[发明专利]一种交通路口处基于802.11p的实时车队通信性能分析方法

说明书

本发明提供一种交通路口处基于802.11p的实时车队通信性能分析方法，其可以准确描述非稳态过程的通信实时变化过程，且计算方法复杂度式中，模型简单合理，可以有效的降低交通路口处的交通事故发生频率。本发明的技术方案中，首先构建交通信号灯控制下的多车道十字路口场景中的网络通信模型，然后设计了多车队在道路交叉口处的移动模型，接着将802.11p EDCA机制下的马尔可夫退避过程转化为Z域中的线性系统计算平均通信性能，最后利用Fluid‑Flow（流体流动）模型获得802.11p实时性能分析方法。

技术领域

本发明涉及车用无线通信技术领域，具体为一种交通路口处基于802.11p的实时车队通信性能分析方法。

背景技术

现代的交通控制中，车辆自组织网络(VANET)作为智能交通系统(ITS)中最重要的应用之一，正在向车辆互联网(IoV)演进，以满足自动驾驶汽车对道路安全和服务质量(QoS)的需求。

在IoV中，自动驾驶汽车通常以车队的形式行驶；在车队策略中，头车在道路上行驶，几名成员车辆在同一车道上一个接一个地跟随头车行驶。如图1所示，头车1(LeaderVehicle)由人驾驶，并控制整个车队的驾驶策略，包括速度，加速度，车队内间距以及车队外间距等；成员车辆2(Member vehicles)以自动驾驶模式跟随头车。为使车队可以作为一个整体移动，车队需保证其行驶过程中的线性稳定性。自动驾驶汽车通过V2V通信所提供的应用(例如:车道变更警报、碰撞警告、紧急制动)交换信息以保证线性稳定性，因此通常采用IEEE 802.11p协议以确保V2V通信的及时性和可靠性。

IEEE 802.11p协议采用增强分布式信道接入(Enhanced Distributed ChannelAccess，以下简称：EDCA)机制来确保低延迟的数据传输。当站点尝试接入信道时，EDCA机制规定了四个访问类别(Access Category，以下简称AC)分别对应四个不同的数据优先级来发送数据。考虑到道路安全性和服务质量，所有类别的数据都必须在IEEE 802.11p标准规定的100ms内成功发送。特别是在发生交通事故时，为了避免发生更多的事故，必须尽快将相关的安全信息发送到所有周围的车辆。因此，与单播相比，V2V通信通常采用广播机制，因为其具有网络设备简单，部署成本低和网络维护容易的优点。

然而在实际应用中，当多个车队从不同方向经过交通路口时，由于交通信号灯的变化和车队的运动特性(包括转弯、加速和减速)，队内和队外间距将发生巨大变化，从而导致车辆之间的实时通信连接性也随之发生变化。通信连接性的变化将导致目标车辆的暴露终端和隐藏终端数量发生变化，因此实时IEEE802.11p性能将发生巨大变化。例如，当前时刻目标车辆的通信延迟小于100ms，但是在下一时刻，车辆之间的连通性改变，并且暴露车辆的数量的增加，进而导致不能在100ms内将数据广播到所有暴露的车辆，而这可能会导致交通事故的发生。

现有技术中，尽管已有很多针对V2V通信的IEEE 802.11p性能的研究，但是因为实时性能的变化是一个非稳态过程，通信网络拓扑剧烈变化，实时通信性能受到影响复杂多变，而IEEE 802.11p性能分析中广泛采用的传统马尔可夫模型只能描述稳态情况，很难描述状态在不同时刻之间的变化，导致信息难以完整及时地传递，进而会导致在交通路口处的交通事故发生频率变高。

发明内容

为了现有的技术中的面向V2V通信的IEEE 802.11p性能研究方法，不能针对非稳态过程的实时通信性能进行研究，不能准确描述车队的实时通信状态，进而不能确保车队在交通路口完整及时的传递数据的问题，本发明提供一种交通路口处基于802.11p的实时车队通信性能分析方法，其可以准确描述非稳态过程的通信实时变化过程，且计算方法复杂度式中，模型简单合理，可以有效的降低交通路口处的交通事故发生频率。

本发明的技术方案是这样的：一种交通路口处基于802.11p的实时车队通信性能分析方法，其包括以下步骤：

S1：构建网络通信模型；