[發明專利]一種用于車載自組網通信的前向糾錯FEC參數分析方法

有效

• 申請號: 201910880435.2
• 申請日: 2019-09-18
• 公開（公告）號: CN110650491B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 陳亮;王軍;王進;顧翔
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H04W24/06
• 分類號: H04W24/06;H04L41/142;H04L41/14;H04L41/147;H04W4/40
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明提供了一種用于車載自組網通信的前向糾錯FEC參數分析方法，包括如下內容：首先對RED?FEC機制進行數學建模，推導平均隊列Q_ave及瞬時隊列q的微分方程；其次通過拉普拉斯變換，將數學模型轉化為控制問題，建立了被控對象、RED控制器傳遞函數，設計了RED?FEC的反饋控制框圖；最后利用控制框圖，分析不同負載條件下RED?FEC算法的性能。本發明的有益效果為：本發明是基于控制框圖的參數分析方法，可以預測車載自組網中的RED?FEC算法性能，判斷RED?FEC穩定性，為RED?FEC參數設計提供了基于控制理論的依據。

技術領域

本發明涉及車載自組網傳輸技術領域，尤其涉及一種用于車載自組網通信的前向糾錯FEC參數分析方法。

背景技術

車載自組網(Vehicle Ad-Hoc Network,VANET)是指車輛之間、車輛與固定接入點之間為相互通信組成的移動Ad-Hoc網絡。VANET技術在事故報警、輔助駕駛、交通信息查詢及Internet接入等領域具有廣闊的應用前景^[1]。VANET通常由車輛單元OBU(On boardUnit)及路邊單元RSU(Roadside unit)構成，車間通信可以不依賴RSU，使用自組織聯網方式實現數據傳輸。

由于VANET具有多跳路由、網絡容量有限及節點高速移動特性^[1]，其網絡傳輸條件與傳輸性能會隨時間不斷變化。當傳輸過程中的錯誤不可避免時，研究車載自組網傳輸機制與性能，具有重要意義。

為了應對復雜通信條件下的傳輸錯誤，研究人員首先提出了“分組重傳”機制。該機制由發送端在發送分組時進行計時，當來自接收端的確認ACK沒有在規定時間到達時，發送端會重新傳輸該分組。分組重傳固然可以解決傳輸錯誤，但也帶來了傳輸延遲問題，即以花費更多時間為代價，保障傳輸的質量。而且，如果傳輸錯誤率持續升高，重傳機制會占用大量帶寬，極大地增加網絡整體負擔。

相較分組重傳機制，前向糾錯(Forward Error Correction,FEC)是研究者提出的另一種分組丟失恢復機制，通過增加額外的冗余信息，以此實現小的端到端延遲和可靠傳輸，所以FEC可能更加適合車載自組網實時業務流。

FEC的基本原則是將冗余數據“添加”到原先待傳送的數據中，以便無需重傳也可以恢復丟失的分組。圖2顯示了一個數據塊(k個源包)在發送端被編碼為k+h個包。用這種方法，當不超過h個分組丟失時，無論丟失的分組是源包還是FEC冗余分組，接收端可以恢復所有k個源包。當然，冗余分組的增加，也會增加網絡負載，甚至可能引起網絡擁塞。

靜態FEC(SFEC)產生固定數目(h值恒定)的冗余分組，以保護每個數據塊中的k個源分組，如圖2所示。雖然實現簡單，但是該方法不能動態適應網絡狀態的變化，因此可能導致網絡擁塞或糟糕的丟失恢復性能。

為了解決靜態FEC的問題，自適應FEC(AFEC)機制會根據當前網絡狀態，動態調整冗余分組數目(h值不恒定)。研究者提出利用變化的網絡狀態參數來確定合適的FEC冗余分組的數量，上述網絡狀態參數包括分組錯誤率、傳輸延遲與TCP窗口尺寸?？傊?，結果顯示，相較SFEC，AFEC技術可以獲得更低的丟包率和更好的傳輸質量。

但是，自適應FEC為了動態設置參數h的數值，無論利用分組錯誤速率或傳輸延遲，都必須等待接收端計算統計網絡狀態參數，并將結果返回至發送端。這個過程中存在不可避免的延遲，隨著網絡拓撲的擴大和網絡跳數的增加，這個延遲可能大到不可忽略。換言之，發送端依據某些“過時”的網絡狀態，決定設置多大的冗余率，FEC自適應算法并不能準確地反映當前的網絡負載和丟包情況。由于車載自組網的網絡狀態時變特性，原有的FEC自適應算法不適用于車載自組網通信。