一种基于位移趋向与IEEE802.11p的VANET信道接入方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于位移趋向与IEEE802.1lp的VANET信道接入方法。
【背景技术】
[0002]VANET(Vehicular Ad hoc Networks)是运行在道路交通环境中，以车辆与路边接入点为通信节点，支持汽车交通信息交互的特殊移动自组织网络，也称为车联网。VANET的通信主要包括以下两种结构模式:车辆节点与车辆节点之间通信(V2V，Vehicle toVehicle)和车辆节点与路边基础设施的通信(V2I，Vehicle to Infrastructure)的方式。VANET在路况信息采集、地理位置信息导航、安全信息的有效扩散等方面起到了及其重要的作用，它通过改善交通效率，避免交通事故发生，为交通体系提供了便捷与安全的双重保障。VANET是一种新兴的技术，在提升汽车道路交通系统的可靠性、可控性、交通效率等方面意义重大。处于VANET环境下的节点单元通过短距无线通信技术(Dedicated ShortRange Communicat1ns,DSRC)在车辆节点间自组织建立移动通信网络；而车辆节点进入路边进入节点通信范围时也会按需与路边接入节点进行相关通信，与车辆通信的路边接入点可存储与转发车辆信息并能作为接口与外网连接。通过这样的自组网络，车辆间可直接传递所需信息，也可通过车间转发或路边接入点转发来进行超出直接通信距离的车辆节点间通信，从而实现车辆间信息交互并与外部网络进行互联的功能与目的。
[0003]车辆节点运动在交通环境下，有其自身独特特点。现阶段交通理论之一为交通流理论，该理论萌芽于20世纪30年代，起初是应用概率论分析交通流量和车速的关系。从40年代起，交通流理论在运筹学和计算技术等学科发展的基础上，获得新的进展，概率论方法、流体力学方法和动力学方法都分别应用于交通流的研究。交通流理论三要素包括:交通量、速度、密度。交通流理论能有效的描述车辆节点运动特性由于VANET通信的特殊环境和节点特性，VANET的信道接入一直都面临着各种困难:
[0004]面对多用户的无线网络中，如何有效分配利用通信信道，即保证个体需求又保证整个系统的性能的是重点研究问题。这也正是MAC层媒体访问控制所实现的功能。IEEE802.1lp标准中MAC层采取了在标准802.1le中提出的增强型分布式信道访问机制(Enhanced Distributed Channel Access，EDCA)。这种机制是为在原 IEEE 802.11 标准上实现针对不同优先级业务流的服务质量的支持而引入的机制。通过对不同类型消息实现不同接入优先级，来调节不同消息的接入，确保服务质量。而IEEE 802.1lp对IEEE 802.1le在这做出的直观修改也仅仅是参数上的修改，并没有结合车联网本身的交通移动特性。所以说EDCA机制作为IEEE 802.1lp的重要组成部分有着良好的可挖掘性。目前对于IEEE802.1lp协议技术中，对节点交通移动特性对MAC层协议的性能影响并没有展开全面的讨论，尤其是在V2V单播方面缺乏通过联系车辆的移动特性来进一步提高性能的研究讨论。
[0005]图10中有四个移动节点:车辆A、车辆B、车辆C、车辆D。在该模型中，在同一时间车辆A欲向车C发送数据，而车辆B欲向车辆D发送数据进行通信。通过观察上图可以看出车辆A与车辆B位置关系为相互远离，而车辆B与车辆D的关系为相互靠近，他们之间有着不同的位移趋向。因为在城市道路环境中车辆有着跟车特性，同区域同向车辆节点速度差值一般不会很大，这也就造成了在相近的相对速度下，车辆A与车辆C之间距离超出节点发送范围时，车辆B与车辆D仍然有足够的距离与时间来通信，也就造成了车辆B与车辆D能拥有富余的条件来完成通信或提前完成通信，而车辆A与车辆C很可能由于时间与信道条件的的不足造成丢包。而且由于无线信道特性的决定，距离越远通信条件越恶劣。如若传输相同的数据包，车辆B与车辆D之间的通信凭借更长的时间与更优的通信条件当然要更可靠更高效。一个有效的MAC层协议应该给车辆A与车辆C更高的优先级，使其能在驶出节点数据传输范围之前能够完成之间必要的通信。这便是由于车辆节点的交通移动特性(如位移趋向分别)而引发的信道访问的公平性问题。而由于通信条件总体的不足，劣势的车辆节点有效通信的效果降低，进而引发整个通信系统性能的下降。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明所要解决的技术问题是:提供一种结合位移趋向和IEEE802.1lp的VANET信道接入方法，此方法解决了当前VANET通信的低效率、低公平性，高丢包率、高时延这些问题，并且可以根据通信节点位移趋向，有针对性的选择仲裁帧间间隔，对不同位移趋向做出服务区分，来提高公平性、提升吞吐量、减少时延。
[0007]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为提供一种基于位移趋向与IEEE802.1lp的VANET信道接入方法，包括以下步骤:
[0008]A、收到数据包后记录消息节点与自身距离，判断该消息节点在有效时间I；内是否有上一次距离记录，若无距离记录则视为初次通信应保留原增强型分布式信道访问机制E:DCA参数，若有则进入本算法下一步；
