一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法

摘要

本发明涉及一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，车联网中当前车辆节点与邻居车辆节点之间交互信息，所述信息包括信标消息和紧急安全消息，该方法包括以下步骤：1)当前车辆节点维持一个邻居节点列表；2)当前车辆节点以信道利用率、包通过率和平均传输时延为车联网状况的评估标准，得到观测间隔内当前车联网的拥塞程度；3)当前车辆节点根据当前车联网的拥塞程度进行不同车联网状况下的拥塞控制。与现有技术相比，本发明对车载自组织网络中的拥塞程度进行综合评估，同时根据该评估结果进行信标消息的功率和速率联合调整，控制紧急安全消息的发送功率，有效缓解车载自组织网络的拥塞程度。

权利要求

1.一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，车联网中当前车辆节点与邻居车辆节点之间交互信息，所述信息包括信标消息和紧急安全消息，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)当前车辆节点维持一个邻居节点列表，所述邻居节点列表由多条邻居节点信息构成，每条邻居节点信息包括发送该信息的邻居车辆节点的车辆ID号、邻居车辆节点发送该信息时的速度、邻居车辆节点生成消息的时间和当前车辆节点接收信息的时间；

2)当前车辆节点以信道利用率、包通过率和平均传输时延为车联网状况的评估标准，所述车联网状况根据拥塞程度的数值从大到小依次划分为完全拥塞状态、严重拥塞状态、中度拥塞状态和无拥塞状态，当前车辆根据邻居节点列表得到观测间隔内当前车联网的拥塞程度；

3)当前车辆节点根据当前车联网的拥塞程度进行不同车联网状况下的拥塞控制；

所述完全拥塞状态下的拥塞控制为：当前车辆节点停止发送信标消息，并对紧急安全消息的发送功率进行控制；

所述严重拥塞状态下的拥塞控制为：当前车辆节点分别对信标消息的发送速率和发送功率进行控制，同时还对紧急安全消息的发送功率进行控制；

所述中度拥塞状态下的拥塞控制为：当前车辆节点一方面先对信标消息的发送速率进行控制，当信标消息的发送速率减小到信标消息的发送速率最小值且车联网状况为中度拥塞状态时，维持信标消息的发送速率，并开始对信标消息的发送功率进行控制，另一方面还对紧急安全消息的发送功率进行控制；

所述无拥塞状态下的拥塞控制为：当前车辆节点以初始设置的发送速率和发送功率发送消息。

2.根据权利要求1所述的一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，其特征在于，所述消息的基本数据内容包括：车辆ID、优先级、速度、生成该消息的时间和数据信息，所述优先级用于区别信标消息和紧急安全消息。

3.根据权利要求1所述的一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，其特征在于，所述信道利用率满足以下公式：式中，CU表示观测间隔内的信道利用率，OT表示观测间隔，每个观测间隔OT划分成N个时隙OTS，当第i个时隙OTS内信道检测是忙时，bi记为1，否则，bi为0。

4.根据权利要求1所述的一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，其特征在于，所述包通过率满足以下公式：式中，PTR表示观测间隔内的包通过率，OT表示观测间隔，n表示观测间隔OT内节点收到消息的个数，Pkti表示第i个消息的大小，ε表示归一化的网络流量。

5.根据权利要求1所述的一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，其特征在于，所述平均传输时延率满足以下公式：式中，AD表示观测间隔内的平均传输时延，M表示观测间隔OT内邻居节点列表中邻居节点信息的个数，Trec,i表示第i个邻居节点信息中邻居车辆节点生成消息的时间，Tgen,i表示第i个邻居节点信息中当前车辆节点接收信息的时间，ρ表示消息传递时延最短的时间。

6.根据权利要求1所述的一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，其特征在于，所述拥塞程度满足以下公式：CL＝α·CU+β·PTR+γ·AD

