一種動(dòng)態(tài)迭代分區(qū)緊急消息廣播方法

聶 雷，張全玉，李 鵬，何 亨，吳黎兵(武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，武漢430065)

2(智能信息處理與實(shí)時(shí)工業(yè)系統(tǒng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430065)

3(武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，武漢430072)

E-mail:lnie@wust.edu.cn

1 引言

車聯(lián)網(wǎng)(Vehicular Ad Hoc Network，VANET)作為物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的代表性產(chǎn)物，成為現(xiàn)代智能交通的重要組成部分.目前，基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能交通應(yīng)用十分廣泛，例如交通信號(hào)控制［1，2］、內(nèi)容協(xié)助下載［3，4］和安全通信［5，6］等.其中，緊急消息廣播作為車聯(lián)網(wǎng)的安全類應(yīng)用，能提供高效安全的駕駛環(huán)境，有效避免人員傷亡和減少經(jīng)濟(jì)損失，是車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn).

緊急消息廣播在實(shí)時(shí)性和可靠性方面具有極高的需求.在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，消息主要基于專用短程通信(Dedicated Short Range Communications，DSRC)技術(shù)或移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，利用車與車/車與基礎(chǔ)設(shè)施(Vehicle-to-Vehicle/Vehicle-to-Infrastructure，V2V/V2I)的通信方式進(jìn)行多跳廣播.緊急消息進(jìn)行多跳廣播的關(guān)鍵是快速選取下一跳的中繼節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)有的選取策略主要可以分為基于概率、基于距離-等待時(shí)間以及基于Black-burst迭代分區(qū)三種類型.其中，Black-burst［7］是一種可以多個(gè)目標(biāo)同時(shí)傳輸且互不沖突的干擾信號(hào)，近年來(lái)一些研究學(xué)者利用這種特性支持緊急消息的廣播.具體來(lái)講，基于Black-burst的廣播方法通過(guò)車輛之間的Black-burst交互對(duì)候選區(qū)域進(jìn)行迭代分區(qū)，達(dá)到縮小候選中繼節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域的目的，接著基于 RTB/CTB(Request To Broadcast/Clear To Broadcast)［8］握手機(jī)制從最遠(yuǎn)非空路段(即最佳路段)中選出唯一的中繼節(jié)點(diǎn).與其他類型的多跳廣播方法相比較，基于Black-burst迭代分區(qū)的方法能夠最大程度減少?gòu)V播風(fēng)暴和終端隱藏的影響，并且可以盡可能遠(yuǎn)地選擇中繼節(jié)點(diǎn)，有利于緊急消息的快速?gòu)V播.

然而，現(xiàn)有的基于Black-burst方法的迭代分區(qū)機(jī)制較為固定，沒有考慮車流密度對(duì)分區(qū)機(jī)制效果的影響.此外，由于采用競(jìng)爭(zhēng)窗口機(jī)制選擇唯一中繼節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致CTB沖突容易在車流密度較大時(shí)發(fā)生.如何有效減少CTB沖突，并實(shí)現(xiàn)緊急消息的快速?gòu)V播是現(xiàn)有這類方法亟需解決的問題.

本文第2節(jié)介紹了車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下緊急消息廣播的研究現(xiàn)狀;第3節(jié)首先給出了系統(tǒng)模型，并詳細(xì)介紹了基于動(dòng)態(tài)迭代分區(qū)機(jī)制的緊急消息廣播方法DIPS-MB(Dynamic and Iterative Partitioning Scheme based Multi-hop Broadcast);第4節(jié)從理論上分析了DIPS-MB方法的平均一跳時(shí)延和傳播速度;第5節(jié)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并分析了DIPS-MB方法的有效性;第6節(jié)是本文的總結(jié)和對(duì)下一步工作的展望.

