• 面向安全需求的VANET信道拥塞联合控制框架


    作者:大连理工大学易一然(硕士论文)

     一、研究背景

      在VANET中车辆之间、车辆与路侧之间实现安全协作的基本方式是通过控制信道周期性地广播信标(beacon)消息。信标消息包含车辆本身的一些状态信息(位置、速递、加速度等),周期性地发送信标消息使得车辆能够精确追踪一定范围内的车辆并发现潜在威胁。IEEEE802.11p是DSRC数据链路层采用的标准,它能为10MHz的信道提供3~27Mbps的数据传输率。考虑VANET对网络的抗干扰性和鲁棒性的要求,数据传输速率一般为6Mbps,这无法满足交通就稠密的情况。

    二、研究现状

      传输功率拥塞控制方法

      基于速率控制的拥塞控制方法(周期性信标消息的分组生成率)

      功率-速率联合控制方法(基于追踪误差来调整信标消息生成率,依据信道繁忙比率来调整发送功率的联合拥塞控制方法)

    三、研究内容

      基于协议性能的分析及针对车辆安全需求的建模,提出DB(double beacon)信标消息发送模式。依据新的信标消息发送模式以及安全需求模型,提出一种模块化的面向安全的VANET联合拥塞控制框架。

    1、安全需求模型与信标发送方式

            

       车辆通过信标消息实现协作的方式如上图。车载单元安装了安全应用和模拟模块。

           

       安全应用对信标消息的要求如图,从左到右,对信标要求逐渐增加,即越来越低的通信和操作时延。

      通过控制信道发送信标消息是实现无线通信技术进行车辆间安全协作的基础,同时也是造成信道拥塞的主要原因。究其根本就是现今的通信技术尚且不能完全满足车间安全协作通信的要求。总的来说信道拥塞问题是信道资源优化分配的问题,解决方法有两种:①改良通信技术②在应用的层面(链路层)优化协作。

      当前关于控制信道拥塞控制的方法基本上都是以通信指标为基础,并且没有说明通信指标与安全之间的关系。这样的方法可能带来严重的问题:信道状态良好但不能满足车辆之间通信的要求。例如基于局部车辆密度的车载环境分布式公平功率调整算法D-FPAV,该算法以分布式的方式给所有的车辆分配功率,每一辆车都运行该算法来计算周围车辆共同传输功率的最大值,实现信标消息的最小发送功率的最大化。该算法在车辆密度下降时可能造成通信上的隔离,新车辆接入时将存在极大的安全隐患。

      本文提出对于远处与近处的车辆采用不同发送参数来提供安全应用要求的服务的模式,称为双Beacon模式,简称DB模式。车辆以小功率高速率的方式为近处车辆提供精确的追踪服务,通过大功率低速率为远处车辆提供感知警戒服务。

    2、面向安全的联合拥塞控制框架

      

    四、仿真评估与验证

      仿真软件Veins(Vehicles in Network Simulation)由网络仿真器OMNeT++ 和道路交通仿真器SUMO双向耦合组成

                                                 

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