一種智慧交通中無線鏈路資源管理方法技術

本發(fā)明專利技術涉及一種智慧交通中無線鏈路資源管理方法，從兩個方面來對智慧道路的工作機制進行創(chuàng)新。一個是通過帶寬估測算法來實現(xiàn)無線節(jié)點直接的公平性，從節(jié)點與節(jié)點之間的公平性問題進行創(chuàng)新，避免有些節(jié)點獲取較多的帶寬，而有些節(jié)點得不到帶寬，一直處于饑餓的狀態(tài)；另一個是通過資源預留模型來實現(xiàn)不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)的服務區(qū)分，從不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)的區(qū)分服務上進行創(chuàng)新，讓優(yōu)先級較高的數(shù)據(jù)流能夠以更快的速度發(fā)送出去。在保證公平的前提下又能實現(xiàn)整體吞吐量的提高。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種計算機網(wǎng)絡技術，特別涉及一種智慧交通中無線鏈路資源管理方 法。
技術介紹
近年來交通擁堵問題越來越得到全世界的廣泛關注，為此，智慧道路 (IntelligentRoad,簡稱iRoad)的建設理念應運而生，為改善交通提供了一個解決問題 的方向和手段。例如監(jiān)控系統(tǒng)可以將交通路口的實時視頻信號和交通數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偪刂剖?是一項很好的控制手段，但是如果將該措施應用到每個交通路口，無疑開銷是巨大的，因為 需要開挖路面，鋪設電纜等。所以，低成本的無線解決方案更加誘人。可以利用現(xiàn)有的無線 技術定制無線設備（稱為智慧節(jié)點，也稱iNode)安裝于各個交通路口的信號燈處（易于接 入電源），彼此之間通過無線鏈路完成通信。 iRoad系統(tǒng)可以承載各種應用，例如之前提到的視頻監(jiān)控，可以通過若干節(jié)點的轉(zhuǎn) 發(fā)將視頻信號送達控制室；每個iNode還可以通過傳感器收集街道交通信息，并匯總到中 央服務器，形成一個實時的交通圖；iNode還可以改進交通信號燈的工作，即每個節(jié)點收集 各自路口的交通情況并彼此之間交換信息，來改善交通燈的工作狀態(tài)。iRoad本身也是一個 普適性的無線網(wǎng)絡，可以應用于商業(yè)服務平臺。駕駛者可以通過最近的iNode來查詢附近 沿街服務，例如附近有哪些旅館，酒吧，餐館等，甚至可以查看顧客評分，具體菜系等。為了 能支撐以上應用，需要對無線帶寬資源進行綜合管理。由于無線帶寬受到物理條件的限制， 所以如何合理高效的利用有限的帶寬資源是智慧道路建設所面臨的一個難題。其中一個重 點就是如何為各種應用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流設定不同的優(yōu)先級。例如鄰近交通燈之間的通信具有 最高的優(yōu)先級，因為它的誤操作會導致威脅生命的后果。對事故現(xiàn)場的監(jiān)控視頻信號也具 有較高的優(yōu)先級，而一些實時交通圖信號，就近服務信號等可以分配給較低的優(yōu)先級。不同 優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流競爭相同的帶寬，對它們進行區(qū)分服務就成為了必然。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術是針對如何合理高效的利用有限的帶寬資源進行智慧道路管理的問題，提 出了，從兩個方面來對智慧道路的工作機制進行創(chuàng) 新。一個是從節(jié)點與節(jié)點之間的公平性問題進行創(chuàng)新，避免有些節(jié)點獲取較多的帶寬，而有 些節(jié)點得不到帶寬，一直處于饑餓的狀態(tài)；另一個是從不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)的區(qū)分服務上進行 創(chuàng)新，讓優(yōu)先級較高的數(shù)據(jù)流能夠以更快的速度發(fā)送出去。在保證公平的前提下又能實現(xiàn) 整體吞吐量的提高。 