1、西安电子科技大学硕士学位论文基于IEEE802.11p协议的车载网络接入协议性能研究姓名：吴福源申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：李长乐201112一熘一 摘要车载自组织网络是无线ad hoc网络在车载环境下的应用。它的主要目的是提高行车的安全性，有效性和舒适性。无线信道媒体接入控制(Medium Access Control，MAC)机制是车载自组织网络的关键技术之一，也是车载自组织网络支持服务质量(Quality ofService，QoS)的关键。专用短程通信(Dedicated Short Range Communications，DSRC)使用的接入协议IEEE 802
2、11p通过增强型分布式接入控制(Enhanced DistributionCoordinate Access，EDCA)及优先级划分来提供QoS保证。本文对DSRC进行介绍，分析IEEE 8021lp接入原理，并对其性能进行仿真分析。在IEEE 8021 lp MAC的基础上，针对窗口调整算法存在的缺陷，提出了基于网络密度检测和重传次数的自适应窗口调整算法。仿真结果表明，新算法的时延，丢包率和吞吐量都优于原有算法。如果节点的传输距离固定，那么节点很难适应车载自组织网络环境的动态变化。为了解决这个问题，本文提出了一种基于信道忙闲状态时间比检测和误分组率检测的自适应传输距离调整算法。仿真结果表明，
3、新算法能在较大程度上改善网络性能。关键字：车载自组织网络媒体接入控制lEEE 80211P增强型分布式接入控制AbstractAbstractVehicular ad hoe network is an application of wireless ad hoe network in theautomotive environmentIts main purposes ale to improve traffic safety,trafficeffectiveness and traffic comfortWireless channel medium access control(MAC)
4、mechanism is one of the keytechnology of Vehicular ad hoc networkalso is the sticking point of supporting qualityof service(QoS)in Vehicular ad hoe networkMedium access protocol IEEE 8021 l p，which is used in the Dedicated Short Range Communication(DSRC)，utilizes EnhancedDistribution Coordinate Acce
5、ss(EDCA)and prioritization to provide QoS guaranteesIn this paper,we introduce the DSRC systems，and analyze the access principles ofIEEE 8021 l p and its performance through simulationBased on the research on IEEE8021 l p MAC mechanism，in terms of the shortcomings of the contention windowadjustment
6、algorithm，an adaptive contention window adjustment algorithm，which isbased on the network density detect and packet retransmissions，is presented in thispaperSimulation results show that the new algorithm is better than the originalalgorithm in delay,packet loss ratio and throughputNodes are difficul
