、运营维护成本耗费巨大，行业普遍采用仿真模型，节省系统功能测试和实际场地运营的成本和时间。
在车路协同的V2X通信模型的技术体制研究与仿真论证过程中，涉及到广泛的内容，主要归纳如下：
(1)无线信道传播论证。无线信号传播过程中由于受到各种信道因素的影响，导致无线通信系统传输质量不高。构建符合实际的无线信道衰落模型，对评估及测试通信系统模型具有重要意义。无线信道衰落模型可用于模拟无线信号在真实传播环境下的传播过程，可缩短无线通信系统研究周期、消减测试成本、降低研发成本，已成为评估及测试无线通信系统的重要组成部分。
(2)V2X通信丢包率论证。在车路协同的V2X通信模型中，节点的计算能力和存储能力较低，当网络中流量过大时，容易发生拥塞，导致大量的丢包，采用BPSK调制方式编码模拟实际无线信道通信时的丢包场景。
(3)V2X通信时延论证。时延一般由数据传输速率和距离决定，不同的移动性和传输距离对丢包率有明显的差异，时延使原本稳定的系统变得不稳定，采用载波监听多路复用(CSMA/CA)机制来避免多个邻节点同时发送信息而产生碰撞。
现有的仿真模型针对优化V2X通信时延和丢包率的需求开展设计的，难以仿真更加贴近实际的车路协同V2X通信模型、测试方法与系统的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种车联网无线信道V2X仿真方法及存储介质。
为达到上述目的，本发明提供一种车联网无线信道V2X仿真方法，V2X通信包括V2V信道模型和V2R信道模型，其特征在于，包括：
将待测的V2V信道模型和V2R信道模型之间距离输入构建的V2X仿真模型中，输出路径损耗、丢包率和时延；
V2X仿真模型包括V2X传播模型、丢包率模型和延迟模型。
优先地，构建V2X仿真模型，包括：
新建V2X仿真模型，对V2X仿真模型的核心通信节点进行建模，生成：
复现路径损耗和建筑物以及车辆遮挡带来的阴影衰落仿真场景的V2X传播模型；
模拟V2X通信发送数据包过程中的数据包丢失场景的丢包率模型；
模拟V2X通信发送数据包过程中的延迟场景的延迟模型。
优先地，生成复现路径损耗和建筑物以及车辆遮挡带来的阴影衰落仿真场景的V2X传播模型，包括：
V2V信道模型中：
对于高速公路场景，在LOS和NLOSv条件下的路径损耗模型为
PLLOS＝32.4+20log10(d2D)+20log10(fc) (1)
其中，PLLOS为路径损耗；d2D表示发射机和接收机之间的距离，单位为m；fc表示载波频率；
对于城市街区场景，LOS条件下的路径损耗模型为
PLLOS＝38.77+16.7log10(d2D)+18.2log10(fc) (2)；
NLOS条件下的路径损耗模型定义为
PLNLOS＝36.85+30log10(d2D)+18.9log10(fc) (3)。
优先地，生成复现路径损耗和建筑物以及车辆遮挡带来的阴影衰落仿真场景的V2X传播模型，包括：
V2R信道模型中：
城区场景中，LOS条件下的路径损耗模型为
Figure BDA0003136303870000031
式中，PLUMa为LOS条件下的路径损耗，dBP为断点距离；
当10m≤d2D≤dBP时，PL1＝28+22log10(d3D)+20log10(fc) (5)，
式中，d3D为发送方车辆到路侧单元RSU或基站的直线距离；
当dBP≤d2D≤5km时，PL2＝28+40log10(d3D)+20log(fc)-9log10((dBP)2+(hBS-hUT)2) (6)
其中，hBS表示路侧单元RSU或基站的高度，hUT表示发送方车辆的高度，在LOS条件下V2R通信模型中阴影衰落值为4dB，断点距离dBP＝4hBShUTfc/c，c为光速；
城区场景中，当10m≤d2D≤5km时，NLOS下的路径损耗模型为
PLUMa-NLOS＝max(PLUMa-LOS,PL’UMa-NLOS) (7)，
其中，PLUMa-NLOS为路径损耗，PLUMa-LOS为城区场景中LOS条件下的路径损耗；
PL’UMa-NLOS＝13.5+39.08log10(d3D)+20log(fc)-0.6(hUT-1.5)；
其他情况下，NLOS的路径损耗模型为PLUMa-NLOS＝32.4+20log10(fc)+30log10(d3D) (8)，其中，NLOS条件下的阴影衰落值为6dB。