本專利技術的技術方案為：，包括兩部分，第一 部分是通過帶寬估測算法來實現(xiàn)無線節(jié)點直接的公平性，第二部分是通過資源預留模型來 實現(xiàn)不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)的服務區(qū)分， 第一部分的帶寬估測算法具體為：定義Wi代表站點i的實際吞吐量，Li代表站點 i的負載，巾i代表站點i預先分配到的權重分配系數(shù)，為滿足一個公平的Mac層協(xié)議， 當所有站點的負載之和明顯低于信道容量時，每個站點的傳輸要求都應該得到滿 足，即對于每個站點有Wi=Li; 當站點的負載之和超過信道容量時，每個站點首先，依據(jù)站點的權重分配系數(shù)按 比例分配到帶寬，然后，站點通過接收到的數(shù)據(jù)包種類來計算傳輸時間從而估算出本站點 的吞吐量以及其他競爭站點的吞吐量，再調(diào)整競爭窗口； 第二部分中資源預留機制的實現(xiàn)分兩步，第一步鏈路層模型為不同數(shù)據(jù)流分配優(yōu) 先級大小P1，利用調(diào)度算法對各個優(yōu)先級的隊列Q1取出對應的數(shù)據(jù)包放入發(fā)送隊列；第二 步則是當節(jié)點競爭到信道以后根據(jù)優(yōu)先級大小發(fā)送對應個數(shù)的數(shù)據(jù)包，維護一個計數(shù)器用 來記錄當前需要發(fā)送的某優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的個數(shù)Ci，并根據(jù)第一個待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級 對計數(shù)器進行初始化，然后估算出發(fā)送Ci個數(shù)據(jù)包需要的時間Tdd，并賦值給Duration字 段，其他站點根據(jù)Duration字段來設定NAV的值，以保證站點A連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包的過程中 不會受到其他站點的干擾。 所述依據(jù)站點的權重分配系數(shù)按比例分配到帶寬：根據(jù)站點的重要程度為其分配 權重系數(shù)，權重分配系數(shù)分配的原則是在站點所處彼此競爭無線信道資源的范圍內(nèi)根據(jù)其 地理位置的重要性進行分配，地理位置中對于交通樞紐地段分配的系數(shù)越高，系數(shù)大小根 據(jù)統(tǒng)計結(jié)果進行修正；根據(jù)公平性原則，每個站點所獲得的帶寬除于它所分配到的權重系 數(shù)后的值是相等的。 所述競爭窗口的調(diào)整： 估算的公平指數(shù)為FIe=Ei/Eo,其中Ei表示對站點i自身占用帶寬的估算，Eo表示對其他站點占用帶寬的估算，設定常數(shù)常量C= 1. 01，當FIe的值大于C的值，說明本 節(jié)點的占用的帶寬大于其他節(jié)點，調(diào)整競爭窗口的值為原來的兩倍，降低節(jié)點的信道競爭 能力；當FIe的值在1/Nv和C之間，則維持競爭窗口的大小不變，參數(shù)Nv表示當前的競爭 節(jié)點數(shù)；當FIe的值小于1/Nv，則說明本節(jié)點的吞吐量明顯低于其他節(jié)點，將本節(jié)點的競爭 窗口減半，以加強對信道的競爭能力。C值通過大量實驗統(tǒng)計出最優(yōu)值為1. 01.如果公平指數(shù)大于C的值，說明本節(jié)點的 占用的帶寬大于其他節(jié)點，調(diào)整競爭窗口的值為原來的兩倍，降低節(jié)點的信道競爭能力。如 果FIe的值在1/Nv和C之間，則維持競爭窗口的大小不變。當FIe的值小于1/Nv，則說明 本節(jié)點的吞吐量明顯低于其他節(jié)點，將本節(jié)點的競爭窗口減半，以加強對信道的競爭能力。 參數(shù)Nv表示當前的競爭節(jié)點數(shù)，區(qū)間值（l/Nv，C)也能夠根據(jù)競爭節(jié)點數(shù)動態(tài)的變化，算法 的準確度也得到了有效的提高。所以C值的選取很重要，選的小了，競爭窗口的調(diào)節(jié)頻率會 變得很大，導致算法工作很不穩(wěn)定，如果C的值選的大了，競爭窗口又趨于不變。算法能夠 根據(jù)競爭節(jié)點數(shù)及時的調(diào)整競爭窗口，更加合理的分配帶寬，保證了公平性。 