車載自組織網(wǎng)絡(luò)中，主要通過廣播的方式傳送信息。然而，由于車載自組織網(wǎng)絡(luò)的高速移動性和不利的無線環(huán)境，要有效地把信息廣播給其他的車輛是一個很大的挑戰(zhàn)。首先，因為在MAC(Medium Access Control)層沒有確認機制應(yīng)用于廣播信息，所以由分組碰撞和不利的信道條件導(dǎo)致的信息丟失不容易被檢測到。由于大多數(shù)的信息是至關(guān)重要的，應(yīng)被盡可能快地傳送給其他車輛,然而,傳統(tǒng)的廣播機制沒有確認機制從而不適用于車間信息傳送。其次,在網(wǎng)絡(luò)里無有效的廣播控制，多跳冗余信息就會在節(jié)點之間相互傳送,這就導(dǎo)致了廣播風(fēng)暴,顯著降低網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

    參考文獻[1]提出了將節(jié)點通信范圍進行分區(qū)的方法，源節(jié)點通過判斷自己通信范圍內(nèi)節(jié)點發(fā)送占用信息時間的長短來確定各個節(jié)點的位置，解決了中繼節(jié)點的選擇問題，但是并沒有解決延時和并行碰撞的問題。參考文獻[2]針對參考文獻[1]的缺陷進行了改進，該方法通過分區(qū)的方式找到距離源節(jié)點最遠的相同區(qū)域內(nèi)的節(jié)點，為相同區(qū)域內(nèi)的節(jié)點設(shè)置不同的退避窗口值以減少并行碰撞，降低延時。參考文獻[3]提出為數(shù)據(jù)包設(shè)置不同優(yōu)先級的方法，緊急信息擁有較高優(yōu)先級，而服務(wù)信息擁有較低優(yōu)先級；DIFS(Distributed Inter-Frame Space)被分為很多微時隙，當緊急信息與服務(wù)信息退避窗口值一樣時，緊急信息監(jiān)聽一個微時隙，而服務(wù)信息監(jiān)聽一個DIFS, 這樣就保證了緊急信息能夠優(yōu)先接入信道，減少碰撞。然而，當節(jié)點接收到緊急信息以后就會抑制其他信息的發(fā)送，倘若緊急信息由于系統(tǒng)的一些固有缺陷一直發(fā)送不出去，那么節(jié)點的緩存隊列長度就會一直增加，當隊列長度大于節(jié)點緩存器的最大值時，某些數(shù)據(jù)包就會被丟掉，若數(shù)據(jù)包的等待時間過長，就容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的生命周期超時，也會引起數(shù)據(jù)包的丟失，進而降低整個系統(tǒng)的接收率和吞吐量，還會引起系統(tǒng)延時過大。
    本文針對參考文獻[3]的問題，結(jié)合微時隙減少碰撞的機制，提出了一種基于緩存隊列長度BQLP(Buffer Queue Length Protocol)的廣播協(xié)議。與參考文獻[3]的面向接收者ROBP(Receiver-oriented Broadcast Protocol)的廣播協(xié)議相比，該協(xié)議能夠較好地提高數(shù)據(jù)包接收率并降低延時和丟包率。
1 系統(tǒng)模型
    通過許多假設(shè)來建立一個合理的易于處理的模型來描述方案的性能。假定建筑在高速路上的基于802.11的無線自組織網(wǎng)絡(luò)廣播被簡化為一維的移動自組織網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示，它包含了一系列在一條線上的隨機的相同的移動站。一維網(wǎng)絡(luò)模型是高速路上自組織網(wǎng)絡(luò)的一個很好的近似。
    車載自組織網(wǎng)絡(luò)在以下場景中工作：
　    (1)在網(wǎng)絡(luò)密度為π的環(huán)境下，節(jié)點依據(jù)泊松過程排在一條線上，即在一條長為l的道路上節(jié)點被發(fā)現(xiàn)的概率P(i,l)由式(1)給出:
  
