[发明专利]基于拥塞博弈的车辆网络数据分发拥塞控制方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及VANETs领域中控制车辆网络数据分发拥塞的方法，可用于车辆密集场景中，与安全相关应用数据分发的拥塞控制。

背景技术

车载自组织网络VANETs是移动车辆之间通信的自组织网络。在车载自组织网络中，每辆车都装载一个车载设备，车辆依靠这个设备可以进行自由的相互通信或者与路边的基站进行通信，如图1所示。

车载自组织网络支持一系列与交通安全相关的应用，比如协作碰撞预警CCW、交通信号违规警告、变道警告等。这类应用通过有效利用车辆网络技术，尽可能保证参与人的生命安全，减少事故发生的概率。考虑到VANETs拓扑快速变化和网络参数动态变化的特征，在紧急情况下唯一适用的数据分发方式只有周期性广播。因此，安全相关数据的正确性和实效性直接依赖于紧急广播的成功投递率和信标频率。事实上，在车辆密集的场景中以广播方式传递信息，广播的性能会严重下降。例如：城市高峰期的情况，同步传输信息时产生的大量信标负载会在接收端产生很大的干扰，即拥塞。

现有的拥塞控制方法大致可分为三类：

一是基于效用的拥塞控制方法，见Lars Wischhof和Hermann Rohling等人在文献“Congestion control in vehicular ad hoc networks”中提出的一种基于效用的分组转发和拥塞控制机制。该方案主要由四部分组成：首先，车辆结点利用封装在数据分组中的效用函数计算其效用值，并据此决定以何种速率将数据分组转发至下一结点；其次，逐跳转发，优先发送高效用值的数据；接着，为防止缓存队列溢出，丢弃那些效用值较低的数据；最后，在接收缓存允许的条件下接收并存储广播分组，待发送条件成熟时继续转发。该方法需要将道路分割成不同的路段来计算效用值，这样做虽然保证了系统效用的最大化，但其存储转发机制需要承受建立新的通信链路带来的开销，因此并不适合于时延敏感业务。

二是基于功率的拥塞控制方法，见M.Torrent-Moreno,P.Santi和H.Hartenstein等人在文献“Fair sharing of bandwidth in VANETs”中提出的一种公平的功率控制方法，主要实现了两个目标：即保证带宽分配的公平性，同时避免信道拥塞。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，需依赖网络中所有参与信道竞争节点的全局知识，并通过集中控制中心发布功率调整消息。由于VANETs在大多数情况下缺乏中心节点，且全局知识的获取会带来巨大的开销并引入额外的时延，因此该算法并不适合于VANETs环境中的时延敏感业务，特别是安全类相关的应用。

三是基于速率的拥塞控制的方法，见T.Tielert，D.Jiang,Q.Chen，L.Delgrossi和H.Hartenstein等人在文献“"Design methodology and evaluation of rate adaptation based congestion control for Vehicle Safety Communications”中提出的一种依赖于周围环境负载感知的周期性速率自适应控制PULSAR算法，该算法主要实现了两个目标：即一方面有效控制信道负载，另一方面兼顾安全类应用的实时性要求。该方法通过获取相关应用对消息传输范围和最大/最小传输速率的要求，按需调整一个节点的传输速率，在保证业务要求的前提下减少信道拥塞的概率。尽管PULSAR是一种分布式算法，并可满足不同应用多样化的传输速率和传播范围要求，但其设计初衷主要是为了保证节点接入信道的公平性，并没有考虑VANETs中针对不同优先级业务的服务。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有拥塞控制技术的缺点，提出一种基于拥塞博弈的车辆网络数据分发拥塞控制方法，以减小传输时延、提高时隙利用率和区分服务优先级。

实现本发明目的的技术方案包括如下步骤：

(1)建立车辆网络的拥塞博弈模型：

{M,E,{F_i}_i∈M,{c_e}_e∈E}

其中，M是参与者集合，即车辆；E是资源组，是第i个参与者的策略集，e是被竞争的资源，c_e是竞争资源e的成本函数；

(2)定义基于拥塞博弈的车辆网络的效用函数：