2 相關(guān)工作

基于概率的廣播方法允許部分候選車輛轉(zhuǎn)發(fā)緊急消息，這類方法最重要的問題是確定消息轉(zhuǎn)發(fā)概率.文獻(xiàn)［9］提出了兩種基于概率的廣播方法，分別是權(quán)重p堅(jiān)持方法WPP(Weighted p-Persistence)和時(shí)隙p堅(jiān)持方法SPP(Weighted p-Persistence).與傳統(tǒng)的固定 p堅(jiān)持方法［10］不同，WPP為遠(yuǎn)端的候選車輛分配了更大的轉(zhuǎn)發(fā)概率.盡管在SPP中車輛被賦予了固定大小的轉(zhuǎn)發(fā)概率，但是遠(yuǎn)端的車輛會(huì)在緊急消息廣播之前等待一個(gè)較短的時(shí)間.文獻(xiàn)［11］考慮車流密度和位置信息提出了一種靈活的基于概率的方法，位于遠(yuǎn)端的候選車輛在車流稀疏情況下?lián)碛懈蟮膹V播概率.基于概率的方法在一定程度上減輕了消息冗余和碰撞，但是在高度動(dòng)態(tài)的車輛環(huán)境中難以確定一個(gè)合適的轉(zhuǎn)發(fā)概率.此外，遠(yuǎn)端的車輛由于概率性因素?zé)o法總是被選為中繼節(jié)點(diǎn).

基于距離-等待時(shí)間的方法傾向選擇最遠(yuǎn)的一跳鄰居車輛作為中繼節(jié)點(diǎn).文獻(xiàn)［12］將距離消息發(fā)送者越遠(yuǎn)的候選車輛設(shè)定一個(gè)更短的等待時(shí)間后開始廣播緊急消息，然而該方法只能適用于車輛稀疏且互聯(lián)的高速場(chǎng)景中.文獻(xiàn)［13］提出了一種基于位置感知的智能廣播方法SB(Smart Broadcast)，消息發(fā)送者的通信范圍被迭代分區(qū)成若干個(gè)路段，這些路段由遠(yuǎn)及近被依次分配一個(gè)遞增且不重合的競(jìng)爭(zhēng)窗口，因此位于遠(yuǎn)端路段的車輛會(huì)在一個(gè)較小的競(jìng)爭(zhēng)窗口中選擇一個(gè)隨機(jī)退避值，有利于優(yōu)先被選為中繼節(jié)點(diǎn).然而，SB沒有提供消息碰撞的解決機(jī)制，同時(shí)被劃分的路段數(shù)量是一個(gè)常量.文獻(xiàn)［14］提出了一種動(dòng)態(tài)分區(qū)方案 DPS(Dynamic Partitioning Scheme)，路段的數(shù)量取決于鄰居車輛的密度，因此該方法能夠有效作用在多種交通情況下.然而，現(xiàn)有基于距離-等待時(shí)間方法的性能極大地受到中繼車輛位置的影響，例如在車流稀疏情況下，中繼車輛可能非?？拷l(fā)送者，因此其會(huì)等待一段較長(zhǎng)的時(shí)間才開始轉(zhuǎn)發(fā)緊急消息.