优先地，生成模拟V2X通信发送数据包过程中的数据包丢失场景的丢包率模型，包括：
标准正态分布的右尾函数Q(x)为BPSK调制的误码率为：
Figure BDA0003136303870000032
式中，x为随机变量，t为自变量；
在V2X通信时，发送方车辆i在执行传输数据包时，叠加高斯白噪声信道的数据传输丢包率为
Figure BDA0003136303870000033
其中，接收方车辆信干噪比为
Figure BDA0003136303870000041
其中，Ptx表示发送信号功率，Gantenna表示天线增益，PL表示路径损耗，σsf表示阴影衰落，Pinterference表示干扰功率，Pnoise表示噪声功率。
优先地，生成V2X通信发送数据包过程中的延迟场景的延迟模型，包括：
发送方车辆i在传输数据包之前提前感知接收信道的状态，如果此时接收信道繁忙则进行退避，退避的时间窗口通过退避计数器控制；
W0为初始竞争窗口，退避计数器的初始值在0到W0之间随机分配；
若接收信道空闲时退避计数器减1，反之退避计数器不变；直至退避计数器减为0时，此时发送方车辆i将数据包传输给包括邻居车辆或RSU的接收方，若传输失败，发送方车辆i将再次通过CSMA/CA机制来重新传输数据包，此时初始竞争窗口的大小加倍；
当发送方车辆i传输数据包时，邻居车辆将留在接收信道进行监听，数据包的潜在成功传递概率pi为：
pi＝1-(1-τi)N-1 (12)，
其中，N表示发送方车辆通信范围内车辆和RSU的集合；
设发送方车辆i的信道被接入概率为τi，则
Figure BDA0003136303870000042
发送方车辆i在组网通信时，发送方车辆i信道传输时延为
Figure BDA0003136303870000043
其中，tH、tL和tACK分别表示帧头部传输时延、帧有效数据的传输时延、ACK帧的平均传输时延，TSIFS表示短帧间间隔的持续时间，TDIFS表示分布帧间间隔，δv2i表示电磁波的传播时延；由于发送方车辆i需要接收反馈的ACK消息，因此在发送方车辆i成功传输数据包时隙，发送方车辆i存在2倍的电磁波传播时延。
优先地，根据CSMA的消息传输机制，发送方车辆i传输数据包的随机传递时长包括时隙、信道空闲时传输时隙和碰撞时隙；
(1)定义空闲信道时长为α，定义空闲信道的发生概率为pidle，则发送方车辆i的数据包在随机传递过程中空闲信道占用的时隙为αpidle，其中
pidle＝1-τi (15)；
(2)定义空闲传输时传输时长为DTS，此时发送方车辆i传输数据包的成功传递概率为Δps，且Δps＝τipi；
(3)定义碰撞时隙传输数据包时的传输时长DTC，由公式(8)知，发送方车辆i观测到将要接入的信道繁忙的概率为1-pidle，则此时发送方车辆i传输数据包的成功传递概率为Δpc，且Δpc＝1-pidle-Δps；
车辆i成功传输一个数据包的所需时隙长度为
E[Tslot]＝αpidle+ΔpsDTS+ΔpcDTC (16)
因此，V2X通信的平均信道竞争时延为
Figure BDA0003136303870000051
其中，
Figure BDA0003136303870000052
看作发送方车辆i在CSMA/CA机制下成功传输数据包前的等待时隙数；
V2X通信中，通信时延中包括上述的平均信道竞争时延和接收端的响应时延；将数据包大小进行归一化处理，则：
(1)V2V信道模型通信时延
接收方车辆j与发送方车辆i进行V2V信道模型通信时，传输速率表示为
Figure BDA0003136303870000053
其中，kv表示V2V信道模型信道衰落系数，Pv表示接收方车辆j的发射功率，Bv是V2V信道模型通信的链路带宽，n0为高斯白噪声功率，PL为接收方车辆j执行V2V信道模型通信时的路径损耗；
则接收方车辆j与发送方车辆i采用直连通信时的传输时延为
Figure BDA0003136303870000061
其中，Sj为接收方车辆j的即时消息归一化后的消息包长度；
(2)V2R信道模型通信时延
接收方车辆j在接收RSU数据时，V2R信道模型通信的传输速率表示为
Figure BDA0003136303870000062
其中，kr表示V2R信道模型信道衰落系数，Pr表示发送端RSU的发射功率，Br是车辆与RSU之间V2R信道模型通信的链路带宽，PL为车辆j执行V2R信道模型通信时的路径损耗；
