基于擁塞博弈的車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)擁塞控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于擁塞博弈的車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)擁塞控制方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)不能有效解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)步驟是：1.根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)擁塞博弈模型，建立車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的擁塞博弈模型；2.根據(jù)擁塞博弈模型中的效用函數(shù)，構(gòu)建關(guān)于服務(wù)質(zhì)量和傳輸時(shí)延的車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的效用函數(shù)；3.根據(jù)效用函數(shù)建立車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)擁塞博弈模型的勢(shì)函數(shù)，并對(duì)勢(shì)函數(shù)進(jìn)行修正；4.根據(jù)wardrop理論和擁塞博弈均衡存在性定理，將擁塞博弈的收斂問(wèn)題轉(zhuǎn)化為勢(shì)函數(shù)值最小化；5.通過(guò)啟發(fā)式算法得到時(shí)隙分配矩陣，車(chē)輛根據(jù)時(shí)隙分配矩陣選擇“傳輸”或者“等待”。本發(fā)明能有效減小網(wǎng)絡(luò)擁塞，可用于車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)密集場(chǎng)景中與安全相關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)分發(fā)的擁塞控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于擁塞博弈的車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)擁塞控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，更進(jìn)一步涉及VANETs領(lǐng)域中控制車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)擁塞的方法，可用于車(chē)輛密集場(chǎng)景中，與安全相關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)分發(fā)的擁塞控制。
【背景技術(shù)】
[0002]車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)VANETs是移動(dòng)車(chē)輛之間通信的自組織網(wǎng)絡(luò)。在車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)中，每輛車(chē)都裝載一個(gè)車(chē)載設(shè)備，車(chē)輛依靠這個(gè)設(shè)備可以進(jìn)行自由的相互通信或者與路邊的基站進(jìn)行通信，如圖1所示。
[0003]車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)支持一系列與交通安全相關(guān)的應(yīng)用，比如協(xié)作碰撞預(yù)警CCW、交通信號(hào)違規(guī)警告、變道警告等。這類(lèi)應(yīng)用通過(guò)有效利用車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，盡可能保證參與人的生命安全，減少事故發(fā)生的概率?？紤]到VANETs拓?fù)淇焖僮兓途W(wǎng)絡(luò)參數(shù)動(dòng)態(tài)變化的特征，在緊急情況下唯一適用的數(shù)據(jù)分發(fā)方式只有周期性廣播。因此，安全相關(guān)數(shù)據(jù)的正確性和實(shí)效性直接依賴(lài)于緊急廣播的成功投遞率和信標(biāo)頻率。事實(shí)上，在車(chē)輛密集的場(chǎng)景中以廣播方式傳遞信息，廣播的性能會(huì)嚴(yán)重下降。例如:城市高峰期的情況，同步傳輸信息時(shí)產(chǎn)生的大量信標(biāo)負(fù)載會(huì)在接收端產(chǎn)生很大的干擾，即擁塞。
[0004]現(xiàn)有的擁塞控制方法大致可分為三類(lèi):
[0005]一是基于效用的擁塞控制方法,見(jiàn)Lars Wischhof和Hermann Rohling等人在文獻(xiàn)“Congestion control in vehicular ad hoc networks”中提出的一種基于效用的分組轉(zhuǎn)發(fā)和擁塞控制機(jī)制。該方案主要由四部分組成:首先，車(chē)輛結(jié)點(diǎn)利用封裝在數(shù)據(jù)分組中的效用函數(shù)計(jì)算其效用值，并據(jù)此決定以何種速率將數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)至下一結(jié)點(diǎn)；其次，逐跳轉(zhuǎn)發(fā)，優(yōu)先發(fā)送高效用值的數(shù)據(jù)；接著，為防止緩存隊(duì)列溢出，丟棄那些效用值較低的數(shù)據(jù)；最后，在接收緩存允許的條件下接收并存儲(chǔ)廣播分組，待發(fā)送條件成熟時(shí)繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。該方法需要將道路分割成不同的路段來(lái)計(jì)算效用值，這樣做雖然保證了系統(tǒng)效用的最大化，但其存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制需要承受建立新的通信鏈路帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)，因此并不適合于時(shí)延敏感業(yè)務(wù)。