7、t to adapt to the dynamic changes of the Vehicular ad hoenetwork environment if a nodeS transmit distance is fixedIn order to solve the problem，this paper proposes an adaptive transmission distance adjustment algorithm which isbased on channel busy status detect and false packet ratio detectSimulati
8、on resultindicates that the new algorithm call improve network performance to a greater extentKeywords：Vehicular ad hoc network MAC IEEE 8021 i p EDCA第一章绪论第一章绪论11研究背景和意义随着人们生活水平的不断提高，公共交通越来越拥挤，而车辆的数量却在逐年增多，交通事故，尤其是高速公路下的追尾事故时有发生，因此行车安全越来越受到人们的广泛关注。据公安部交通管理局通报，2009年，全国共发生道路交通事故238351起，造成67759人死亡、2751
9、25人受伤，直接财产损失91亿元。由于当前车载环境的安全问题令人堪忧，且交通拥堵越来越严重，仅仅依靠基础设施建设不仅要投入大量的资金，还会造成资源的巨大浪费。为了改善行车的安全性，有效性和舒适性，车载自组织网络便应运而生。对于车载自组织网络，涉及安全等信息的传输时延非常敏感。举个例子，高速公路下车辆以120kmh的速度行驶。假设安全距离为150m，当发生车祸时，必须在不到5s的时间内将车辆停下来才能避免碰撞，除去驾驶员反应时间，真正用于刹车的时间是非常有限的。而如果我们能成功的让驾驶员提前1s做出反应，那么就相当于安全距离增大了33m。无线信道媒体接入控制MAC机制是车载自组织网络的关键技术之
10、一，也是车载自组织网络支持服务质量(QoSm11】)的关键。专用短程通信DSRC31141151中采用IEEE 80211p1611 7】作为其媒体访问接入技术。它的目标是提高行车安全，通过关于路况信息的及时传播充分利用现有的道路资源，以及行车可能需要的如电子地图等信息下载提供服务。12 ad hoc网络概述计算机网络18J目前正在向核心高速化和终端无线化快速发展，无线自组网络【9】由于没有有线网络难于架设和维护等诸多缺点而得到了快速的发展。按照无线网络是否具有基础设施，可以把无线网络分成两类，即基于基础设施的网络和无基础设施的无线自组织网络，即ad hoe网络。无线自组织网由一组带有无线通信
11、收发装置的移动节点组成的一个多跳的临时性无中心网络，可以随时随地的快速构建，其中网络中的每个终端地位平等且可以自由移动。由于ad hoe网络在组网方面具有快速、灵活、方便等特点，使得该网络的应用越来越受到了人们的广泛关注。ad hoc网络在军事，紧急救灾领域等方面有着非常广泛的应用前景。但是ad hoe网络也存在诸多缺点，如终端设备复杂度受限，网络带宽受限，网络的分布式特性使得网络难于有效的管理，尤其是很难保证网络的抗毁性，这些缺点也给研究基于1EEE 8021 1p协议的车载网络接入协议性能研究者提出了挑战。13 ad hoc网络在车载环境下的应用车载自组织网络是基于ad hoc网络基础上发
12、展而来的，它将ad hoe网络运用于车载环境下，以达到改善目前的行车环境的目的。车载自组织网络与普通的无线局域网不同，它具有自己独特的特点：(1)节点快速移动，网络拓扑和网络密度快速变化；(2)节点移动具有一定的规律性；(3)带宽受限：(4)对信息的时延很敏感；(5)节点能量不受限制，位置信息可通过全球定位系统(Global Positioning System，GPS)获得；由于车载自组织网络的以上特点，使得传统的基于接入点(Access Point，AP)的无线局域网很难适应车载自组织网络的需求，而ad hoc网络却能很好的适应。根据ad hoc网络的划分，可以把车载自组织网络分成三类。第
13、一类是基于路边基础设施【101(Road Side Unit，RSU)的移动车载自组织网络，即基础设施全覆盖，路边基础设施充当网络的接入点，分组的转发由路边基础设施或车载单元(On BoardUnit，OBU)进行。第二类是借助路边基础设施辅助的移动车载自组织网络，如在高速公路某些事故高发区，交叉路口等地段铺设路边单元，借助路边单元在某些地段有针对性的保证网络的联通性。第三类是无路边基础设施的移动车载自组织网络，即完全的车载ad hoe网络，它通过车辆之间的多跳连接建立起一个完全自组织的网络。由于完全基于路边单元覆盖的网络技术相对简单，但成本太高，而完全自组织又很难保证网络的连通性，所以笔者认