    (2)所有的節(jié)點都有相同的傳送范圍/接收范圍，范圍用R表示。因此，在源節(jié)點傳輸范圍內(nèi)同一條線上的節(jié)點的平均數(shù)是Ntr=2?茁R。
    (3)所有節(jié)點有相同的載波監(jiān)聽范圍Lcs， R≤Lcs≤2R,且假設(shè)節(jié)點與節(jié)點之間的距離大于R時，一個節(jié)點的傳送不會影響其他節(jié)點接收其他的廣播信息。因此，將源節(jié)點放在原點，如圖1所示，倘若源節(jié)點在它的監(jiān)聽范圍內(nèi){x|x∈[-Lcs,Lcs]}監(jiān)聽到來自任何一個節(jié)點的傳播，源節(jié)點在此刻就不會發(fā)送任何信息。
    (4)在每個節(jié)點處，信息包的到達率滿足參數(shù)為λ的泊松分布。
　(5)在這個模型中不考慮節(jié)點移動性對性能的影響。事實上，在參考文獻[4]和[5]中已經(jīng)證明車輛的高速移動性對具有高數(shù)據(jù)傳輸率(≥12 Mb/s)的廣播網(wǎng)絡(luò)的性能影響很小。
2 協(xié)議描述
2.1基于緩存隊列長度的廣播協(xié)議
    在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中,為了減少數(shù)據(jù)包的碰撞概率，提高數(shù)據(jù)包的接收率，常常將數(shù)據(jù)包分為緊急數(shù)據(jù)包和服務(wù)數(shù)據(jù)包,為緊急數(shù)據(jù)包分配較小的退避窗口值，確保緊急數(shù)據(jù)包優(yōu)先發(fā)送。當節(jié)點接收到緊急數(shù)據(jù)包以后就會抑制其他數(shù)據(jù)包的發(fā)送，只有當節(jié)點接收到的緊急數(shù)據(jù)包發(fā)送出去以后，其他數(shù)據(jù)包才有可能被發(fā)送出去。然而當節(jié)點密度較大時，大量的數(shù)據(jù)包就會積壓在節(jié)點的緩存器中，這就導(dǎo)致了緩存器中隊列長度過長，從而增加了時延和丟包率。
    針對上述問題，本文提出一種基于緩存隊列長度的廣播協(xié)議。該協(xié)議的思想是：緩存隊列的長度越長，發(fā)送信息的優(yōu)先級就越高；緩存隊列的長度越短，發(fā)送信息的優(yōu)先級就越低。當節(jié)點接收到緊急信息以后，該協(xié)議會判斷節(jié)點緩存器中數(shù)據(jù)包隊列長度是否大于緩存器的最大值，若是，則會提高該節(jié)點發(fā)送信息的優(yōu)先級，優(yōu)先將信息發(fā)送出去。
    假設(shè)每個節(jié)點的緩存器長度最大值都為Kmax,節(jié)點的實際緩存隊列長度為K，則基于緩存隊列長度的優(yōu)先級表達式為:
  