α+β+γ＝1

式中，CL表示观测间隔内当前车联网的拥塞程度，CU表示观测间隔内的信道利用率，AD表示观测间隔内的平均传输时延，PTR表示观测间隔内的包通过率，α、β、γ分别对应表示CU、PTR、AD的加权因子。

7.根据权利要求1所述的一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，其特征在于，所述对紧急安全消息的发送功率进行控制的方法包括以下步骤：A：获取观测间隔内实时的紧急安全消息有效距离ER，满足以下公式：

式中，ER2表示与紧急安全消息对应的初始有效距离， 表示观测间隔OT内邻居车辆节点的平均速度，并由邻居节点列表获得，V表示设定的速度标准值，sgn(·)表示符号函数，e表示自然底数；

B：通过查找紧急安全信息的传输距离所对应的发送功率表，根据ER得到匹配的功率值作为当前紧急安全消息的发送功率。

8.根据权利要求1所述的一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，其特征在于，所述对信标消息的发送速率进行控制的方法包括以下步骤：a：获取观测间隔内车流量密度指数K，满足以下公式：

式中，λ表示预设的车辆节点灵敏度归一化参数，Q表示预设的交通运输网络的服务质量，参数fs与交通流和车辆移动速度有关，fs∈[0,1]，且随着交通流从自由流到拥塞流变化，fs逐渐增加；

b：获取下一个观测间隔内信标消息的发送速率，满足以下公式：

式中，RBEA(i)表示第i个观测间隔OT内信标消息的发送速率，RBEA(i+1)表示第(i+1)个观测间隔OT内信标消息的发送速率，δ是权衡拥塞程度CL与车流量密度指数K的权重因子，δ∈[0,1]，RBEAmin表示信标消息的发送速率最小值。

9.根据权利要求1所述的一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，其特征在于，所述对信标消息的发送功率进行控制的方法为：根据信标消息发送功率调整公式获取下一个观测间隔内信标消息的发送功率，信标消息发送功率调整公式如下：式中，PBEA(i)表示第i个观测间隔OT内信标消息的发送功率，PBEA(i+1)表示第(i+1)个观测间隔OT内信标消息的发送功率，Pmin为信标消息允许的最小发送功率。

10.根据权利要求1所述的一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，其特征在于，当前车联网状况划分为完全拥塞状态的条件为：观测间隔内当前车联网的拥塞程度CL满足CL≥90％；

当前车联网状况划分为严重拥塞状态的条件为：观测间隔内当前车联网的拥塞程度CL满足90％>CL≥60％；

当前车联网状况划分为中度拥塞状态的条件为：观测间隔内当前车联网的拥塞程度CL满足60％>CL≥30％；

当前车联网状况划分为无拥塞状态的条件为：观测间隔内当前车联网的拥塞程度CL满足CL＜30％。

说明书

一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种通信技术领域，尤其是涉及一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法。

背景技术

[0002] 随着经济社会的发展，车辆已成为人们日常生活不可缺少的工具。然而，车辆在为人们出行带来便捷的同时也带来了一定的安全隐患。为了保证交通安全，车联网技术VANET(Vehicle Ad hoc Networks)应运而生。VANET是利用先进传感技术、网络技术、计算技术、控制技术、智能技术，对道路和交通进行全面感知，使得车辆之间及车辆与路边设施之间保持高可靠性低时延数据传输的专门控制网络。

[0003] VANET中行车安全通过在控制信道上交互广播信息来实现，其中有两种安全相关信息：

[0004] 一是信标消息，包括车辆位置、速度以及方向，车辆交换信标消息以提高彼此的辨识度和获得对周围环境的感知，并据此做出正确的行车决策；

[0005] 另外一种消息是紧急安全消息，用于发送紧急刹车、交通事故等涉及生命财产安全的消息。

[0006] 配备车载设备的车辆很多并且要发送大量数据时，会造成信道上负载过重，即出现拥塞的现象。当网络发生拥塞时，不论紧急安全消息还是信标消息都会因为无线信道资源处于拥挤状态而不能及时可靠地发送出去，这对于驾驶员和车辆而言危害极大甚至是致命的。