14、为将来基于路边单元辅助的车载自组织网络是最有可能被采用的方案。14车载自组织网络两类MAC协议由于车载环境的特殊性，使得车载自组织网络面临许多挑战。目前车载自组织网络MAC协议的研究主要有两种：基于竞争的CSMACA(Carrier Sense MultipleAccess with CollisionAvoidance，CSM刖CA)协议和基于预约的时分多址技术(TimeDivision MultipleAccess，TDMA)协议，如图11所示，其中比较有代表性的分别为IEEE 80211p协议和可靠预约ALOHA(Reliable Reservation ALOHA，RRALOHA)13
15、J IJ协议。车载自组织网络的通信对时延的要求是相当苛刻的，而IEEE 80211p采用的第一章绪论 3基于异步竞争的CSMACA协议存在一个最大的缺点就是不能保证时延的有限性，其另一个主要缺点就是数据传输可能发生碰撞，尤其是在车载自组织网络这种拓扑快速变化的网络场景下。针对以上缺点，许多学者提出了基于时隙预约的TDMAMAC协议。虽然基于预约的TDMA MAC协议能保证时延的有限性14】，但是由于增加了预约过程，使得时延较大，其平均时延往往大于CSMACA。还有要保证所有节点都能接入网络，则时隙数必须大于等于节点数，而TDMA的时隙数往往是固定的，节点数却是动态的变化，而基于竞争的CSMAC
16、A协议由于允许业务通过竞争接入信道，对节点数没有任何限制。可见，基于TDMA的预约MAC协议在扩展性Il 2J方面不如基于竞争的CSMACA协议，下文主要针对基于竞争的CSMCA MAC协议展开研究。图11车载自组织网络MAC协议分类15论文研究内容和各章节安排本文对基于无线ad hoc网络的车载自组织网络中MAC接入协议IEEE 80211p的机制和算法作了较为深入的研究，主要内容包括车载自组织网络系统概述，MAC接入机制分析、性能仿真及IEEE 80211p性能改进研究。同时指出IEEE 80211p在车载自组织网络应用中所存在的一些问题及未来的研究方向。第一章为绪论，主要介绍了本文的研究
17、背景、研究意义、该课题的目前国内外研究现状以及论文工作和各章节安排。第二章主要是对2007年修订的IEEE 8021 1113】接入协议原理和机制进行详细介绍，并指出了车载自组织网络应用背景及IEEE 80211p为适应车载自组织网络的特殊要求而进行的有针对性的修改。第三章主要是基于IEEE 8021lp的车载自组织网络接入协议的性能仿真研究【141，通过这些研究对其性能有深入了解。4 基于IEEE 8021 lp协议的车载网络接入协议性能研究第四章针对IEEE 80211二进制指数退避算法(Binary exponential backofralgorithm，BEB)115】116l【17
18、1存在的问题提出了基于分组重传次数【181和网络密度检测f19】【20】【21】的自适应竞争窗I：l调整算法【151116】【1 71。仿真结果表明，该算法能减小网络的平均时延和丢包率，吞吐量也有不小的提升，算法也更公平。针对节点传输距离固定而无法适应网络的动态变化，提出了基于信道忙闲状态时间比和误分组率检测的自适应传输距离调整算法【22】【23】【24】125l【26】【271。仿真结果表明，该算法能在很大程度上改善网络性能。第五章对全文进行总结和展望。第二章1EEE 80211协议体系及工作原理分析 S第二章IEEE 8021 1协议体系及工作原理分析21 IEEE 8021 1工作机制分
19、析IEEE 80211是无线局域网采用的接入协议，它定义了无线局域网通信要执行的一系列操作。IEEE 80211规定无线局域网的最小构件是基本服务集(BasicService Set，BSS)，它由一个基站和若干个无线节点组成，BSS内各节点之间的通信和BSS间的通信都必须通过AP中转。一个BSS可以是孤立的，也可以通过AP连接到一个分配系统(Distribution System，DS)，然后再连接到另一个BSS，这样就构成了一个扩展的服务集(Extended Service Set，ESS)。分配系统的作用就是使得ESS对上层的表现就像一个BSS一样。一个节点若要与其它节点通信，就必须先加
20、入BSS。若节点要加入BSS，就必须先选择一个接入点AP，并与该AP建立关联(Association)。无线节点与AP建立关联的方法有两种。一种是被动扫描，即无线节点等待接收AP周期性发送的信标帧，信标帧中包含有若干系统参数，使用这些参数，无线节点就可以加入到相应的BSS；另一种是主动扫描，即无线节点主动发出探测请求帧，然后等待接收从AP返回的探测响应帧，并使用探测响应帧的参数加入到相应的BSS。 r 、l丢 HCF HCFContention ContmlledACc,955 Access 瓜iAc；(PCF) ： (EDCA) (HCCA) 雁一 - enIdisa-ibuted coor
