協(xié)同車(chē)輛安全系統(tǒng)自適應(yīng)信道擁塞控制研究.pdf

1、協(xié)同車(chē)輛安全系統(tǒng)是車(chē)聯(lián)網(wǎng)最重要也是最具有挑戰(zhàn)性的一種應(yīng)用。車(chē)輛追蹤性能是協(xié)同安全系統(tǒng)的基礎(chǔ)，協(xié)同安全系統(tǒng)主要依賴IEEE802.11p周期性廣播車(chē)輛狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛間移動(dòng)軌跡的追蹤。然而，車(chē)聯(lián)網(wǎng)中，車(chē)輛移動(dòng)環(huán)境影響網(wǎng)絡(luò)性能，在高車(chē)輛密度情形下，IEEE802.11p信道產(chǎn)生擁塞，通信性能下降，而通信性能下降反過(guò)來(lái)直接導(dǎo)致車(chē)輛移動(dòng)軌跡追蹤精度下降。車(chē)輛移動(dòng)物理動(dòng)態(tài)性和通信過(guò)程之間緊耦合的關(guān)系，要求必須建立自適應(yīng)于車(chē)輛移動(dòng)環(huán)境的信道擁塞控

2、制策略，充分公平使用信道帶寬資源，保證不同車(chē)輛密度情形下車(chē)輛準(zhǔn)確追蹤性能。本文以建立車(chē)輛移動(dòng)環(huán)境與IEEE802.11p交互模型和信道訪問(wèn)控制協(xié)議為目標(biāo)，分別從以下幾個(gè)問(wèn)題展開(kāi)研究:
　　(1)目前的信道擁塞控制策略是在信道發(fā)生擁塞之后或者車(chē)輛密度變化之后才對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，這就需要一定的時(shí)間，從擁塞的信道狀態(tài)恢復(fù)至正常的信道狀態(tài)，無(wú)法滿足車(chē)輛追蹤實(shí)時(shí)性需求。為了保證動(dòng)態(tài)車(chē)輛密度環(huán)境下車(chē)輛間實(shí)時(shí)追蹤，基于模型預(yù)測(cè)控制方法，提出了

3、一種自適應(yīng)于車(chē)輛密度的功率主動(dòng)控制策略。首先，建立了動(dòng)態(tài)車(chē)輛密度與信息分發(fā)速率交互模型，基于該模型，將一個(gè)時(shí)域內(nèi)的功率控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)非線性優(yōu)化問(wèn)題，并設(shè)計(jì)了一個(gè)分布式功率迭代算法;然后，在一個(gè)時(shí)域優(yōu)化問(wèn)題的基礎(chǔ)上，針對(duì)車(chē)輛密度變化的時(shí)變性，提出了基于車(chē)輛密度估計(jì)和滾動(dòng)優(yōu)化的功率自適應(yīng)控制算法，該算法主動(dòng)引導(dǎo)IEEE802.11p在不同車(chē)輛密度情形下達(dá)到期望的信息分發(fā)速率性能，并實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的車(chē)輛追蹤。
　　(2)車(chē)聯(lián)網(wǎng)中最近鄰居車(chē)

4、輛具有較高的碰撞危險(xiǎn)系數(shù)，應(yīng)該賦予最近鄰居車(chē)輛較高的數(shù)據(jù)包發(fā)送優(yōu)先權(quán)。然而，傳統(tǒng)的信道擁塞控制方法不能保證不同車(chē)輛密度情形下最近鄰居車(chē)輛的追蹤精度需求。為了充分利用信道資源，且維持最近鄰居車(chē)輛追蹤精度，提出了一個(gè)自適應(yīng)于車(chē)輛追蹤精度需求的功率反饋控制框架。在該框架下，首先，設(shè)計(jì)了一個(gè)描述車(chē)輛密度、數(shù)據(jù)包成功接收概率和車(chē)輛追蹤精度之間交互關(guān)系的參考模型，該參考模型基于期望的車(chē)輛追蹤精度需求，獲取期望的數(shù)據(jù)包成功接收概率，作為功率自適應(yīng)控制

5、過(guò)程的一個(gè)參考點(diǎn);然后，設(shè)計(jì)了一個(gè)功率控制器，該控制器基于期望的數(shù)據(jù)包成功接收概率和實(shí)際的數(shù)據(jù)包成功接收概率之間的偏差，產(chǎn)生實(shí)時(shí)的功率控制序列，維持動(dòng)態(tài)車(chē)輛密度和外界干擾影響下可接受的車(chē)輛追蹤精度。
　　(3)目前公平信道資源分配策略基于最大最小化方法實(shí)現(xiàn)，該方法沒(méi)有考慮資源分配的效率問(wèn)題，不能保證每個(gè)車(chē)輛的追蹤精度最優(yōu)。為了保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)公平的信道資源訪問(wèn)機(jī)會(huì)，且實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的車(chē)輛追蹤，提出了描述車(chē)輛追蹤精度與接收節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包成功接收速

6、率之間交互關(guān)系的效用函數(shù);基于車(chē)輛追蹤精度效用函數(shù)，利用博弈論方法，設(shè)計(jì)了一個(gè)帶有懲罰函數(shù)的競(jìng)爭(zhēng)窗口調(diào)整博弈模型，給出了博弈模型納什均衡點(diǎn)引導(dǎo)算法，該算法能夠使得信道訪問(wèn)機(jī)會(huì)比較大的節(jié)點(diǎn)受到其它鄰居節(jié)點(diǎn)的懲罰，從而引導(dǎo)所有節(jié)點(diǎn)達(dá)到相同的信道訪問(wèn)概率;為了實(shí)現(xiàn)帕累托最優(yōu)，設(shè)計(jì)了一個(gè)分布式競(jìng)爭(zhēng)窗口調(diào)整算法，該算法通過(guò)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)間交互競(jìng)爭(zhēng)窗口信息，引導(dǎo)每個(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)帕累托納什均衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間相同的信道訪問(wèn)機(jī)會(huì)且保證準(zhǔn)確的車(chē)輛追蹤。
　　

7、(4)目前信道擁塞控制策略假設(shè)數(shù)據(jù)包的丟失主要由于信道中多個(gè)節(jié)點(diǎn)并發(fā)發(fā)送數(shù)據(jù)包產(chǎn)生的碰撞造成。然而，由于隱藏終端的存在，并不是所有成功發(fā)送的數(shù)據(jù)包都能被周?chē)従庸?jié)點(diǎn)成功接收。目前的信道擁塞控制策略沒(méi)有考慮隱藏終端的影響。針對(duì)上述背景，基于比例-積分-微分控制方法，提出了一個(gè)自適應(yīng)于車(chē)輛密度與隱藏終端數(shù)量的動(dòng)態(tài)反饋功率控制策略。首先，建立了動(dòng)態(tài)車(chē)輛密度和隱藏終端影響下的信息分發(fā)速率模型，基于該模型，給出了能夠預(yù)測(cè)不同車(chē)輛密度情形下期望信息