[0007] 目前，在控制信标消息产生的信道拥塞方面，主要有三个步骤：1、监测网络的状况，2、对拥塞状况进行探测，将拥塞信息传送到相关的协议层，3、调节网络的参数，以缓解拥塞状况。其中，探测拥塞发生和调节网络参数是难点，下面从两个方面分别说明：

[0008] 1、为了衡量网络的状况，研究者提出了一些度量参数，如信道忙碌比、车流量密度、信道负载等。通过对这些参数进行实时的检测，探测网络是否发生拥塞，再应用能够控制某些参数的拥塞控制机制，车辆间通过相互协作尽量避免或者缓解信道的拥塞状况。但是，传统的拥塞探测机制多为单一层的检测，若只对单一的指标进行监测来判断网络是否发生拥塞有比较大的偶然性，从而造成拥塞控制不必要或者不及时。

[0009] 2、不同的拥塞控制机制的调整参数不同，但是从根本上说主要有三个参数：Beacon的发送速率、Beacon的发送功率以及竞争窗口的大小。通过降低信标消息的发送速率，减小其发送速率，或者增大竞争窗口，使得接入信道的节点数更少，减小网络的负载，缓解网络的拥塞程度。但是单一的对这些参数进行控制，往往会造成调整速率过慢，网络的拥塞状况无法快速有效的缓解，影响紧急安全消息的及时传输；而对于采用这些参数的联合调整策略，目前的研究多为统一的调整，而忽略网络的拥塞程度，这样会导致拥塞控制不灵活，造成信道资源利用率不高或者调节太慢。

发明内容

[0010] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，主要涉及车辆自组织网络中信标消息和紧急安全消息的拥塞控制机制，对车载自组织网络中的拥塞程度进行综合评估，同时根据该评估结果进行信标消息的功率和速率联合调整，控制紧急安全消息的发送功率，有效缓解车载自组织网络的拥塞程度。

[0011] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

[0012] 一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，车联网中当前车辆节点与邻居车辆节点之间交互信息，所述信息包括信标消息和紧急安全消息，该方法包括以下步骤：

[0013] 1)当前车辆节点维持一个邻居节点列表，所述邻居节点列表由多条邻居节点信息构成，每条邻居节点信息包括发送该信息的邻居车辆节点的车辆ID号、邻居车辆节点发送该信息时的速度、邻居车辆节点生成消息的时间和当前车辆节点接收信息的时间；

[0014] 2)当前车辆节点以物理层的信道利用率、MAC层的平均传输时延和应用层的包通过率为车联网状况的评估标准，所述车联网状况根据拥塞程度的数值从大到小依次划分为完全拥塞状态、严重拥塞状态、中度拥塞状态和无拥塞状态，当前车辆根据邻居节点列表得到观测间隔内当前车联网的拥塞程度；

[0015] 3)当前车辆节点根据当前车联网的拥塞程度进行不同车联网状况下的拥塞控制；

[0016] 所述完全拥塞状态下的拥塞控制为：当前车辆节点停止发送信标消息，并对紧急安全消息的发送功率进行控制；

[0017] 所述严重拥塞状态下的拥塞控制为：当前车辆节点分别对信标消息的发送速率和发送功率进行控制，同时还对紧急安全消息的发送功率进行控制；

[0018] 所述中度拥塞状态下的拥塞控制为：当前车辆节点一方面先对信标消息的发送速率进行控制，当信标消息的发送速率减小到信标消息的发送速率最小值且车联网状况为中度拥塞状态时，维持信标消息的发送速率，并开始对信标消息的发送功率进行控制，另一方面还对紧急安全消息的发送功率进行控制；

[0019] 所述无拥塞状态下的拥塞控制为：当前车辆节点以初始设置的发送速率和发送功率发送消息。

[0020] 所述消息的基本数据内容包括：车辆ID、优先级、速度、生成该消息的时间和数据信息，所述优先级用于区别信标消息和紧急安全消息。

[0021] 所述信道利用率满足以下公式：

[0022]