则车辆j获取到RSU内容的传输时延为
Figure BDA0003136303870000063
当V2X通信采用CSMA竞争机制时，车辆与邻居车辆或RSU之间成功数据传输的总时延表示为
T＝E[Dcontention]+ΔTj,* (22)，
其中，*取值为v和r。
优先地，核心通信节点包括各个车辆节点和RSU节点。
丢包率模型采用BPSK调制方式编码；延迟模型包括信道竞争时延和接收响应时延，延迟模型使用载波监听多路复用机制。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。
丢包率模型采用BPSK调制方式编码；延迟模型包括信道竞争时延和接收响应时延，延迟模型使用载波监听多路复用机制。
优先地，该程序被处理器执行时实现权利要求1～8任一项所述方法的步骤。
本发明所达到的有益效果：
本发明具有可适用于车车通信、车与RSU通信的优点，为车联网移动通信模型的仿真验证提供了一种新的借鉴和参考。
附图说明
图1是V2X通信模型的示意图；
图2是测量车辆和基站之间距离的实体图；
图3是V2X通信节点使用CSMA/CA机制下的信道周期图；
图4是2X DII库接口调用的原理图。
具体实施方式
以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
节点是指在通信网络中的一个通信端点，可以连接到网络进行通信的电子设备，本发明中把车辆节点看作一个智能网联车辆的通信节点。
V2X(Vehicle to Everything)通信包含V2V(Vehicle to Vehicle)、V2R(Vehicleto RSU)、V2E(Vehicle to Environment)、V2MT(Vehicle to Mobile Terminal)和V2B(Vehicle to Business)等多种模式的混合作用。
智能网联车辆在行驶过程中，通过车载V2X平台不断感知车内及道路环境，并与路边基础设施等交互信息，自动预判风险并协同自适应控制，从而保障安全行驶，如图1所示。
智能网联汽车通过V2X通信，不仅提升车辆的智能化水平，还可减少交通事故，降低交通拥堵提高交通效率，减少汽车污染物排放等。其中，V2V通信以车载OBU为核心，通过车辆之间传递并共享包括车辆的位置、速度和行驶状态等信息，以达到安全驾驶并提高道路通行效率的目标。V2R通信是指车辆与RSU之间的通信，车载OBU通过Uu接口接入互联网，实现实时交通路线规划的更新，并获得V2X平台实时发布的交通信息与预警服务等。
网联车辆周期性地将数据包以广播方式发送给周围车辆，数据包包括车辆位置、运动方向、速度和加速度等信息。RSU将服务信息(如交通流密度、红绿灯配时等信息)广播给覆盖范围内的车辆。为了仿真建模的便利性，本文将主要考虑车辆与车辆的V2V通信，以及车辆与RSU的V2R通信的场景，假定V2V通信距离为30m，V2R通信距离为200m，V2X通信的源-目标端都采用相同的天线配置。
A.传播模型
(1)基于PC5接口的V2V信道模型
在3GPP协议中将V2X通信模型分为三种传播条件，分别是视距(Line of Sight,LOS)、非视距(Not Line of Sight,NLOS)及非视距(Not Line ofSight due tomobileobjects(vehicles),NLOSv)。视距LOS条件下，无线信号无遮挡地在发射机与接收机之间直线传播。NLOS为发射机和接收机之间受到障碍物的遮挡，发射机传输的信号需通过折射、反射、散射以及衍射，从而到达接收机。NLOSv是指在LOS路径中被同一条街道上的车辆所阻挡，NLOSv状态发生于V2V通信链路。由于大型建筑物和车辆遮挡所带来的阴影衰落损耗(dB)，本模型建立了路径损耗随对数距离变化关系，拟合了阴影衰落的概率统计分布和标准差。阴影衰落是叠加在对数距离线性路径损耗直线上的慢速波动。阴影衰落累积概率分布一般可以由0均值正态分布拟合得到，阴影衰落的标准差说明了实际测试路径损耗相对于对数距离路径损耗线性拟合值的偏离程度。
根据3GPP Release 15协议标准，基于PC5接口的V2V通信，其信道模型如TR37.885信道模型。对于高速公路场景，LOS、NLOSv条件下的路径损耗模型为
PLLOS＝32.4+20log10(d2D)+20log10(fc) (1)