21、dination function图21 IEEE 80211 MAC架构IEEE 80211基本架构如图21所示。IEEE 80211主要有两种MAC层接入机制，即基于竞争的分布协调功能(Distributed Coordination Function，DCF)机制和可选的基于集中管理的点协调功能(Point Coordination Function，PCF)机制，后来又增加了一种新的接入机制，即混合协调功能(Hybrid Coordination Function，HCF)机制。DCF是基本的接入机制，所有的实现都必须支持DCF功能，PCF基6 基于IEEE 8021 lp协议的车载网
22、络接入协议性能研究于分布协调功能机制，通过点协调器PC(Point Coordinator)实现对数据传输的集中管理，HCF则是为了支持QoS而增加的新机制。211 IEEE 80211 DCF机制IEEE 80211 DCF是基于载波侦听多点接入碰撞避免CSMACA协议的，其信道接入流程如图22所示。No图22 CSM_ACA接入信道流程IEEE 80211 DCF采用了四次握手(RTSCTSD删ACK)机制或两次握手机第二章IEEE 8021l协议体系及T作原理分析 7制(DATAACK)完成分布式数据业务的传输。其核心思想是载波侦听，信道预约(如果使用RTSCTS)，数据传输，等待确认。
23、DCF不采用任何中心控制，而是在每个节点使用CSMA算法，让各个站通过竞争来获得信道的使用权。因此，DCF向上提供争用服务。CSMACA算法可简单归纳如下：(1)若节点最初有数据需要发送，且检测到信道空闲，则继续侦听分布式协调功能帧问间隔(DCF Inter Frame Space，DIFS)，如果在这期间信道一直空闲，则发送整个数据帧。(2)否则，节点执行CSMACA退避算法。一旦检测到信道忙，就冻结退避计时器，只要信道空闲DIFS，就启动退避计时器进行倒计时。(3)当退避计时器减小到零时，节点就发送整个数据帧并等待确认。(4)源节点若收到确认，就认为发送的帧被正确接收。如果还有数据需要发送
24、，则重新执行(1)到(4)。若没有收到确认，则执行(2)到(4)。除了采用CSMACA外，IEEE 80211还采用了虚拟载波侦听(virtual cartiersense)机制。它通过在源节点发送的数据中写入要占用信道的时间，当其它节点接收到该数据后，就调整自己的网络分配向量(NetworkAllocationVector，NAV)，指出信道处于忙态的持续时间。这样节点就不用持续侦听信道，而又等同于它侦听了信道一样。由于无线网络存在隐藏终端问题，发送长数据帧发生碰撞而导致分组丢弃，就会造成带宽资源的较大浪费。为此，IEEE 80211 DCF引入了信道预约机制，它通过发送I玎SCTS来实现。
25、也就是在发送DATA之前先进行RTSCTS的发送，它们的发送依然是按照CSMACA机制进行。当节点需要发送数据时，它首先发送RTS帧，如果能够正确接收返回的CTS帧，则信道预约成功，反之，预约失败。IEEE 8021l四次握手过程如图23所示。H卜_HRTS Data I掣目 b刮Lion CTS ACK1DIFS7 铷t眄7NAV(RTS)NAV(CTS)1 De衙Access 7BackoffAtter Defer图23 DCF四次握手机制通过RTSCTS的交互，能够使得在接收端和发送端的载波侦听范围之内的节点设置各自的NAV，从而大大减小数据碰撞的概率。8 基于IEEE 8021 1p协
26、议的车载网络接入协议性能研究212 IEEE 80211 PCF机制IEEE 80211定义了可选的PCF机制。PCF实现了一种无竞争的信道接入机制，它通过点协调器PC进行集中控制，其帧交换过程如图24所示。ContentionFree Repetition Interval。： ContentionFree Period SI。 ：S SI】 ：S SII ?S l ，lF S SII SH 一_ 一 H-+ _- 一D2+ack LIj+ack 广I，耵Beacont Di+poll +oolI +pOJI pollU1 lU2+ lu4+ack tDx=FramesIak l篮k E C