[0006]二是基于功率的擁塞控制方法，見(jiàn) M.Torrent-Moreno, P.Santi 和 H.Hartenstein等人在文獻(xiàn)“Fair sharing of bandwidth in VANETs”中提出的一種公平的功率控制方法，主要實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)目標(biāo):即保證帶寬分配的公平性，同時(shí)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(lài)網(wǎng)絡(luò)中所有參與信道競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)的全局知識(shí)，并通過(guò)集中控制中心發(fā)布功率調(diào)整消息。由于VANETs在大多數(shù)情況下缺乏中心節(jié)點(diǎn)，且全局知識(shí)的獲取會(huì)帶來(lái)巨大的開(kāi)銷(xiāo)并引入額外的時(shí)延，因此該算法并不適合于VANETs環(huán)境中的時(shí)延敏感業(yè)務(wù)，特別是安全類(lèi)相關(guān)的應(yīng)用。
[0007]三是基于速率的擁塞控制的方法，見(jiàn)T.Tielert, D.Jiang, Q.Chen, L.Delgrossi和 H.Hartenstein 等人在文獻(xiàn)“〃Design methodology and evaluation of rateadaptation based congestion control for Vehicle Safety Communications，，中提出的一種依賴(lài)于周?chē)h(huán)境負(fù)載感知的周期性速率自適應(yīng)控制PULSAR算法，該算法主要實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)目標(biāo):即一方面有效控制信道負(fù)載，另一方面兼顧安全類(lèi)應(yīng)用的實(shí)時(shí)性要求。該方法通過(guò)獲取相關(guān)應(yīng)用對(duì)消息傳輸范圍和最大/最小傳輸速率的要求，按需調(diào)整一個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸速率，在保證業(yè)務(wù)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(mǎn)足不同應(yīng)用多樣化的傳輸速率和傳播范圍要求，但其設(shè)計(jì)初衷主要是為了保證節(jié)點(diǎn)接入信道的公平性，并沒(méi)有考慮VANETs中針對(duì)不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的服務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有擁塞控制技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種基于擁塞博弈的車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)擁塞控制方法，以減小傳輸時(shí)延、提高時(shí)隙利用率和區(qū)分服務(wù)優(yōu)先級(jí)。
[0009]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案包括如下步驟:
[0010](I)建立車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的擁塞博弈模型:
[0011]{M,E, {FjieM, {ce}eeE}
[0012]其中，M是參與者集合，即車(chē)輛；E是資源組，f 是第i個(gè)參與者的策略集，e是
被競(jìng)爭(zhēng)的資源，Ce是競(jìng)爭(zhēng)資源e的成本函數(shù)；
[0013](2)定義基于擁塞博弈的車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的效用函數(shù):
【權(quán)利要求】
1.一種基于擁塞博弈的車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)擁塞控制方法，包括以下步驟: (1)建立車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的擁塞博弈模型:
{M，E, {FjieM, {ce}eeE} 其中，M是參與者集合，即車(chē)輛；E是資源組，f 是第i個(gè)參與者的策略集，e是被競(jìng)爭(zhēng)的資源，Ce是競(jìng)爭(zhēng)資源e的成本函數(shù)； (2)定義基于擁塞博弈的車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的效用函數(shù):
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的方法，其中步驟(2)中的效用函數(shù)，通過(guò)以下步驟得到: 2a)根據(jù)效用函數(shù)概念，定義車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)擁塞博弈模型的效用函數(shù)Ui(^ii):
【文檔編號(hào)】H04W28/02GK103929777SQ201410192827
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】陳晨, 李亞娟, 裴慶祺, 沈玉龍 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)