其中，PLLOS为路径损耗，d2D表示发射机和接收机之间的距离(单位为m)，fc表示载波频率。
对于城市街区场景，LOS条件下的路径损耗模型为
PLLOS＝38.77+16.7log10(d2D)+18.2log10(fc) (2)
6GH z频段以上易受到路径损耗和阴影衰落，需要考虑阻塞损耗，因此在NLOSv条件下的V2V通信模型增加额外的车辆阻塞损失，额外的车辆阻塞损失有三种情况：
(1)当发送方车辆和接收方车辆的高度值>阻塞车辆的最小天线高度值时，没有额外的车辆阻塞损失；
(2)当发送方车辆和接收方车辆的的高度值<阻塞车辆的最大天线高度值时，则车辆阻塞损失使用均值为12.5dB且标准差为4.5dB的阴影衰落；
(3)除上述两种情况外，车辆阻塞损失使用均值为5dB且标准差为4dB的路径损耗；
6GHz频段以上的LOS和NLOSv条件下，阴影衰落保持与6GHz频段以下LOS条件下的阴影衰落相同。
根据TR 37.885标准中NLOS的路径损耗模型定义为
PLNLOS＝36.85+30log10(d2D)+18.9log10(fc) (3)
考虑到车辆实际行驶场景中，存在交叉路口、街道等非视距条件下的环境，会遇到不可移动的建筑物，信号不能直接到达接收方，因此需要建立NLOS条件下的信道模型。
城区场景中，当10m≤d2D≤5km时，NLOS下的路径损耗模型为
PLUMa-NLOS＝max(PLUMa-LOS,PL’UMa-NLOS) (7)
其中，PL’UMa-NLOS＝13.5+39.08log10(d3D)+20log(fc)-0.6(hUT-1.5)
除此外情况下，NLOS的路径损耗模型为
PLUMa-NLOS＝32.4+20log10(fc)+30log10(d3D) (8)
其中，NLOS条件下的阴影衰落值为6dB。
接收用户的信干比可表示为
Figure BDA0003136303870000091
其中，Ptx表示发送信号功率，Gantenna表示天线增益，PL表示路径损耗，σsf表示阴影衰落，Pinterference表示干扰功率，Pnoise表示噪声功率。
B.丢包率模型
丢包率反映V2X通信过程中的服务质量，定义Q(x)为BPSK调制的误码率
Figure BDA0003136303870000092
在V2X通信时，车辆i在执行数据传输任务时，则叠加高斯白噪声信道的数据传输丢包率为
Figure BDA0003136303870000093
其中，计算V2V丢包率：
丢包率公式为
Figure BDA0003136303870000094
其中
Figure BDA0003136303870000095
根据公式(1)-(9)计算V2V路径损耗,
将PL(di)代入γi即可求出γi，再将γi代入EPi，从而计算出V2V的丢包率；
d0表示无线电波传播参考距离，di表示发送方车辆与接收方车辆之间的距离，ki表示小尺度衰落系数，PRF表示邻居车辆或RSU的传输功率，n0为高斯白噪声功率，εi表示路径损耗指数，fi表示V2V传输信道的无线电波频率，X(σ2)表示阴影衰落波动方差，ki表示小尺度衰落系数。
C.延迟模型
在无线通信系统中，当发射功率固定时，接收端的信号响应与节点之间距离以及传播信道有关，特别是车联网的高速移动和随机接入会产生典型的接收延迟特征。为适应车联网并发通信时的冲突避免需求，假设车辆通信时可进行信道感知，采用载波监听多路复用机制以避免并发接收时的产生信号碰撞和丢包。
车辆在传输数据包之前会提前感知信道的状态，如果此时信道繁忙，则需要进行退避，通常情况下，退避的时间窗口通过退避计数器进行控制。
定义W0为初始竞争窗口，退避计数器的初始值可在0到W0之间随机分配。若接收信道空闲时，退避计数器减1，反之退避计数器保持并不作处理，退避计数器直至减为0时，此时车辆i将数据包传输给接收方(包括邻居车辆或RSU)。而一旦传输失败，车辆i将再次通过CSMA/CA机制来重新传输数据包，此时竞争窗口的大小加倍。
当车辆i发送数据时，邻居车辆将留在信道进行监听，定义数据包的(潜在成功)传递概率为pi，可知
pi＝1-(1-τi)N-1 (12)
其中，N表示系统内车辆和RSU的集合。
假设车辆i的信道接入概率为τi，则
Figure BDA0003136303870000101