27、FE 1d Sentby Point_J一 -k L + 【-一 No response-It CoordinattontorPIF： S S IFS S 1FS to CFPoll S】 FS ResetUx=FramesSent by PolledNAVr stationsNAVCFMaxDuration图24 PCF帧交换过程在时间上，PCF将时间分为无竞争期(ContentionFree Period，CFP)和竞争期(Contention Period，CP)。在每个CFP开始之前，PC首先侦听信道，如果信道空闲点协调功能帧间间隔(PCF Inter Frame Space，PIFS
28、)，贝JJPC发送初始beacon，所有接收到该beacon的节点都设置自己的NAV，大小为CFP的最大长度(CFPMaxDuration)。这样做的目的就是禁止节点在CFP阶段接入信道，从而保证PC在整个CFP期间拥有对信道的控制权。如果CFP为空(PC没有缓存数据，没有需要轮询的节点)，则发送完信标帧之后，PC立即发送一个CFEnd帧，告知所有节点CFP结束。如果PC缓存有广播帧和多播帧，贝fJPC首先发送这些帧，随后才发送单播帧。在CFP期间，PC通过轮询的方式轮询节点，如果被轮询的节点有数据需要发送，则可以直接发送其数据，并允许进行捎带确认，其它没有被轮询的节点则处于设置NAV状态。当
29、PC轮询完所有的节点后，如果CFP还未超时，那么PC发送一个CFend帧，通告CFP的结束。其它节点则重设其NAV，此时网络进入竞争期CP，各个节点通过竞争获取信道的使用权。213 IEEE 8021 1 HCF机制由于不管是DCF，还是PCF，它们都不支持QoS。然而，对不同的业务提供有区别的服务是我们所希望的。为此，IEEE 8021l增加了一种新的接入机制，BIHCF，它仅用于QoS网络，相应的节点称为QSTA(QoS Station)。HCF机SUre有一个很重要的概念叫做发送机会(transmission opportunity，TXOP)，QSTA获得发送机会有两种方式，通过竞争或
30、等待轮询。通过竞争获得的发送机会称为EDCAt281 TXOP，第-二章IEEE 80211协议体系及工作原理分析 9而通过QoS(+)CFPoll帧获得的发送机会称为HCCA TXOP，或Polled TXOP。HCF组合了DCF和PCF的一些功能，并增加了一些增强型的功能。HCF提出了增强型分布协调功能EDCA和HCF控制信道接入HCCA(HCF Controlled ChannelAccess)机制。它们分别是对DCF和PCF的改进，以适用于QoS网络。下面我们分别对这两种机制进行讨论。(1)HCF基于竞争的信道访问机制(EDCA)EDCA机制提供有区别的，分布式的信道访问机制，它通过优
31、先级划分提供QoS支持。EDCA信道访问机制的参考模型如图25所示。Mapping to AccessCategoryTransmit queues forACsPer-queue E1)CAfunctions with intemalcollision resolution图25 HCF EDCA实现参考模型EDCA定义了8种不同的用户优先级UP(User Priority)和4个不同的信道访问类型AC(Access Category)。它们之间的映射关系如表21所示。表21 UP与AC的映射关系UP(Sameas 8021lD DestinationPriority 8021lDuser
32、destination AC (informative)Prjoty)LowcSt l BK AC BK Background2 AC BK BackgroundO BE AC BE Best Efron3 EE AC BE Best Efrort4 CL AC VI Vcdio5 Vl AC VI Vcdio6 Vo AC VO VoiceHighest 7 NC AC VO Voice8-?-优先级分别为0到7，四个访问类型分别为AC-VO，AC_-Vl，ACBE，10 基于IEEE 80211p协议的车载网络接入协议性能研究ACBK，对应的业务类型为语音(voice)，视频(video)
33、，尽最大努力交付(besteffort)和背景信息(background)。与DCF采用基于节点竞争不同，EDCA采用的是基于AC的竞争。每一个AC独立使用增强的信道访问功能EDCAF(Enhanced Distributed Channel AccessFunction)和使用不同的EDCA参数集竞争TXOP，EDCA参数集如表22所示。表22 EDCA的默认参数集TxOP limitForPHYs ForPHYsdefined in defined in OtherAC CWmin CWmax AIFsN Clause 15 Clause 17 and PHYsand Clause Cla
