一种针对IEEE802.11p车载系统的分布式优先级拥塞控制方法
【专利摘要】本发明设计了一种针对IEEE802.11p车载系统的分布式优先级拥塞控制方法，其主要内容包括：每个优先级等级的业务周期性统计其所在队列的包发送状况(包括总需求传输包数，队列中等待传输包数和已经碰撞失败传输包数)，根据统计结果设计表征不同等级业务所在队列的信道拥塞状况；不同等级业务对应不同的信道拥塞阈值；结合业务所在队列的信道拥塞状况和拥塞阈值，调整该等级业务的信道接入的控制参数——最小回退窗长，以减少业务间的碰撞概率，保证高优先级业务的传输质量，提高系统的吞吐量。
【专利说明】—种针对IEEE802.11p车载系统的分布式优先级拥塞控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于IEEE802.1lp协议的车载系统的拥塞控制方法，目的在于利用分布式的方法解决多种优先级业务并存情况下的信道拥塞问题，以保证高优先级业务的服务质量。
【背景技术】
[0002]IEEE802.1lp协议是面向车载环境制定的传输协议，是目前针对车载系统设计最为成熟的协议。为了支持车载系统中不同类型的传输业务，IEEE802.1lp的MAC层设计了4个具有不同传输优先级的传输队列。该4个传输队列都米用碰撞避免的载波侦听(CSMA/CA)的信道接入机制进行传输信道的竞争。为了保证高优先级业务能够更快获得传输信道，在信道接入机制中采用了如下两种方法:
[0003]I)对于高优先级业务，采用较短的帧间仲裁时间(AISF)和较小的回退窗长最小值(CWmin)和回退窗长最大值(CWmax)。
[0004]2)当一个接入点或车辆(STA)内的不同优先级业务间信道竞争发生拥塞碰撞时，将信道传输机会分配给发生碰撞的最高优先级业务。
[0005]虽然CSMA/CA机制在一定程度上可以缓解不同车辆间的信道碰撞，但是当车辆数增多时，车辆间的信道碰撞概率增大，导致系统的吞吐率严重下降。由于车辆间没有类似于车辆内的不同优先级业务间的碰撞避免机制，单纯依靠CSMA/CA机制不能解决该碰撞问题。因此，需要额外采用拥塞控制方案解决信道碰撞问题，进一步保证高优先级的业务的传输可靠性，提高系统的吞吐率。
[0006]目前，有很多研究提出了基于CSMA/CA机制的拥塞控制方案。具体参见M.Sepulcre 所著的 “Congestion and Awareness Control in Cooperative VehicularSystems”，Proceedings of the IEEE, vol.99, n0.7, pp.1260-1279, Jul.2011,其中总结了现有的基于车车通信的拥塞控制方案，方案主要分为包传输速率控制和包发送功率控制两类:
[0007]I)包传输速率控制，在应用层基于车辆间交互的负载信息，计算出碰撞概率最小化或者系统吞吐量最大化的最优包传输速率。
[0008]2)包发送功率控制，基于车辆检测到的周围车辆数信息，判决出一定碰撞概率下的包发送功率。
[0009]对于目前的包传输速率控制方案，由于在最优化问题中考虑业务优先级计算复杂度很高，所以一般不考虑业务的传输优先级，因此还没有适合于IEEE802.1lp系统的基于业务优先级包传输速率控制下的拥塞控制方案。对于包发送功率控制方案，车辆需要和邻节点交互获取邻节点信息，而在拓扑结构随时变化的车载环境，这种根据车辆交互获取的信息进行功率控制并不可靠，并且增加系统的控制开销。
[0010]针对IEEE802.1lp系统的考虑业务优先级的拥塞控制方案，有研究给出了在MAC层利用调整回退窗长的方法进行拥塞控制，以保证高优先级业务的传输质量，具体参见 Y.Zang 所著的 “Congestion control in wireless networks for vehicularsafety applications，，，in Proc.The 8th European Wireless Conference, 2007,其中主要是通过调整回退窗长减少低优先级业务的信道竞争来保证高优先级业务的传输机会。而在IEEE802.1lp中，高优先级业务相比低优先级业务，具有绝对信道接入优势，在拥塞环境中高优先级业务的传输性能下降主要来源于同等级业务的信道竞争，具体参见C.Han 所著的，“Analytical Study of the IEEE802.1lp MAC Sublayer in VehicularNetworks,^IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems,vol.13,n0.2,pp.873-886，June2012。因此，Y.Zhang方案并不能有效保证高优先级业务的传输。由此，我们可以知道在IEEE802.1lp系统的考虑业务优先级的拥塞控制方案中，需要对高优先级业务也进行相应的信道接入参数调整，才能更好的保证其传输质量。
【发明内容】
[0011]本发明目的在于提供一种针对IEEE802.1lp车载系统的分布式优先级拥塞控制方案，可以有效将业务间的碰撞概率保证在很低的水平，提高系统的吞吐率，保证高优先级业务的传输质量。
[0012]为实现上述目的，本发明设计了一种针对IEEE802.1lp车载系统的分布式优先级拥塞控制方法，其特征在于包括以下步骤:
[0013]每个等级的业务周期性统计其所在队列的包发送状况，包括总需求传输包数、队列中等待传输包数和已经碰撞失败传输包数，根据统计结果表征的业务所处信道拥塞状况，调整该等级业务的信道接入的控制参数一最小回退窗长(CWmin)，以减少业务间的碰撞概率，其中
[0014]I)等级为m的业务所处队列V的信道拥塞状况Cm(V)设计为:
【权利要求】
1.一种针对IEEE802.1lp车载系统的分布式优先级拥塞控制方法，其特征在于包括以下步骤: 每个等级的业务周期性统计其所在队列的包发送状况，包括总需求传输包数、队列中等待传输包数和已经碰撞失败传输包数，根据统计结果表征的业务所处信道拥塞状况，调整该等级业务的最小回退窗长CWmin，即IEEE802.1lp协议中分布式信道接入回退窗长的初始值，以减少业务间的碰撞概率，其中 1)等级为m的业务所处队列V的信道拥塞状况Cm(V)设计为:
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于分布式信道拥塞状况测量，每个等级的业务根据其所在队列的包传输状`况进行信道拥塞状况的测量，不需要车辆间的信息交互。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于为不同等级的业务设置不同的信道拥塞阈值，信道阈值范围为(0，1);业务等级越低，其对应的信道拥塞阈值越低，以保证高优先级业务的传输。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于结合信道拥塞状况和信道拥塞阈值，调整信道接入的最小回退窗长；各个等级业务遵循相同拥塞控制法则。
【文档编号】H04W28/08GK103795646SQ201210431845
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年11月2日 优先权日:2012年11月2日
【发明者】程翔, 沈霞, 焦秉立 申请人:北京大学