[發明專利]基于擁塞博弈的車輛網絡數據分發擁塞控制方法

有效

• 申請號: 201410192827.7
• 申請日: 2014-05-08
• 公開（公告）號: CN103929777B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 陳晨;李亞娟;裴慶祺;沈玉龍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 王品華,黎漢華

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及VANETs領域中控制車輛網絡數據分發擁塞的方法，可用于車輛密集場景中，與安全相關應用數據分發的擁塞控制。

背景技術

車載自組織網絡VANETs是移動車輛之間通信的自組織網絡。在車載自組織網絡中，每輛車都裝載一個車載設備，車輛依靠這個設備可以進行自由的相互通信或者與路邊的基站進行通信，如圖1所示。

車載自組織網絡支持一系列與交通安全相關的應用，比如協作碰撞預警CCW、交通信號違規警告、變道警告等。這類應用通過有效利用車輛網絡技術，盡可能保證參與人的生命安全，減少事故發生的概率。考慮到VANETs拓撲快速變化和網絡參數動態變化的特征，在緊急情況下唯一適用的數據分發方式只有周期性廣播。因此，安全相關數據的正確性和實效性直接依賴于緊急廣播的成功投遞率和信標頻率。事實上，在車輛密集的場景中以廣播方式傳遞信息，廣播的性能會嚴重下降。例如：城市高峰期的情況，同步傳輸信息時產生的大量信標負載會在接收端產生很大的干擾，即擁塞。

現有的擁塞控制方法大致可分為三類：

一是基于效用的擁塞控制方法，見Lars Wischhof和Hermann Rohling等人在文獻“Congestion control in vehicular ad hoc networks”中提出的一種基于效用的分組轉發和擁塞控制機制。該方案主要由四部分組成：首先，車輛結點利用封裝在數據分組中的效用函數計算其效用值，并據此決定以何種速率將數據分組轉發至下一結點；其次，逐跳轉發，優先發送高效用值的數據；接著，為防止緩存隊列溢出，丟棄那些效用值較低的數據；最后，在接收緩存允許的條件下接收并存儲廣播分組，待發送條件成熟時繼續轉發。該方法需要將道路分割成不同的路段來計算效用值，這樣做雖然保證了系統效用的最大化，但其存儲轉發機制需要承受建立新的通信鏈路帶來的開銷，因此并不適合于時延敏感業務。

二是基于功率的擁塞控制方法，見M.Torrent-Moreno,P.Santi和H.Hartenstein等人在文獻“Fair sharing of bandwidth in VANETs”中提出的一種公平的功率控制方法，主要實現了兩個目標：即保證帶寬分配的公平性，同時避免信道擁塞。然而，其所采用的基于最大最小原理的公平性功率控制方法，需依賴網絡中所有參與信道競爭節點的全局知識，并通過集中控制中心發布功率調整消息。由于VANETs在大多數情況下缺乏中心節點，且全局知識的獲取會帶來巨大的開銷并引入額外的時延，因此該算法并不適合于VANETs環境中的時延敏感業務，特別是安全類相關的應用。

三是基于速率的擁塞控制的方法，見T.Tielert，D.Jiang,Q.Chen，L.Delgrossi和H.Hartenstein等人在文獻“"Design methodology and evaluation of rate adaptation based congestion control for Vehicle Safety Communications”中提出的一種依賴于周圍環境負載感知的周期性速率自適應控制PULSAR算法，該算法主要實現了兩個目標：即一方面有效控制信道負載，另一方面兼顧安全類應用的實時性要求。該方法通過獲取相關應用對消息傳輸范圍和最大/最小傳輸速率的要求，按需調整一個節點的傳輸速率，在保證業務要求的前提下減少信道擁塞的概率。盡管PULSAR是一種分布式算法，并可滿足不同應用多樣化的傳輸速率和傳播范圍要求，但其設計初衷主要是為了保證節點接入信道的公平性，并沒有考慮VANETs中針對不同優先級業務的服務。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有擁塞控制技術的缺點，提出一種基于擁塞博弈的車輛網絡數據分發擁塞控制方法，以減小傳輸時延、提高時隙利用率和區分服務優先級。

實現本發明目的的技術方案包括如下步驟：

(1)建立車輛網絡的擁塞博弈模型：

{M,E,{F_i}_i∈M,{c_e}_e∈E}

其中，M是參與者集合，即車輛；E是資源組，是第i個參與者的策略集，e是被競爭的資源，c_e是競爭資源e的成本函數；

(2)定義基于擁塞博弈的車輛網絡的效用函數：