[发明专利]一种车联网IEEE 802.11广播性能分析方法

说明书

本发明公开了一种车联网IEEE 802.11广播性能分析方法及应用，属于车联网技术领域。通过考虑连续冻结过程建立二维马尔科夫状态转移链，根据该二维马尔科夫状态转移链计算出车辆节点处于二维马尔科夫状态转移链中各状态的概率及转换状态概率，进而准确预测出车辆节点的发送分组的平均时延、吞吐量及成功接收率；该方法适用于广播机制下车联网媒体控制接入层的性能分析，为准确预测MAC层的性能提供理论分析依据，且根据仿真实验数据可知，无论是在竞争窗口较大还是竞争窗口较小的情况下，该方法预测得到的车辆节点的发送分组的平均时延、吞吐量及成功接收率的值，相对于现有的一维马尔科夫模型预测出的值更接近于实际值。

技术领域

本发明涉及一种车联网IEEE 802.11广播性能分析方法及应用，属于车联网技术领域。

背景技术

车载自组织网络(Vehicular Ad hoc NETwork,VANET)也称车联网，作为智能交通系统里的关键技术，通过开启车辆与车辆之间的通信(Vehicle-to-Vehicle,V2V)以及车辆与基础设施之间的通信(Vehicle-to-Infrastructure,V2I)，使得车辆能够感知道路环境，包括车辆，行人和障碍物，基础设施，从而实现紧急事故预警，规避危险，增强道路安全。

在车联网中，媒体访问控制(Medium Access Control,MAC)层主要规范移动车辆节点对共享信道的访问。节点访问信道的形式包括单播和广播。目前，针对MAC层的研究主要集中在IEEE 802.11协议簇中单播方式下载波监听多点接入/冲突避免(Carrier SenseMultiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA)机制及其采用的二进制退避规则上。而在实际应用场景中，安全信息(车辆的位置，速度，加速度，行驶方向等)的传输以及大多数网络服务(动态主机配置，地址解析等)均基于广播方式工作。

研究表明，广播方式下较易出现连续冻结过程(consecutive freeze process,CFP)，且争用信道的竞争窗口值越小，CFP现象发生地越频繁。而目前，针对广播方式下的MAC层性能分析的研究成果还较少，且多使用简单的一维马尔科夫模型，该模型忽略了CFP现象，仅通过删减Bianchi提出的单播方式下二维马尔科夫模型的重传阶得到。故当节点争用信道的竞争窗口值较小时，该模型预测节点的性能指标的能力较差。因此，有必要建立一个可靠的广播性能分析模型，为基于IEEE 802.11广播方式工作的应用提供理论分析与优化依据。

发明内容

为了解决目前存在的针对广播方式下的MAC层性能分析采用简单的一维马尔科夫模型预测节点的性能指标的能力较差的问题，本发明提供了一种车联网IEEE 802.11广播性能分析方法及应用，技术方案如下：

一种车联网IEEE 802.11广播性能分析方法，所述方法包括：考虑连续冻结过程建立二维马尔科夫状态转移链；根据建立好的二维马尔科夫状态转移链，计算出车辆节点处于二维马尔科夫状态转移链中各状态的概率及转换状态概率，进而推导出车辆节点的发送分组的平均时延、吞吐量及成功接收率。

可选的，所述考虑连续冻结过程建立二维马尔科夫状态转移链，包括：将连续冻结过程分为连续发送分组过程和连续退避冻结过程两个过程；将连续发送分组过程和连续退避冻结过程作为车辆节点接入信道的两个必要过程，建立二维马尔科夫状态转移链。

可选的，所述方法包括：

当车辆节点有待发送的数据分组时，选择在等待分布式帧间间隔时间后，随机从[0,CW- 1]里选择一个整数作为退避计数器的初始值；其中，CW是竞争窗口值，无论数据分组是否被成功传输，其竞争窗口值均保持不变；

每经过一个时隙的分布式帧间间隔时间，车辆节点会检测信道，若信道被检测为空闲，则退避计数器的值减1；否则，退避计数器被冻结，直到信道再次被检测为空闲且在分布式帧间间隔时间段内连续空闲。