[0023]

[0024] 式中，CU表示观测间隔内的信道利用率，OT表示观测间隔，每个观测间隔OT划分成N个时隙OTS，当第i个时隙OTS内信道检测是忙时，bi记为1，否则，bi为0。

[0025] 所述包通过率满足以下公式：

[0026]

[0027] 式中，PTR表示观测间隔内的包通过率，OT表示观测间隔，n表示观测间隔OT内节点收到消息的个数，Pkti表示第i个消息的大小，ε表示归一化的网络流量。

[0028] 所述平均传输时延满足以下公式：

[0029]

[0030] 式中，AD表示观测间隔内的平均传输时延，M表示观测间隔OT内邻居节点列表中邻居节点信息的个数，Trec,i表示第i个邻居节点信息中邻居车辆节点生成消息的时间，Tgen,i表示第i个邻居节点信息中当前车辆节点接收信息的时间，ρ表示消息传递时延最短的时间。

[0031] 所述拥塞程度满足以下公式：

[0032] CL＝α·CU+β·PTR+γ·AD

[0033] α+β+γ＝1

[0034] 式中，CL表示观测间隔内当前车联网的拥塞程度，CU表示观测间隔内的信道利用率，AD表示观测间隔内的平均传输时延，PTR表示观测间隔内的包通过率，α、β、γ分别对应表示CU、PTR、AD的加权因子。

[0035] 所述对紧急安全消息的发送功率进行控制的方法包括以下步骤：

[0036] A：获取观测间隔内实时的紧急安全消息有效距离ER，满足以下公式：

[0037]

[0038] 式中，ER2表示与紧急安全消息对应的初始有效距离，V表示观测间隔OT内邻居车辆节点的平均速度，并由邻居节点列表获得，V表示设定的速度标准值，sgn(·)表示符号函数，e表示自然底数。

[0039] B：通过查找紧急安全信息的传输距离所对应的发送功率表，根据ER得到匹配的功率值作为当前紧急安全消息的发送功率。

[0040] 所述对信标消息的发送速率进行控制的方法包括以下步骤：

[0041] a：获取观测间隔内车流量密度指数K，满足以下公式：

[0042]

[0043] 式中，λ表示预设的车辆节点灵敏度归一化参数，Q表示预设的交通运输网络的服务质量，参数fs与交通流和车辆移动速度有关，fs∈[0,1]，且随着交通流从自由流到拥塞流变化，fs逐渐增加；

[0044] b：获取下一个观测间隔内信标消息的发送速率，满足以下公式：

[0045]

[0046] 式中，RBEA(i)表示第i个观测间隔OT内信标消息的发送速率，RBEA(i+1)表示第(i+1)个观测间隔OT内信标消息的发送速率，δ是权衡拥塞程度CL与车流量密度指数K的权重因子，δ∈[0,1]，RBEAmin表示信标消息的发送速率最小值。

[0047] 所述对信标消息的发送功率进行控制的方法为：根据信标消息发送功率调整公式获取下一个观测间隔内信标消息的发送功率，信标消息发送功率调整公式如下：

[0048]

[0049] 式中，PBEA(i)表示第i个观测间隔OT内信标消息的发送功率，PBEA(i+1)表示第(i+1)个观测间隔OT内信标消息的发送功率，Pmin为信标消息允许的最小发送功率。

