面向车联网中CAMs速率的自适应拥塞控制研究

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互联网时代的崛起,加速了物联网的发展。在物联网的发展下,为了解决日常交通状况拥堵的现状,车载自组织网络技术(Vehicular Ad Hoc Network,VANET)成为研究的重点技术。车载自组织网络技术也叫做车联网技术,它为智能交通系统(Intelligent Transportation System,ITS)的发展奠定了基础。目前车联网技术作为当前汽车产业研究的重点技术,是智能交通系统的关键技术。车联网技术中有许多系统,其中针对安全应用程序需求,保障车辆之间传输的车载安全通信(Vehicular Safety Communication,VSC)是最主要的系统。VSC通信系统收集的合作意识消息(Cooperative Awareness Messages,CAMs)由于周期性的传输给其他车辆,将导致信道负载呈上升状态,引起拥塞。拥塞问题对安全应用产生了很严重的负面影响,导致交通事故、道路堵塞、错误的交通决策信息等问题。如何解决这些问题,成为了研究VSC通信的一大热点。本文展开介绍了VANET技术的发展,分析了目前在VANET通信中拥塞控制的不足,在现有研究基础上设计面向CAMs的车联网拥塞控制方案,本文主要做的工作如下:(1)对车联网的主要技术进行了相关的阐述。介绍了由欧洲电信标准协会(European Telecommunications Standards Institute,ETSI)规定的CAM文档协议以及CAMs的生成规则。并且通过微观道路仿真平台SUMO(Simulation of Urban Mobility)与网络仿真平台OMNET++(Objective Modular Network Testbed in C++)的连接,成功的构建了VSC系统仿真平台。(2)对车载安全通信的拥塞控制方案进行研究,发现目前车联网拥塞控制主要通过限制传输CAMs速率或者调整信道的竞争窗口等措施来进行改善,限制CAMs消息的传输将会造成车联网通信的基本安全信息传输不够及时,通信网络的资源分配不够公平。本文从CAMs传输速率结合信道竞争窗口两个方面进行分析设计,一方面,考虑到网络资源分配的公平性,采用网络效用最大化算法,迭代计算CAMs速率,使得CAMs的传输速率最优;另一方面,提出CAMs消息自源检测与邻居检测方式自适应的进行信道拥塞控制,这样可以避免拥塞控制的滞后性。(3)考虑了隐藏站效应的前提以后,分别对单接收器与双接收器进行建模,不同接收器接收CAMs的传输的概率也不同。本文从多方面进行考虑,提出新的接收概率计算模型,将单接收器概率与双接收器概率相结合,并将所提出拥塞控制模型下CAMs的接收概率与其他方案进行了比对。为了评估所提出的方案的性能,通过兰州市城市交通道路场景进行实验,验证所构建的仿真平台的实用性以及提出的面向CAMs拥塞控制方案的有效性,并且与其他拥塞控制方案在合作意识消息接收概率、通吐量、平均延迟三个方案进行比较分析。实验结果表明,本文提案中CAMs信息接收概率优于其他控制方案,通吐量大约提高10%。
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