pi、τi可以通过fix-point(存在性唯一性定理)方法得出，由此可计算出V2V的时延；
车辆i在组网通信时，其信道传输时延为
Figure BDA0003136303870000102
其中，tH、tL和tACK分别表示帧头部传输时延、帧有效数据的传输时延、ACK帧的平均传输时延，TSIFS表示短帧间间隔(Short inter-frame space,SIFS)的持续时间，TDIFS表示分布帧间间隔(Distributed inter-frame space,DIFS)，δv2i表示电磁波的传播时延。由于发送端需要接收反馈的ACK消息，因此在信道成功发送数据时隙，发送端存在2倍的电磁波传播时延。
根据CSMA的消息传输机制，车辆i的数据包的随机传递时长可由三部分组成，如图3所示：
(1)空闲信道时长为α，定义其发生概率为pidle，则车辆i的数据在随机传递过程中空闲信道占用的时隙为αpidle，其中
pidle＝1-τi (15)
(2)空闲传输时的传输时长为DTS，此时车辆i的数据包的成功传递概率为Δps，且Δps＝τipi；
(3)碰撞传输时的传输时长DTC，由公式(8)可知，车辆i观测到将要接入的信道繁忙的概率为1-pidle，则此时车辆i的数据包的成功传递概率为Δpc，且Δpc＝1-pidle-Δpi。
由上面可得，车辆i成功发送一个数据包的所需时隙长度为
E[Tslot]＝αpidle+ΔpsDTS+ΔpcDTC (16)
因此，V2X的平均信道竞争时延可以表示为
Figure BDA0003136303870000111
其中，
Figure BDA0003136303870000112
可以看作车辆i在CSMA/CA机制下成功传输数据前的等待时隙数。
车联网V2X通信网络中，通信时延除了上述的平均信道竞争时延以外，还包括接收端的响应时延。同时，不同V2X业务的接收响应时延存在差异。为了对V2X通信时延建模的便利性，将消息包大小进行归一化处理。假设接收端车辆j的即时消息归一化后的消息包长度为Sj，则：
(1)V2V通信时延
车辆j与发送端车辆进行V2V通信时，传输速率表示为
Figure BDA0003136303870000121
其中，kv表示V2V信道衰落系数，Pv表示接收车辆的发射功率，Bv是V2V通信的链路带宽，PL为车辆j执行V2V通信时的路径损耗。
则车辆j与发送端车辆采用直连通信时的传输时延为
Figure BDA0003136303870000122
(2)V2R通信时延
车辆j在接收RSU数据时，V2R通信的传输速率表示为
Figure BDA0003136303870000123
其中，kr表示V2R信道衰落系数，Pr表示发送端RSU的发射功率，Br是车辆与RSU之间V2R通信的链路带宽，PL为车辆j执行V2R通信时的路径损耗。
则车辆j从RSU获取内容的传输时延为
Figure BDA0003136303870000124
综上可知，当V2X通信组网采用CSMA竞争机制时，车辆与邻居车辆(或RSU)之间成功数据传输的总时延可以表示为
T＝E[Dcontention]+ΔTj,* (22)
车载OBU上述部件在现有技术中可采用的型号很多，本领域技术人员可根据实际需求选用合适的型号，本实施例不再一一举例。
车联网无线信道V2X仿真平台与V2X DII模型的应用系统架构如图4所示。其中，V2X仿真平台主要包括仿真场景定义、初始参数设置、过程参数调节、V2X DII库管理、接口认证管理和日志管理等功能模块。
车联网无线信道V2X DII模型的信道仿真测试方案如表1所示。首先通过仿真场景定义模块为车联网无线信道模型设定工作场景，定义参数通过接口1同步至V2X DII库，包括配置V2V通信模型中需要路径损耗指数、衰落系数、车辆发射功率等参数值。然后，通过接口2，对车联网无线信道V2X仿真模型的过程参数进行调节。接着，调用接口3，从V2X系统获取V2V模型所需要的车车距离，通过V2X DII库计算出V2V丢包率和延迟，具体仿真过程处理示例如表1所示，并返回参数值EPi和T。同理，通过调用接口4，由V2X DII库参照V2R模型参数进行执行，从而获得V2R的丢包率和延迟参数。
表1 V2X DII库仿真过程处理示例
Figure BDA0003136303870000131
Figure BDA0003136303870000141