[0050] 当前车联网状况划分为完全拥塞状态的条件为：观测间隔内当前车联网的拥塞程度CL满足CL≥90％；

[0051] 当前车联网状况划分为严重拥塞状态的条件为：观测间隔内当前车联网的拥塞程度CL满足90％>CL≥60％；

[0052] 当前车联网状况划分为中度拥塞状态的条件为：观测间隔内当前车联网的拥塞程度CL满足60％>CL≥30％；

[0053] 当前车联网状况划分为无拥塞状态的条件为：观测间隔内当前车联网的拥塞程度CL满足CL＜30％。

[0054] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0055] 1、本发明针对VANET中CCH信道资源有限，当高速公路场景或者城市道路上车辆密度过于集中，容易导致网络发生严重拥塞，造成紧急安全消息无法可靠传输，给交通安全带来隐患的情况，在探测结果差异化的基础上，实现基于功率和速率联合调整的拥塞控制，对网络的拥塞程度进行比较全面的度量，有效减轻网络的拥塞程度，特别是网络拥塞程度非常大时可尽快缓解该状况，可靠性较高，成本相对较低。

[0056] 2、本发明提供了一种VANET中的拥塞探测度量方法，相比于传统的拥塞探测机制多为单一层的检测从而具有较大的偶然性，该方法借鉴跨层的思想，从物理层、MAC层及应用层获取不同的信息，包括信道利用率、包通过率和平均传输时延，对VANET的拥塞状况进行全面的评估，得出网络的拥塞程度，为接下来的拥塞调整做出精确的判断，使得基于全面评估结构的拥塞控制效果好；

[0057] 3、本发明将VANET的拥塞程度量化，分为不同的拥塞程度，包括完全拥塞状态、严重拥塞状态、中度拥塞状态和无拥塞状态，针对不同的拥塞程度进行不同的拥塞控制，比统一进行拥塞控制能更高效的缓解网络拥塞程度或者利用信道资源；

[0058] 4、本发明采用功率和速率的联合调整机制，比单一的功率和单一的速率调整能快有效的缓解网络的拥塞程度，同时考虑到了信标消息的最小发送功率和最小发送速率，从而使得车辆对周围的感知能力保持在可接受的水平，保证车辆相关应用的正常运行；

[0059] 5、对于紧急安全消息，本发明将紧急安全消息的发送功率调整为有效距离匹配对应的发送功率，避免功率过大造成额外的网络开销，或者功率过小无法将其传递给所需车辆而造成安全隐患。

附图说明

[0060] 图1为本发明方法流程示意图。

具体实施方式

[0061] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0062] 一种基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法，应用于车辆节点构成的车联网中，车辆节点上设置有车载终端，车辆终端包括GPS模块与DSRC无线通信模块，GPS模块获取本车的实时位置及速度信息，DSRC模块用于车辆间的通信，本车打开车载终端后，当前车辆节点与邻居车辆节点之间交互信息，信息包括信标消息和紧急安全消息，信标消息和紧急安全消息的基本数据帧格式如表1所示：

[0063] 表1

[0064]车辆ID 优先级 位置信息 速度及加速度 生成时间 Data

[0065] 其中，车辆ID为车辆节点的唯一标识符；优先级表示该消息为信标消息或者紧急安全消息，分别为1和2；位置信息为消息产生时车辆的地理位置，即经纬度；速度及加速度为车辆的速度信息；生成时间为该消息产生时的时间；Data表示消息中数据信息。

[0066] 如图1所示，基于功率和速率联合调整的车联网拥塞控制方法包括以下步骤：

[0067] 1)当前车辆节点维持一个邻居节点列表，邻居节点列表由多条邻居节点信息构成，每条邻居节点信息根据邻居车辆节点接收发送的信息生成，包括发送该信息的邻居车辆节点的车辆ID号、位置信息、邻居车辆节点发送该信息时的速度及加速度、邻居车辆节点生成消息的时间和当前车辆节点接收信息的时间等基本信息，邻居节点列表中一条邻居节点信息如表2所示：

