車載自組織網絡中，主要通過廣播的方式傳送信息。然而，由于車載自組織網絡的高速移動性和不利的無線環境，要有效地把信息廣播給其他的車輛是一個很大的挑戰。首先，因為在MAC(Medium Access Control)層沒有確認機制應用于廣播信息，所以由分組碰撞和不利的信道條件導致的信息丟失不容易被檢測到。由于大多數的信息是至關重要的，應被盡可能快地傳送給其他車輛,然而,傳統的廣播機制沒有確認機制從而不適用于車間信息傳送。其次,在網絡里無有效的廣播控制，多跳冗余信息就會在節點之間相互傳送,這就導致了廣播風暴,顯著降低網絡資源利用率。

    參考文獻[1]提出了將節點通信范圍進行分區的方法，源節點通過判斷自己通信范圍內節點發送占用信息時間的長短來確定各個節點的位置，解決了中繼節點的選擇問題，但是并沒有解決延時和并行碰撞的問題。參考文獻[2]針對參考文獻[1]的缺陷進行了改進，該方法通過分區的方式找到距離源節點最遠的相同區域內的節點，為相同區域內的節點設置不同的退避窗口值以減少并行碰撞，降低延時。參考文獻[3]提出為數據包設置不同優先級的方法，緊急信息擁有較高優先級，而服務信息擁有較低優先級；DIFS(Distributed Inter-Frame Space)被分為很多微時隙，當緊急信息與服務信息退避窗口值一樣時，緊急信息監聽一個微時隙，而服務信息監聽一個DIFS, 這樣就保證了緊急信息能夠優先接入信道，減少碰撞。然而，當節點接收到緊急信息以后就會抑制其他信息的發送，倘若緊急信息由于系統的一些固有缺陷一直發送不出去，那么節點的緩存隊列長度就會一直增加，當隊列長度大于節點緩存器的最大值時，某些數據包就會被丟掉，若數據包的等待時間過長，就容易導致數據包的生命周期超時，也會引起數據包的丟失，進而降低整個系統的接收率和吞吐量，還會引起系統延時過大。
    本文針對參考文獻[3]的問題，結合微時隙減少碰撞的機制，提出了一種基于緩存隊列長度BQLP(Buffer Queue Length Protocol)的廣播協議。與參考文獻[3]的面向接收者ROBP(Receiver-oriented Broadcast Protocol)的廣播協議相比，該協議能夠較好地提高數據包接收率并降低延時和丟包率。
1 系統模型
    通過許多假設來建立一個合理的易于處理的模型來描述方案的性能。假定建筑在高速路上的基于802.11的無線自組織網絡廣播被簡化為一維的移動自組織網絡，如圖1所示，它包含了一系列在一條線上的隨機的相同的移動站。一維網絡模型是高速路上自組織網絡的一個很好的近似。
    車載自組織網絡在以下場景中工作：
　    (1)在網絡密度為π的環境下，節點依據泊松過程排在一條線上，即在一條長為l的道路上節點被發現的概率P(i,l)由式(1)給出:
  
    (2)所有的節點都有相同的傳送范圍/接收范圍，范圍用R表示。因此，在源節點傳輸范圍內同一條線上的節點的平均數是Ntr=2?茁R。
    (3)所有節點有相同的載波監聽范圍Lcs， R≤Lcs≤2R,且假設節點與節點之間的距離大于R時，一個節點的傳送不會影響其他節點接收其他的廣播信息。因此，將源節點放在原點，如圖1所示，倘若源節點在它的監聽范圍內{x|x∈[-Lcs,Lcs]}監聽到來自任何一個節點的傳播，源節點在此刻就不會發送任何信息。
    (4)在每個節點處，信息包的到達率滿足參數為λ的泊松分布。
　(5)在這個模型中不考慮節點移動性對性能的影響。事實上，在參考文獻[4]和[5]中已經證明車輛的高速移動性對具有高數據傳輸率(≥12 Mb/s)的廣播網絡的性能影響很小。
2 協議描述
2.1基于緩存隊列長度的廣播協議
    在車載自組織網絡中,為了減少數據包的碰撞概率，提高數據包的接收率，常常將數據包分為緊急數據包和服務數據包,為緊急數據包分配較小的退避窗口值，確保緊急數據包優先發送。當節點接收到緊急數據包以后就會抑制其他數據包的發送，只有當節點接收到的緊急數據包發送出去以后，其他數據包才有可能被發送出去。然而當節點密度較大時，大量的數據包就會積壓在節點的緩存器中，這就導致了緩存器中隊列長度過長，從而增加了時延和丟包率。
    針對上述問題，本文提出一種基于緩存隊列長度的廣播協議。該協議的思想是：緩存隊列的長度越長，發送信息的優先級就越高；緩存隊列的長度越短，發送信息的優先級就越低。當節點接收到緊急信息以后，該協議會判斷節點緩存器中數據包隊列長度是否大于緩存器的最大值，若是，則會提高該節點發送信息的優先級，優先將信息發送出去。
    假設每個節點的緩存器長度最大值都為Kmax,節點的實際緩存隊列長度為K，則基于緩存隊列長度的優先級表達式為:
  