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种车联网无线信道V2X仿真方法，V2X通信包括V2V信道模型和V2R信道模型，其特征在于，包括：
将待测的V2V信道模型和V2R信道模型之间距离输入构建的V2X仿真模型中，输出路径损耗、丢包率和时延；
V2X仿真模型包括V2X传播模型、丢包率模型和延迟模型。
2.根据权利要求1所述的一种车联网无线信道V2X仿真方法，其特征在于，
构建V2X仿真模型，包括：
新建V2X仿真模型，对V2X仿真模型的核心通信节点进行建模，生成：
复现路径损耗和建筑物以及车辆遮挡带来的阴影衰落仿真场景的V2X传播模型；
模拟V2X通信发送数据包过程中的数据包丢失场景的丢包率模型；
模拟V2X通信发送数据包过程中的延迟场景的延迟模型。
3.根据权利要求2所述的一种车联网无线信道V2X仿真方法，其特征在于，
生成复现路径损耗和建筑物以及车辆遮挡带来的阴影衰落仿真场景的V2X传播模型，包括：V2V信道模型中：
对于高速公路场景，在LOS和NLOSv条件下的路径损耗模型为
PLLOS＝32.4+20log10(d2D)+20log10(fc) (1)
其中，PLLOS为路径损耗；d2D表示发射机和接收机之间的距离，单位为m；fc表示载波频率；
对于城市街区场景，LOS条件下的路径损耗模型为
PLLOS＝38.77+16.7log10(d2D)+18.2log10(fc) (2)；
NLOS条件下的路径损耗模型定义为
PLNLOS＝36.85+30log10(d2D)+18.9log10(fc) (3)。
4.根据权利要求3所述的一种车联网无线信道V2X仿真方法，其特征在于，
生成复现路径损耗和建筑物以及车辆遮挡带来的阴影衰落仿真场景的V2X传播模型，包括：
V2R信道模型中：
城区场景中，LOS条件下的路径损耗模型为
Figure FDA0003136303860000011
式中，PLUMa为LOS条件下的路径损耗，dBP为断点距离；
当10m≤d2D≤dBP时，PL1＝28+22log10(d3D)+20log10(fc) (5)，
式中，d3D为发送方车辆到路侧单元RSU或基站的直线距离；
当dBP≤d2D≤5km时，PL2＝28+40log10(d3D)+20log(fc)-9log10((dBP)2+(hBS-hUT)2) (6)
其中，hBS表示路侧单元RSU或基站的高度，hUT表示发送方车辆的高度，在LOS条件下V2R通信模型中阴影衰落值为4dB，断点距离dBP＝4hBShUTfc/c，c为光速；
城区场景中，当10m≤d2D≤5km时，NLOS下的路径损耗模型为
PLUMa-NLOS＝max(PLUMa-LOS,PL’UMa-NLOS) (7)，
其中，PLUMa-NLOS为路径损耗，PLUMa-LOS为城区场景中LOS条件下的路径损耗；
PL’UMa-NLOS＝13.5+39.08log10(d3D)+20log(fc)-0.6(hUT-1.5)；
其他情况下，NLOS的路径损耗模型为PLUMa-NLOS＝32.4+20log10(fc)+30log10(d3D) (8)，
其中，NLOS条件下的阴影衰落值为6dB。
5.根据权利要求2所述的一种车联网无线信道V2X仿真方法，其特征在于，
生成模拟V2X通信发送数据包过程中的数据包丢失场景的丢包率模型，包括：
标准正态分布的右尾函数Q(x)为BPSK调制的误码率为：
Figure FDA0003136303860000021
式中，x为随机变量，t为自变量；
在V2X通信时，发送方车辆i在执行传输数据包时，叠加高斯白噪声信道的数据传输丢包率为
Figure FDA0003136303860000023
其中，接收方车辆信干噪比为
Figure FDA0003136303860000022
其中，Ptx表示发送信号功率，Gantenna表示天线增益，PL表示路径损耗，σsf表示阴影衰落，Pinterference表示干扰功率，Pnoise表示噪声功率。
6.根据权利要求2所述的一种车联网无线信道V2X仿真方法，其特征在于，
生成V2X通信发送数据包过程中的延迟场景的延迟模型，包括：
发送方车辆i在传输数据包之前提前感知接收信道的状态，如果此时接收信道繁忙则进行退避，退避的时间窗口通过退避计数器控制；
