[发明专利]一种基于Q学习的车载网MAC协议的实现方法

说明书

本发明公开了一种基于Q学习的车载网MAC协议的实现方法，方法中车辆节点利用Q学习算法，在VANETs(车载自组织网)环境中通过反复试错与环境不断交互学习，根据VANETs环境给予的反馈信号(即奖赏值)，动态地调整竞争窗口(CW)，使节点总能以最佳的CW(即从周围环境中获得的奖赏值最大时所选的CW值)接入信道，最终达到减少数据帧碰撞率和传输时延，提高节点接入信道的公平性的目的。

技术领域

本发明涉及车载自组织网络通信协议中基于Q学习的车载网MAC协议的实现方法，属于物联网技术领域。

背景技术

近年来，随着交通运输行业的迅速发展，汽车数量急剧增加。遍布广泛的汽车为人们日常出行带来方便的同时，也出现了安全和交通拥堵等各种问题。上个世纪80年代，美国加利福尼亚大学首次提出了智能交通系统(ITS)的概念，用以提高交通运输效率、缓解交通拥塞、减少交通事故。智能交通系统和无线通信技术高速发展的今天，车联网应运而生，它是继互联网、物联网之后的另一个未来智慧城市的标志。车联网中，道路车辆和路边基础设施都安装有短程无线收发器，具有无线通信功能，所以可形成一个无线网络，即车载自组织网(即VANET)，VANET是移动自组织网的子类，没有固定的拓扑结构，车辆可通过V2V(即车与车)通信或V2I(即车与路边基础设施)通信获取信息和服务。VANET通过车—车通信和车—路通信实现人—车—路的协同，有效改善了交通安全，提高了交通效率，为用户提供娱乐和Internet接入服务等。

IEEE802.11p是由IEEE802.11标准扩充的主要用于车载通信的通信协议。IEEE802.11p针对车载环境对IEEE802.11的物理层和MAC层的相关参数做了些许调整，因而能更适用于车载环境中的无线通信。IEEE802.11p是WAVE(Wireless Access in theVehicular Environment)协议栈的底层协议，已广泛应用于V2V通信。在任一网络环境中，通信协议栈的重要因素之一就是MAC层，IEEE802.11p MAC协议主要解决的是车辆对信道接入的竞争问题，它决定了某一时刻允许哪一节点接入无线信道。由于节点的高速移动性、通信环境的快速变化性及节点密度和节点分布的多变性等，对VANETs共享无线信道的接入控制极具挑战性。因此，设计高可靠性的MAC协议对VANETs尤为重要。为VANET环境设计MAC协议所面临的挑战主要有：在车辆位置和信道特征不断变化的VANET中，实现既高效又公平的信道接入；对不同密度的交通流具有可扩展性；能满足各种不同的应用需求。