所述利用調(diào)度算法對各個優(yōu)先級的隊列取出對應的數(shù)據(jù)包放入發(fā)送隊列，具體步 驟： 首先從優(yōu)先級最高的隊列Qni開始遍歷，即以隊列Qni為首個當前發(fā)送隊列，對當前 發(fā)送隊列Q1，定義一個變量Ci表示將要從該隊列取出的數(shù)據(jù)包的個數(shù)，Ci的初始值大小為 隊列Q1對應的優(yōu)先級大小Pi，每次從隊列取一個數(shù)據(jù)包，Ci就減1，一直到Ci的值為0時， 則將狀態(tài)標量Si變?yōu)?,Si初始值為1，表示本輪調(diào)度該隊列的數(shù)據(jù)包已經(jīng)發(fā)送結(jié)束，繼續(xù) 選擇下一個隊列Q1i作為當前隊列，每選取一個數(shù)據(jù)包，就將C1i的值減1，一直到C1i的值 為〇,再繼續(xù)選擇下一個優(yōu)先級隊列，一直到隊列仏的C1= 〇,即所有隊列的狀態(tài)標量Si= 〇，表示該輪遍歷結(jié)束；最后將所有隊列的狀態(tài)標量Si恢復初始值，開始新一輪的遍歷； 如果某隊列在Ci的值變?yōu)?之前就無數(shù)據(jù)包了，則先跳過該隊列，繼續(xù)發(fā)送下一 個低優(yōu)先級的隊列Q1 1; 當隊列Q1i的分組都發(fā)送結(jié)束后，偵測下Qi是否有分組到來，如果有則進行Q 送，如果還是沒有分組到來，則認為在短時間內(nèi)，該隊列不會有新的分組到來，為了保證其 他隊列的分組可以及時發(fā)出，先將該隊列標記為已經(jīng)發(fā)送完畢，即S1= 0隨之繼續(xù)下一隊 列的發(fā)送。 本專利技術的有益效果在于：本專利技術智慧交通中無線鏈路資源管理方法，合理分配節(jié) 點所得帶寬，在此基礎上進行優(yōu)先級數(shù)據(jù)的區(qū)分服務，在保證公平的前提下又能實現(xiàn)整體 吞吐量的提尚。【附圖說明】 圖1為本專利技術資源預留的流程示意圖； 圖2為本專利技術路層模型示意圖； 圖3為本專利技術MAC幀說明示意圖； 圖4為本專利技術資源預留的實例示意圖。【具體實施方式】 本專利技術提出本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種智慧交通中無線鏈路資源管理方法，其特征在于，包括兩部分，第一部分是通過帶寬估測算法來實現(xiàn)無線節(jié)點直接的公平性，第二部分是通過資源預留模型來實現(xiàn)不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)的服務區(qū)分，第一部分的帶寬估測算法具體為：定義Wi?代表站點i的實際吞吐量，Li代表站點i的負載，φi代表站點i預先分配到的權重分配系數(shù)，為滿足一個公平的Mac層協(xié)議，當所有站點的負載之和明顯低于信道容量時，每個站點的傳輸要求都應該得到滿足，即對于每個站點有?Wi=Li；當站點的負載之和超過信道容量時，每個站點首先，依據(jù)站點的權重分配系數(shù)按比例分配到帶寬，然后，站點通過接收到的數(shù)據(jù)包種類來計算傳輸時間從而估算出本站點的吞吐量以及其他競爭站點的吞吐量，再調(diào)整競爭窗口；第二部分中資源預留機制的實現(xiàn)分兩步，第一步鏈路層模型為不同數(shù)據(jù)流分配優(yōu)先級大小Pi，利用調(diào)度算法對各個優(yōu)先級的隊列Qi取出對應的數(shù)據(jù)包放入發(fā)送隊列；第二步則是當節(jié)點競爭到信道以后根據(jù)優(yōu)先級大小發(fā)送對應個數(shù)的數(shù)據(jù)包，維護一個計數(shù)器用來記錄當前需要發(fā)送的某優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的個數(shù)Ci，并根據(jù)第一個待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級對計數(shù)器進行初始化，然后估算出發(fā)送Ci個數(shù)據(jù)包需要的時間Tdd，并賦值給Duration字段，其他站點根據(jù)Duration字段來設定NAV的值，以保證站點A連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包的過程中不會受到其他站點的干擾。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陳世平，林涵仙，
申請(專利權)人：上海理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31