其中，C是指節點發送信息的優先級，C越大表明節點發送信息的優先級就越高，信息就優先發送出去。盡管接收到緊急信息的節點會抑制其他信息的發送，但是，該機制根據實際緩存隊列的長度調整節點發送數據的優先級，減少了因實際緩存隊列長度大于緩存隊列長度最大值而造成的丟包，同時也減少了因數據包生命周期超時而造成的丟包，進而降低了系統的丟包率，提高了數據包的接收率和節點接收率。通過調整節點發送數據包的優先級，降低了數據包的隊列延時和接入延時，數據包的傳播延時是固定的，由此可知，數據包傳送的總延時就降低了。
2.2 利用微時隙減少碰撞的機制
    基于緩存隊列長度的廣播協議有效地降低了數據包的丟包率，減小了數據包接收延時。為了進一步提高協議的可靠性，本文還采用了利用微時隙減少碰撞的機制。該機制沒有采用參考文獻[6]和參考文獻[7]利用不同的退避窗口尺寸減少碰撞的方法，而是采用了一種新的優先權設置機制來區分不同信息的級別，并結合微時隙來減少并行傳輸導致的碰撞。該優先權設置機制將非零退避窗口值分配給服務信息，零退避窗口值分配給緊急信息。若節點密度較大，則緊急信息和服務信息由于有相同的零退避計數值會導致碰撞。為了給攜帶緊急信息的節點優先分配信道，將DIFS分成許多長度為lm的微時隙，分配一個短暫的等待時間tm(lm≤tm≤DIFS)給攜帶緊急信息的節點。然而，攜帶服務信息的節點在發送之前必須等待一個DIFS時隙，這樣就保證緊急信息一旦準備發送就能立即得到信道。采用DIFS微時隙機制減少了由于并行傳輸導致碰撞的可能，有效地保證了緊急信息能夠優先地發送出去。應用參考文獻[8]微時隙的概念，微時隙的長度lm和個數wm由式(3)和式(4)計算出來：
    

  的影響，數據包的接收率會隨之降低，當節點數大于220時，BQLP協議的數據包接收率明顯優于ROBP協議的數據包接收率。

    圖4比較了ROBP協議和BQLP協議的節點接收率。從圖中可以看出，BQLP協議的節點接收率高于ROBP協議的節點接收率。隨著節點數目的增加，節點接收率會有所降低，BQLP協議的節點接收率變化較平穩，而ROBP協議的節點接收率在節點數大于200時有惡化趨勢。節點密度較大時，大量數據包將積聚在節點緩存器中容易導致隊列長度過長,增加丟包率,進而降低節點接收率。

    圖5比較了ROBP協議和BQLP協議的服務信息傳輸時延。從圖中可以看出，BQLP協議的傳輸時延低于ROBP協議的傳輸時延。這是因為BQLP協議根據緩存隊列長度調整節點發送優先級，減小了數據包排隊延時。隨著節點數的增加，傳輸延時有所上升，然而平均延時（<1 ms）仍然很小，對服務信息來說這個時延大小在可以接受的范圍內。

    ROBP協議將信息分為緊急信息和服務信息，保證了緊急信息的各個參數指標的優越性。本文在此基礎之上提出一種基于緩存隊列長度優先發送的廣播協議，本協議在保證緊急信息發送性能優越的基礎之上，提升了服務數據包的接收率，降低了服務數據包發送時延。在未來的工作中，將致力于把協議應用于更復雜的移動場景(如二維場景)。
參考文獻
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