一种基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法

本发明属于车联网领域，具体涉及一种基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法。

背景技术：

1、近几年，随着移动互联网、物联网和传感器技术的迅速发展，车联网(internet ofvehicles，iov)技术成为推动未来智慧交通发展的关键驱动力之一。车联网是传统车载自组织网络(vehicular adhoc network，vanet)的演变，实现了人、车、路、环境的智能交互。车联网由采集层、传输层和服务层三部分组成，对时延和吞吐量要求很高。根据应用场景将车联网的业务划分为交通控制、信息服务以及驾驶安全保障三大类，这三类在网络带宽、连接性能、时延以及网络部署方面有着不同要求，特别是动态地图、ar导航等信息类服务对时延要求较高，在处理庞大的交通数据时会面临严峻的传输时延问题。车联网因其高速移动性、无线信道的广播特性及极高通信需求等的影响，在传输时极易发生中断和高误码率等情况，使车载环境下拥塞发生的概率增高，急剧恶化网络性能。因此，拥塞问题成为影响车联网数据传输性能最重要的因素之一，如何解决车联网的拥塞控制是一个值得研究的热点问题。

2、现有技术中，车联网的拥塞控制算法主要分为两类，一类是分析车联网分组丢失的原因后在传输层利用tcp进行端到端的拥塞控制；另一类是针对数据传输的信道在数据链路层实现逐跳方式的拥塞控制。无论哪类方法均是针对单一某层改进的拥塞方案。其次，车联网中邻居节点具有共享信道的特性，通信链路受外界环境影响较大，每一条链路传输速率的大小依赖于邻居链路的传输情况，调整传输速率则会涉及到发送速率和功率等问题。分属网络的物理层、mac层和传输层等多个不同层次，而在传统分层方式下，各层信息难以快速共享，导致时延较高。

3、综上，车联的动态特性使车联网网络拓扑及信道环境变化迅速、网络带宽稀缺，此外，大部分车联网的拥塞控制策略均为针对某一确定层的控制，并没有结合车联网实际通信状况和业务需求实现跨层联合拥塞控制，导致网络业务的高时延，从而难以满足难以满足大规模车辆用户多样化的业务需求，在车联网中表现的性能往往不理想。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、一种基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法，包括：

3、基于链路负载情况调整链路传输速率以得到调整速率；

4、获取当前信道的最小竞争窗口和单个数据包平均传输时间；

5、基于马尔科夫链从所述最小竞争窗口中选择任一整数作为退避值以基于所述退避值控制数据包发送状态；

6、基于所述调整速率和单个数据包平均传输时间计算数据包成功发送的概率，当所述数据包成功发送的概率大于预设阈值时，将所述数据包标记为发送成功。

7、在一个具体实施方式中，基于链路负载情况调整链路传输速率以得到调整速率，包括：

8、当侦测到链路有数据包到达时，计算链路队列长度；

9、判断所述链路队列长度未超过预设门限值时，计算调整因子，以根据所述调整因子调整链路传输速率以得到调整速率；

10、更新队列长度，以根据更新的队列长度迭代得到调整速率。

11、在一个具体实施方式中，根据所述调整因子调整链路传输速率以得到调整速率，包括：

12、当判断所述调整因子非零时，计算每一条链路的传输功率；

13、根据链路的传输功率计算源节点到目的节点的数据流传输速率以得到调整速率。

14、在一个具体实施方式中，调整因子为：

15、其中，γ表示的队列的期望利用率，si(t)表示链路i的最大传输速率，表示上游一跳链路传输速率之和，ln表示。

16、在一个具体实施方式中，每一条链路的传输功率为：

17、其中，wa为数据流权重，为每条链路的长度之和。

18、在一个具体实施方式中，调整速率为：

19、qi(t)表示链路i的队列长度，si(t)表示链路i的最大传输速率。

20、在一个具体实施方式中，更新队列长度为：

21、其中，表示的是所有使用链路的数据流的速率总和，si(t)是链路的最大传输速率，lei(t)表示拥塞因子。

22、在一个具体实施方式中，数据包成功发送的概率为：pa＝2rρτ·e-2rρ，其中，r表示节点的传输半径，ρ表示车辆密度，τ表示任意时刻数据的发送概率。

23、在一个具体实施方式中，任意时刻数据的发送概率为：

24、其中，β表示信道繁忙的概率，w表示最小竞争窗口，v表示调整速率，tv传输一个数据包的时间；信道繁忙的概率为：β＝1-e-2rρτ。

25、本发明的有益效果：

26、本发明的基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法通过对信道资源进行分配控制，并采用基于马尔科夫链的信道退避机制实现信道共享，避免信道拥塞；利用网络资源分配效用函数控制发送速率，减少注入网络的数据量，防止丢包；根据调整因子和数据流的优先级对传输功率大小的控制来改变链路的传输速率，避免网络拥塞的发生。

27、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法，其特征在于，基于链路负载情况调整链路传输速率以得到调整速率，包括：

3.根据权利要求2所述的基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法，其特征在于，根据所述调整因子调整链路传输速率以得到调整速率，包括：

4.根据权利要求3所述的基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法，其特征在于，调整速率为：qi(t)表示链路i的队列长度，si(t)表示链路i的最大传输速率。

7.根据权利要求2所述的基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法，其特征在于，更新队列长度为：

8.根据权利要求1所述的基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于跨层感知的车联网联合拥塞控制方法，包括：基于链路负载情况调整链路传输速率以得到调整速率；获取当前信道的最小竞争窗口和单个数据包平均传输时间；基于马尔科夫链从所述最小竞争窗口中选择任一整数作为退避值以基于所述退避值控制数据包发送状态；基于所述调整速率和单个数据包平均传输时间计算数据包成功发送的概率，当所述数据包成功发送的概率大于预设阈值时，将所述数据包标记为发送成功。本发明利用网络资源分配效用函数控制发送速率，减少注入网络的数据量，防止丢包；根据调整因子和数据流的优先级对传输功率大小的控制来改变链路的传输速率，避免网络拥塞的发生。

技术研发人员：王辉,洪波,赵渊,强乐
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16