34、use 1918AC BK aCWmin aCWmax 7 O O 0AC BE aCWmin aCWmax 3 O O 0AC Vl (aCWmin+1)2一I aCWmin 2 6016ms 3008 nls 0AC V0 (aCWmin+1)41 (aCWmin+1)21 2 3264ms 1504 Il岱 O为了支持不同的优先级，指定的最小信道持续空闲时间不再是固定值DIFS，而是一个可变的仲裁帧间间隔(Arbitration Inter Frame Space，AIFS)，它由仲裁帧间间隔时隙数(Arbitration Inter Frame Space Number，AIFSN)及
35、一个短帧间间隔(Short Inter Frame Space，SIFS)组成，该值对于某一个AC而言是固定不变的，而对于不同AC而言，它的值是不同的。其计算公式为AIFSAC】2 AIFSNAC】X aSlotTime+aSIFSTime (2-1)对于QoS AP而言，AIFSNACI，对于QoS STA而言，AIFSNAC】至2，aSlotTime为时隙大小，aSIFSTime为最短帧间间隔SIFS。同样，竞争窗口CWmin和CWmax也是一个与AC相关的可变参数。由于EDCA的队列之间是相互独立的，或者说每一个队列独立运行EDCAF功能，那么同一个节点内部队列之间有可能同时获得发送机会
36、，我们称这种情况为内部碰撞。当节点发生内部碰撞时，高优先级的队列将优先获得TXOP，而低优先级的队列必须让出TXOP，这可通过队列协调器实现。由于队列之间的碰撞属于虚拟碰撞，所以无需像载波碰撞那样启动退避，设置重传标识位等操作，碰撞在内部处理完成。对于赢得TXOP的AC可以连续发送多个帧，但是这些帧必须来自同一个AC，因为TXOP是分配给AC的，而不是分配给节点。另外，帧的传输不能超出其限制值TXOPLimit，TXOPLimit指定了获得发送机会的AC最多能够占用信道的时间长度，如果TXOPLimit为0，则获得TXOP的节点只允许发送一帧数据。EDCA的退避机制与DCF的退避机制也是大同小
37、异，都采用了二进制指数退避算法，但退避没有按节点进行，而是按AC进行。每个EDCAF都维护一个状态变量竞争窗口(Contemion Window，CW)，它是一个与AC相关的量，其初始值第二章IEEE 8021l协议体系及1二作原理分析设为CWminAC，最大值为CWmaxAC。每次帧成功发送之后，该值都会重设为CWminAC】。在下列情况下，EDCAF会触发退避过程：该AC中有一个帧请求发送，且该AC的退避计时器值为O，但载波侦听(CarrierSense，CS)标识信道为busy；在一个TXOP内成功发送该AC的所有帧后执行退避算法；发送失败(没有收到相应的确认帧)；同一个节点内部的EDC
38、AF之间发生内部碰撞，并且另一个EDCAF具有更高的优先级，则该EDCAF要执行退避：在第一种情况下，CWAC值保持不变；在第二种情况下，将CWAC值设为CWminAC；后两种情况下在执行退避之前根据下面两种情况设置CWAC值后再执行退避：a)如果QoS STA的QSRCAC】(QoS short retry counter)达至fJdot l 1 ShortRetryLimit或QLRCAC】(QoS long retry counter)达至Udotl 1LongRetryLimit，CWAC设为CWminAC：b)否则：1)如果CWAC】日一u口u“一1u四。葛_Jo一00)f冀Q24
39、基于IEEE 8021lp协议的车载网络接入协议性能研究岔瞢再荀_譬packet send time(s)图33高优先级业务时延抖动图(CCH)首先说明一下，优先级为0表示最高优先级，优先级为3表示最低优先级。从图31可以看出，在CCH上，不同优先级的业务分组平均时延都在25ms以内，且最高优先级业务分组平均时延大概只有3ms。考虑节点在CCH和SCH之间切换的情况，如果加上因为切换而导致的平均时延(25ms)，最低优先级业务分组的时延大约为50ms，而最低的只有大约28ms，这在lOOms时延的允许范围之内，可见在该网络场景和业务模型下，IEEE 80211p性能达到实际应用的要求。从图32