[0009]B、比较新的车辆节点的记录距离与上次同一目标节点的记录距离以判断位移趋向，并确定其位移趋向类型；
[0010]C、根据不同的位移趋势类型更新自身相应的VIFSN值，等待车辆节点向消息节点发送信息时应用该值得出自身的仲裁帧间间隔VIFS，参与信道竞争；VIFS(车联网帧间间隔)的计算公式如下:
[0011 ] VIFS[DT][AC] = VIFSN[DT]XaSlotTime+AIFSN[AC]XaSlotTime+SIFS
[0012]其中:AIFSN表示仲裁帧间间隔时隙值，VIFSNVANET Inter-frame Spacing)表示车联网帧间间隔时隙数，SIFS表示短帧间间隔，DT Displacement Trend)表示不同的位移趋向。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述步骤B中判断位移趋向采取位移趋向判断准贝1J，所述位移趋向判断准则包括:根据车辆节点的新旧距离的比较结果并采用比较对象Dfc—来比较车辆节点A最近一次接到车辆节点B的消息时获得的距离D _与上次接到车辆节点B的消息时获得的距离D-的大小。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述步骤B中位移趋向的类别包括五种，A、位置距离较远且运动趋向为远离；B、位置距离较近且位移趋向为远离；C、位置距离较近且位移趋向为靠近；D、位置距离较远且位移趋向为靠近；E、位移趋向相对静止。
[0015]作为本发明的进一步改进，设参量AD来表示新旧距离的比较结果，AD表达式如下式:
[0016]AD = Dnew-Dold
[0017]作为本发明的进一步改进，所述比较对象D—肩选定为车辆节点通信距离的一半。
[0018]作为本发明的进一步改进，所述车辆节点是在V2V单播场景下，车辆节点A意欲向车辆节点B发送消息，在车辆节点A欲发送消息的时刻向过去设定一个时间区间?；，其作用为判断节点记录的距离数据是否有效，车辆节点A所记录的车辆距离数据在Te时间后由于数据丧失时效性会自动失效。
[0019]本发明的有益效果是:本发明提出了一个结合位移趋向和IEEE802.1lp的信道接入技术，其可以有效结合当前的交通动态特性进行服务区分通信。基于位移趋向的车联网服务区分机制VEDCA通过对不同位移趋向类型的节点进行分析，对他们提供了不同的接入服务，使其拥有不同的接入信道优先级，使原本通信成功可能性低的节点的到更多机会，提升其通信成功的可能性。从整体上优化了资源的分配，提升了系统的公平性，而通过此举降低了丢包率，进而提升了系统的吞吐量。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的结构示意图车联网中EDCA的默认参数图；
[0021]图2是本发明的位移趋向分类图；
[0022]图3是本发明的车辆道路行驶中V2V单播情况下通信两车的距离情况图；
[0023]图4是本发明的位移趋向判断准则图；
[0024]图5是本发明的不同位移趋向所对应不同的VIFS值；
[0025]图6是本发明的VEDCA与原IEEE 802.1lp EDCA在公平性上的比较图；
[0026]图7是本发明的VEDCA与EDCA在端到端平均时延上的对比图；
[0027]图8是本发明的VEDCA与EDCA在丢包率上的对比图；
[0028]图9是本发明的VEDCA与EDCA在平均吞吐量上的对比图；
[0029]图10是本发明的不同位移趋向车辆间通信的不公平行图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合【附图说明】及【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0031]为了解决车辆节点在V2V通信方式下接入信道公平性的问题，针对于VANET(车联网)中车辆节点的交通移动特性，本申请我提出一种基于位移趋向的服务区分算法VEDCA (VANET Enhanced Distributed Channel Access),该算法中每个车辆节点通过判断自身与目标节点的位移趋向来选择不同的帧间间隔而使其拥有不同的访问信道的优先级，通过优化服务区分机制有效改善通信过程中丢包和公平性的问题并合理分配资源，从而达到优化网络提升性能的目的。
[0032]IEEE 802.1lp标准中，根据不同的接入类型消息分为四种:AC_V0语音(Voice)、AC_VI 视频(Video)、AC_BE尽最大努力交付(Best Effort)、AC_BK背景信息(Background)。为支持不同的优先接入级别，发送数据包前所需要的持续信道空闲时间由选择的仲裁帧间间隔AIFS (Arbitrat1n Inter Frame Space)代替原有的定值DIFS。AIFS的重要构成部分为仲裁帧间间隔时隙值(AIFSN)以及短帧间间隔SIFS。对于固定类别的消息AIFS值是不变的，图2为车联网中EDCA的默认参数。AIFS值的计算公式如下所示:
[0033]AIFS[AC] = AIFSN[AC]XaSlotTime+SIFS
[0034]VEDCA算法