[0068] 表2

[0069]车辆ID 位置信息 速度及加速度 生成时间 接收时间

[0070] 其中，车辆ID：代表当前该条信息的发送车辆，每个车辆对应着唯一的一个ID号；

[0071] 位置信息：代表当信息产生时，发送车辆的位置坐标，包括经纬度坐标；

[0072] 速度及加速度：发送车辆在发送时刻时的瞬间速度及瞬时加速度；

[0073] 生成时间：记录消息产生的时刻，邻居节点列表中，永远维护着当前车辆收到的最新消息；

[0074] 接收时间：本车接收到该信标消息的时刻。

[0075] 2)每个车辆节点不断的广播消息，当前车辆节点通过接收到的消息，对物理层的信道利用率CU、MAC层的平均传输时延AD以及应用层的包通过率PTR实时计算，得到网络当前的拥塞程度CL值。具体步骤如下：

[0076] 21：首先计算信道利用率CU

[0077] 将观测间隔OT划分成若干个时隙OTS，在每个OTS运行CCA(Clear Channel Assessment，空闲信道评估)机制。在某个时隙OTS内，若物理层监测到信道上的能量大于CCA给定的阈值，则认为信道忙；反之，则信道闲。通过对观测间隔OT内每个观测时隙OTS的结果进行统计平均，得到信道利用率CU，其中，当第i个小时隙OTS内信道检测是忙时，bi记为1，否则，bi为0，N为观测间隔OT内时隙OTS的个数且N取整数。由于CCA方法是车辆通信网络现存协议，因而通过CCA来评估信道利用率，就不需要车辆对硬件设备进行改造。则观测间隔内的信道利用率CU满足以下公式：

[0078]

[0079]

[0080] 22：计算包通过率PTR

[0081] 观测间隔内的包通过率PTR计算表达如下：

[0082]

[0083] 式中，n表示观测间隔OT内当前车辆节点收到广播消息的个数，Pkti表示第i个接收到广播消息的大小，单位为比特，ε表示归一化的网络流量，取参考值3Mbit/s。

[0084] 23：计算平均传输时延AD

[0085] 观测间隔内的平均传输时延AD的计算公式为：

[0086]

[0087] 式中，M表示观测间隔OT内邻居节点列表中邻居节点信息的个数，Trec,i表示第i个邻居节点信息中邻居车辆节点生成消息的时间，Tgen,i表示第i个邻居节点信息中当前车辆节点接收信息的时间，ρ表示消息传递时延最短的时间，取ρ＝9ms。

[0088] 24：则观测间隔内当前车联网的拥塞程度CL为：

[0089] CL＝α·CU+β·PTR+γ·AD

[0090] 式中，α、β、γ分别对应表示CU、PTR、AD这三个参数的加权因子，且α+β+γ＝1。

[0091] 当前车辆节点计算得到网络的拥塞程度CL后，根据CL的值从大到小依次将网络划分为四种不同的拥塞状况，分别进行不同的拥塞控制。CL与拥塞状况对应关系如下：

[0092] CL≥90％，称此时网络为完全拥塞(CC，Complete Congestion)状态，表明此时信道中处于完全的拥塞状况；

[0093] 90％>CL≥60％，称此时网络为严重拥塞(SC，Sever Congestion)状态；

[0094] 60％>CL≥30％，称此时网络为中度拥塞(MC，Moderate Congestion)状态；

[0095] CL＜30％，称此时网络为无拥塞(CF，Congestion Free)状态。

[0096] 3)由于信标消息通过基于802.11p协议的DSRC无线通信模块，采用单跳广播周期性的方式进行发送与接收，其产生的网络负载主要占用了大部分的信道资源，而紧急安全消息是在紧急情况下产生的，所以本发明主要对信标消息的发送功率和发送速率及紧急安全消息的发送功率进行调整。当前车辆节点根据步骤2)获得的当前车联网的拥塞程度，进行不同车联网状况下的拥塞控制，具体如下：