W0为初始竞争窗口，退避计数器的初始值在0到W0之间随机分配；
若接收信道空闲时退避计数器减1，反之退避计数器不变；直至退避计数器减为0时，此时发送方车辆i将数据包传输给包括邻居车辆或RSU的接收方，若传输失败，发送方车辆i将再次通过CSMA/CA机制来重新传输数据包，此时初始竞争窗口的大小加倍；
当发送方车辆i传输数据包时，邻居车辆将留在接收信道进行监听，数据包的潜在成功传递概率pi为：
pi＝1-(1-τi)N-1 (12)，
其中，N表示发送方车辆通信范围内车辆和RSU的集合；
设发送方车辆i的信道被接入概率为τi，则
Figure FDA0003136303860000031
发送方车辆i在组网通信时，发送方车辆i信道传输时延为
Figure FDA0003136303860000032
其中，tH、tL和tACK分别表示帧头部传输时延、帧有效数据的传输时延、ACK帧的平均传输时延，TSIFS表示短帧间间隔的持续时间，TDIFS表示分布帧间间隔，δv2i表示电磁波的传播时延；
由于发送方车辆i需要接收反馈的ACK消息，因此在发送方车辆i成功传输数据包时隙，发送方车辆i存在2倍的电磁波传播时延。
7.根据权利要求6所述的一种车联网无线信道V2X仿真方法，其特征在于，
根据CSMA的消息传输机制，发送方车辆i传输数据包的随机传递时长包括时隙、信道空闲时传输时隙和碰撞时隙；
(1)定义空闲信道时长为α，定义空闲信道的发生概率为pidle，则发送方车辆i的数据包在随机传递过程中空闲信道占用的时隙为αpidle，其中
pidle＝1-τi (15)；
(2)定义空闲传输时传输时长为DTS，此时发送方车辆i传输数据包的成功传递概率为Δps，且Δps＝τipi；
(3)定义碰撞时隙传输数据包时的传输时长DTC，由公式(8)知，发送方车辆i观测到将要接入的信道繁忙的概率为1-pidle，则此时发送方车辆i传输数据包的成功传递概率为Δpc，且Δpc＝1-pidle-Δps；
车辆i成功传输一个数据包的所需时隙长度为
E[Tslot]＝αpidle+ΔpsDTS+ΔpcDTC (16)
因此，V2X通信的平均信道竞争时延为
Figure FDA0003136303860000041
其中，
Figure FDA0003136303860000042
看作发送方车辆i在CSMA/CA机制下成功传输数据包前的等待时隙数；
V2X通信中，通信时延中包括上述的平均信道竞争时延和接收端的响应时延；将数据包大小进行归一化处理，则：
(1)V2V信道模型通信时延
接收方车辆j与发送方车辆i进行V2V信道模型通信时，传输速率表示为
Figure FDA0003136303860000043
其中，kv表示V2V信道模型信道衰落系数，Pv表示接收方车辆j的发射功率，Bv是V2V信道模型通信的链路带宽，n0为高斯白噪声功率，PL为接收方车辆j执行V2V信道模型通信时的路径损耗；
则接收方车辆j与发送方车辆i采用直连通信时的传输时延为
Figure FDA0003136303860000044
其中，Sj为接收方车辆j的即时消息归一化后的消息包长度；
(2)V2R信道模型通信时延
接收方车辆j在接收RSU数据时，V2R信道模型通信的传输速率表示为
Figure FDA0003136303860000051
其中，kr表示V2R信道模型信道衰落系数，Pr表示发送端RSU的发射功率，Br是车辆与RSU之间V2R信道模型通信的链路带宽，PL为车辆j执行V2R信道模型通信时的路径损耗；
则车辆j获取到RSU内容的传输时延为
Figure FDA0003136303860000052
当V2X通信采用CSMA竞争机制时，车辆与邻居车辆或RSU之间成功数据传输的总时延表示为
Figure FDA0003136303860000053
其中，*取值为v和r。
8.根据权利要求2所述的一种车联网无线信道V2X仿真方法，其特征在于，核心通信节点包括各个车辆节点和RSU节点；
丢包率模型采用BPSK调制方式编码；延迟模型包括信道竞争时延和接收响应时延，延迟模型使用载波监听多路复用机制。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～8任一项所述方法的步骤。
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