其中，C是指節(jié)點發(fā)送信息的優(yōu)先級，C越大表明節(jié)點發(fā)送信息的優(yōu)先級就越高，信息就優(yōu)先發(fā)送出去。盡管接收到緊急信息的節(jié)點會抑制其他信息的發(fā)送，但是，該機制根據(jù)實際緩存隊列的長度調(diào)整節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級，減少了因?qū)嶋H緩存隊列長度大于緩存隊列長度最大值而造成的丟包，同時也減少了因數(shù)據(jù)包生命周期超時而造成的丟包，進而降低了系統(tǒng)的丟包率，提高了數(shù)據(jù)包的接收率和節(jié)點接收率。通過調(diào)整節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級，降低了數(shù)據(jù)包的隊列延時和接入延時，數(shù)據(jù)包的傳播延時是固定的，由此可知，數(shù)據(jù)包傳送的總延時就降低了。
2.2 利用微時隙減少碰撞的機制
    基于緩存隊列長度的廣播協(xié)議有效地降低了數(shù)據(jù)包的丟包率，減小了數(shù)據(jù)包接收延時。為了進一步提高協(xié)議的可靠性，本文還采用了利用微時隙減少碰撞的機制。該機制沒有采用參考文獻[6]和參考文獻[7]利用不同的退避窗口尺寸減少碰撞的方法，而是采用了一種新的優(yōu)先權(quán)設(shè)置機制來區(qū)分不同信息的級別，并結(jié)合微時隙來減少并行傳輸導(dǎo)致的碰撞。該優(yōu)先權(quán)設(shè)置機制將非零退避窗口值分配給服務(wù)信息，零退避窗口值分配給緊急信息。若節(jié)點密度較大，則緊急信息和服務(wù)信息由于有相同的零退避計數(shù)值會導(dǎo)致碰撞。為了給攜帶緊急信息的節(jié)點優(yōu)先分配信道，將DIFS分成許多長度為lm的微時隙，分配一個短暫的等待時間tm(lm≤tm≤DIFS)給攜帶緊急信息的節(jié)點。然而，攜帶服務(wù)信息的節(jié)點在發(fā)送之前必須等待一個DIFS時隙，這樣就保證緊急信息一旦準備發(fā)送就能立即得到信道。采用DIFS微時隙機制減少了由于并行傳輸導(dǎo)致碰撞的可能，有效地保證了緊急信息能夠優(yōu)先地發(fā)送出去。應(yīng)用參考文獻[8]微時隙的概念，微時隙的長度lm和個數(shù)wm由式(3)和式(4)計算出來：
    

  的影響，數(shù)據(jù)包的接收率會隨之降低，當節(jié)點數(shù)大于220時，BQLP協(xié)議的數(shù)據(jù)包接收率明顯優(yōu)于ROBP協(xié)議的數(shù)據(jù)包接收率。

    圖4比較了ROBP協(xié)議和BQLP協(xié)議的節(jié)點接收率。從圖中可以看出，BQLP協(xié)議的節(jié)點接收率高于ROBP協(xié)議的節(jié)點接收率。隨著節(jié)點數(shù)目的增加，節(jié)點接收率會有所降低，BQLP協(xié)議的節(jié)點接收率變化較平穩(wěn)，而ROBP協(xié)議的節(jié)點接收率在節(jié)點數(shù)大于200時有惡化趨勢。節(jié)點密度較大時，大量數(shù)據(jù)包將積聚在節(jié)點緩存器中容易導(dǎo)致隊列長度過長,增加丟包率,進而降低節(jié)點接收率。

    圖5比較了ROBP協(xié)議和BQLP協(xié)議的服務(wù)信息傳輸時延。從圖中可以看出，BQLP協(xié)議的傳輸時延低于ROBP協(xié)議的傳輸時延。這是因為BQLP協(xié)議根據(jù)緩存隊列長度調(diào)整節(jié)點發(fā)送優(yōu)先級，減小了數(shù)據(jù)包排隊延時。隨著節(jié)點數(shù)的增加，傳輸延時有所上升，然而平均延時（<1 ms）仍然很小，對服務(wù)信息來說這個時延大小在可以接受的范圍內(nèi)。

    ROBP協(xié)議將信息分為緊急信息和服務(wù)信息，保證了緊急信息的各個參數(shù)指標的優(yōu)越性。本文在此基礎(chǔ)之上提出一種基于緩存隊列長度優(yōu)先發(fā)送的廣播協(xié)議，本協(xié)議在保證緊急信息發(fā)送性能優(yōu)越的基礎(chǔ)之上，提升了服務(wù)數(shù)據(jù)包的接收率，降低了服務(wù)數(shù)據(jù)包發(fā)送時延。在未來的工作中，將致力于把協(xié)議應(yīng)用于更復(fù)雜的移動場景(如二維場景)。
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