[0097] 31：完全拥塞状态下的拥塞控制：

[0098] 为了尽快缓解拥塞状况，此时当前车辆节点仅发送紧急安全消息外，不发送信标消息，并对紧急安全消息的发送功率进行控制；

[0099] 32：严重拥塞状态下的拥塞控制：

[0100] 当前车辆节点分别对信标消息的发送速率和发送功率进行控制，同时还对紧急安全消息的发送功率进行控制；

[0101] 33：中度拥塞状态下的拥塞控制：

[0102] 当前车辆节点一方面先对信标消息的发送速率进行控制，当信标消息的发送速率减小到信标消息的发送速率最小值RBEAmin且车联网状况为中度拥塞状态时，维持信标消息的发送速率，并开始对信标消息的发送功率进行控制，另一方面还对紧急安全消息的发送功率进行控制；

[0103] 34：无拥塞状态下的拥塞控制：

[0104] 当前车辆节点以初始设置的发送速率和发送功率发送消息，不进行调整，只需实时对网络状况进行探测，达到拥塞控制的目的。

[0105] 其中，上述步骤31-33中，当前车辆节点发生紧急状况时在应用层产生相应的紧急安全消息，对紧急安全消息的发送功率进行控制的方法包括以下步骤：

[0106] A：获取观测间隔内实时的紧急安全消息有效距离ER，满足以下公式：

[0107]

[0108] 式中，ER2表示欧标中设定的与紧急安全消息对应的初始有效距离，并由邻居节点列表获得，V表示设定的速度标准值，即初始有效距离对应的车速，可以参考道路限速来进行设定，sgn(·)表示符号函数，e表示自然底数， 表示观测间隔OT内本车周围邻居车辆节点的平均速度，其计算公式如下：

[0109]

[0110] 式中，k为某时刻邻居节点列表中一跳范围内车辆的数目，即观测间隔内邻居节点列表中邻居节点消息的个数，vj为第j个邻居节点消息的车辆速度。

[0111] B：通过查找紧急安全信息的传输距离所对应的发送功率表，根据ER得到匹配的功率值作为当前紧急安全消息的发送功率，紧急安全信息的传输距离所对应的发送功率表如表3所示：

[0112] 表3

[0113]传播距离(m) 发送功率(dBm)
0-9 -20
10-49 -12
50-100 -5
100-125 -3
126-149 1
150-209 4
210-299 6
300-349 10
350-379 12
380-449 14
450-549 17
550-649 20
650-749 24
750-849 27
850-929 29
930-970 31
971-1000 32

[0114] 上述步骤32、33中，对信标消息的发送速率进行控制(简称RCM)的方法包括以下步骤：

[0115] a：获取观测间隔内车流量密度指数K，满足以下公式：

[0116]

[0117] 式中，λ表示预设的车辆节点灵敏度归一化参数，λ≈0.027，Q表示预设的交通运输网络的服务质量，Q≈0，参数fs与交通流和车辆移动速度有关，fs∈[0,1]，且随着交通流从自由流到拥塞流变化，fs逐渐增加；

[0118] b：利用信标消息发送速率调整机制公式获取下一个观测间隔内信标消息的发送速率，信标消息发送速率调整机制公式如下：

[0119]

[0120] 式中，RBEA(i)表示第i个观测间隔OT内信标消息的发送速率，RBEA(i+1)表示第(i+1)个观测间隔OT内信标消息的发送速率，δ是权衡拥塞程度CL与车流量密度指数K的权重因子，δ∈[0,1]，因为信标消息的发送速率有最小值限制，所以信标消息发送速率调整机制公式更新为：

[0121]

[0122] 式中，RBEAmin表示信标消息的发送速率最小值，当信标消息的发送速率减小为最小值后就维持该最小值不变。

[0123] 上述步骤32、33中，对信标消息的发送功率进行控制(简称PCM)的方法为：根据信标消息发送功率调整公式获取下一个观测间隔内信标消息的发送功率，信标消息发送功率调整公式如下：

[0124]

[0125] 式中，PBEA(i)表示第i个观测间隔OT内信标消息的发送功率，PBEA(i+1)表示第(i+1)个观测间隔OT内信标消息的发送功率，Pmin为信标消息允许的最小发送功率。