40、看来，丢包率最大都小于4，而最高优先级的业务丢包率几乎为零，这样低的丢包率是可以接受的。但是从图33可以看出，第一优先级和第二优先级的分组时延抖动很大(我们只画出高优先级的情况)，虽然抖动还在lOOms的允许范围之内，但是这一切都是在业务极低的情况下得到的。当业务加重时，情况会变得很糟糕，后面的仿真肯定了这点。平均来讲，从我们的仿真结果可以看出，IEEE 80211p在QoS方面表现出很好的性能，但是时延抖动确是其一大缺陷，对于有关生命安全的紧急情况显得难以接受。然而，生命安全是车载自组织网络必须解决的根本问题。因此，为了保证能够处理紧急情况，必须严格限制低优先级业务在CCH上的传输，并且还要
41、考虑从协议机制本身进行改进，从而达到真正满足车载自组织网络的需要。312 SCH QoS仿真研究SCH上的通信【39】通常为单播通信，在时延等网络性能方面没有在CCH上的通信那样苛刻。所以在SCH上的通信我们仿真了业务量较重的情况，下面是在SCH第三章IEEE 8021ip协议性能研究 25上的通信不同AC采用的参数。表34访问类型参数(SCH)AC AC VO AC VI AC BK AC BEPacket Size(bytes) 64 128 256 512Packet Interval(s) 025 05 1 2AlFSN 2 2 3 7路由协议 AODV1 0O 8O 60 40 20
42、 0O 1 2traffic priority3图34业务优先级与分组时延的关系曲线图(SCH)0 50 4旦罡o 3昌=皇02U时O 1O 0O 1 2traffic priority3图35业务优先级与丢包率的关系曲线图(SCH)一一：噶一。口uM一Io盹26 基于IEEE 8021lp协议的车载网络接入协议性能研究公蔷毛豆基图36高优先级业务时延抖动图(SCH)从图34可以看出，最高优先级的业务的平均时延都达到了03s左右，而最低优先级的分组平均时延则高达ls左右。如果简单的从时延上看，在SCH上的通信似乎还算较好，毕竟lS钟的延迟，对于非安全的应用是可以接受的。然而，从图35可以看出，
43、即便是最高优先级的业务，其丢包率都高达30以上，而最低优先级的分组丢包率更是达到将近50，且高优先级业务的丢包率却没有明显低于低优先级的情况。可见，当网络负荷较重时，很难保证高优先级的QoS。另外，从图36可以看出，高优先级的时延抖动很大，最高分组时延达到了将近12s，是对应优先级(图36为pri01)的分组平均时延(图34约为06s)的20倍。可见IEEE8021lp在时延抖动方面存在缺陷。32传输距离对网络性能的影响在车载自组织网络中，由于网络拓扑的快速变化，节点的传输距离122】对网络性能的影响显得尤为重要。在稀疏的网络场景下出现断续连接的可能性很大，而在高密度网络场景下又很有可能出现网
44、络拥塞的情况。如果节点采用固定的传输距离进行数据发送，那么会带来很多问题。首先，为了保证网络的连接性，那么我们希望节点的传输距离越远越好。但是由此可能会带来吞吐量的急剧降低。毕竟传输距离增大以后，为了避免数据碰撞，能同时发送数据的节点就会急剧下降，网络的空分利用率很低。其次，考虑到网络带宽资源的充分利用，我们不希望传输距离太大，这样子能同时传输数据的节点数就能增多，有利于提高网络的吞吐量。但是，在稀疏网络场景下，较小的传输距离很容易出现网络断续连接情况，从而很难保证网络的连接性。可见，传输距离是一个与网络密度密切相关的参数，第三章IEEE 8021 lp协议性能研究高密度网络场景下可以使用一个
45、较小的传输距离，而低密度场景下应该增大传输距离。我们知道，车辆是可以提供电源的，因此节点的能量问题可以不用考虑，所以在调整节点的传输距离时，节点的能量可以认为是充足的。下面我们通过仿真的办法对节点传输距离对网络性能的影响做一个量化分析。IEEE 8021 1p协议参数如表31所示，仿真场景参数设置如下：表35仿真场景参数车道数 4道路长度 3km车辆最高速度 150kmh仿真节点数 120最大连接数 仿真节点数木50仿真时间 500s分组的发送间隔 10s分组大小 512byte传播模型 Two Ray Ground信道类型 WirelessChannel天线类型 OmniAntenna接入协议 Mac8021 l p路由协议 AODV岔瞢面乏智矗未图37分组时延与传输距离的关系从图37可以看出，随着传输距离的增大，分组传输的平均时延不断减小。然而，随着距离的继续增大，分组时延并没有随着传输距离的增大而进一步减小，它在到达一定值后出现了反向增大的趋势，分组时延在段快速下降之后，出现了拐点，之后时延快速增大，呈现“U，形。这是我们很容易想到的，当网络稀疏的时候，此时网络连接性还较差，所以此时的平均时延很大。随着传输距离的增大，