[0126] 以车辆节点A的车联网拥塞控制为例，车辆节点A最初以一定的功率和速率周期性的发送信标消息，记录下此时车辆节点A发送信标消息的速率为RBEA(0)和发送功率PBEA(0)，则拥塞控制过程为(为说明实施方式，下面计算中先预设了一些场景数值，这些数值均可以通过实车通过车载终端获取，同时利用相关硬件实现空闲信道评估，预设数组仅作为说明实施例使用)：

[0127] (1)打开车载终端，通过GPS模块与DSRC无线通信模块，车辆节点A与周围邻居车辆节点交换消息，车辆通过消息维持一个邻居节点列表，假设此时车辆节点A维护的邻居节点列表中有30个邻居节点消息。

[0128] (2)利用邻居节点列表，通过对车联网进行探测得到网络当前的拥塞程度CL值。

[0129] ①首先计算信道利用率CU

[0130] 假设观测间隔OT为50ms，时隙OTS为2ms，有19个时隙OTS内CCA评估为信道忙，利用公式 得到此时的信道利用率CU为0.76。

[0131] ②计算包通过率PTR

[0132] 假设此时收到的总的数据量为2.46Mbit/s，利用公式 得到此时的包通过率PTR为0.82。

[0133] ③计算平均传输时延AD

[0134] 假设此时通过对邻居节点列表中每个邻居节点消息对应的生成时间和接收时间计算出平均传输时延为34ms，则根据公式 得到平均传输时延

[0135] ④计算网络的拥塞程度CL

[0136] 假设α、β、γ均为1/3，则对应的拥塞程度CL＝(0.76+0.82+0.74)/3＝77.3％，判断此时网络为严重拥塞。

[0137] (3)通过拥塞探测判断此时网络为严重拥塞状态，车辆节点A一方面进行信标消息的发送功率和信标消息的发送速率联合调整，即计算出当前的车流量密度指数K，利用信标消息发送速率调整机制公式计算出下一个观测间隔内的信标消息发送速率，当信标消息的发送速率减小为最小值后就维持该最小值，同时利用信标消息发送功率机制公式计算出下一个观测间隔内的信标消息发送功率；另一方面对紧急安全消息的发送功率进行控制。

[0138] 假设参数fs取0.9，λ≈0.027，Q≈0，根据公式 得到车流量密度K＝0.213；

[0139] RBEA(0)表示当前OT内车辆节点A发送信标消息的发送速率，RBEA(1)为下一个OT内车辆节点A发送信标消息的发送速率，δ取0.6，则

[0140] RBEA(1)＝min(0.578RBEA(0),RBEAmin)

[0141] PBEA(0)表示当前OT内车辆节点A发送信标消息的发送功率，PBEA(1)表示下一个OT内车辆节点A发送信标消息的发送功率，则

[0142]

[0143] 当车辆节点A发生紧急事故，如紧急刹车，应用层产生相关的紧急安全消息，并标记其优先级为2，初始有效距离ER2为200m，对应的速度标准值V为80KM/h。假设通过对车辆节点的邻居节点列表中的邻居节点车速进行计算得到此时A附近车辆的平均速度则实时有效距离为：

[0144]

[0145] 查找表3，找到匹配的功率值为14dBm，则此时紧急安全消息的发送功率为14dBm。

[0146] (4)车辆节点A在下一个观测间隔OT内重复步骤(1)(2)，同时根据不同的拥塞程度，选择不同的拥塞控制方法。

[0147] 综上，本发明提供了一直全新的基于车车之间的通信对网络的拥塞状况进行探测的方法，能够实时、准确的对网络的拥塞程度进行评估，提高了拥塞探测的准确性，同时，本发明还提供了基于功率和速率联合调整的方式，能快速降低网络负载，有效缓解网络的拥塞状况，提高了紧急安全消息广播的可靠性，从而减小因网络过于拥塞导致紧急安全消息无法发送造成的安全隐患，在VANET中的拥塞探测及拥塞控制方面具有重要意义。