基于Black-burst的方法通過(guò)迭代分區(qū)有效縮小最佳候選車輛的競(jìng)爭(zhēng)范圍，從而實(shí)現(xiàn)減少競(jìng)爭(zhēng)沖突和提高緊急消息傳播速度的目的.文獻(xiàn)［15］提出了一種基于Black-burst的二進(jìn)制分區(qū)協(xié)助多跳廣播方法BPAB(Binary Partition Assisted Broadcast).消息發(fā)送者的通信距離被迭代分區(qū)成多個(gè)路段，并利用消息發(fā)送者和鄰居車輛之間的Black-burst交互尋找出最遠(yuǎn)非空路段，同時(shí)利用競(jìng)爭(zhēng)窗口機(jī)制從最佳路段中選出唯一的中繼節(jié)點(diǎn).文獻(xiàn)［16］和文獻(xiàn)［17］分別基于BPAB提出了基于Black-burst的三進(jìn)制分區(qū)協(xié)助多跳廣播方法3P3B(Trinary Partitioned Black-burst-based Broadcast)和城市多跳廣播方法UMBP(Urban Multi-hop Broadcast Protocol).其中，3P3B首次引入了mini-DIFS(mini Distributed Inter Frame Space)機(jī)制，用于減少緊急消息的信道訪問時(shí)延;而UMBP則解決了城市交叉路口處多方向廣播的消息碰撞問題.為了解決CTB(Clear To Broadcast)沖突引起的傳輸時(shí)延問題，文獻(xiàn)［18］提出了一種基于Black-burst和多信道技術(shù)的多跳廣播方法BMMB(Black-burst and Multi-channel based Multi-hop Broadcast).與現(xiàn)有的多跳廣播方法對(duì)比，BMMB利用Blackburst和多信道技術(shù)縮短了尋找最優(yōu)路段的迭代過(guò)程，同時(shí)在避免CTB沖突的前提下，能夠在最優(yōu)路段中選出唯一的中繼節(jié)點(diǎn).

與基于概率和基于距離-等待時(shí)間的方法相比，基于Black-burst的廣播方法能在盡可能小地減少候選節(jié)點(diǎn)之間的沖突的前提下，找到唯一最佳中繼車輛，方法的性能更為高效.然而，當(dāng)前基于Black-burst的廣播方法普遍存在迭代分區(qū)機(jī)制較為固定的問題，并沒有考慮車流密度對(duì)分區(qū)效果的影響.針對(duì)上述問題，本文提出了一種更為高效的多跳廣播方法DIPS-MB，其關(guān)鍵在于能夠在不同車流密度下動(dòng)態(tài)選擇最佳迭代分區(qū)機(jī)制，從而進(jìn)一步縮小尋找最佳候選車輛的時(shí)間.與同類方法對(duì)比，基于DIPS-MB的緊急消息在動(dòng)態(tài)車流環(huán)境中具有更小的單跳時(shí)延和更快的傳播速度.

3 基于動(dòng)態(tài)迭代機(jī)制的廣播方法

3.1 系統(tǒng)模型與假設(shè)

本節(jié)描述了系統(tǒng)模型，并列出了支撐本文所提方法的必要假設(shè)條件.如圖1所示，考慮一個(gè)典型城市場(chǎng)景下的緊急消息多跳廣播.最左側(cè)車輛作為源節(jié)點(diǎn)向周圍廣播緊急消息，并選取了同向的一個(gè)鄰居車輛作為緊急消息的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，該轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)隨后繼續(xù)尋找下一跳來(lái)協(xié)助完成多跳廣播.當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)靠近交叉路口時(shí)，將緊急消息廣播給位于路口中心的中繼器，并由中繼器完成緊急消息的多向廣播.因此本文主要解決的是直路上的單向多跳廣播.

本文的系統(tǒng)模型滿足以下假設(shè)條件:

1)雙向多車道的城市場(chǎng)景中，車輛密度為ρ且服從泊松分布;

2)交叉路口處安置有消息中繼器，能夠?qū)崿F(xiàn)緊急消息在交叉路口處的多方向廣播;

3)車輛裝配GPS和電子地圖獲取位置信息，同時(shí)借助車載單元OBU(On-Board Unit)基于DSRC技術(shù)進(jìn)行V2V/V2I通信;

4)車輛具備自適應(yīng)調(diào)節(jié)天線發(fā)射功率的能力，默認(rèn)功率和通信距離分別為P和R，且R為有效通信距離;

圖1 系統(tǒng)模型Fig.1 System model

5)通信過(guò)程中不考慮無(wú)線信道錯(cuò)誤.即在有效的通信距離R內(nèi)，緊急消息都能被正確接收;

6)緊急消息的最大有效傳輸距離為Dmax，最大跳數(shù)為Hmax.

3.2 多跳廣播方法DIPS-MB

在城市場(chǎng)景中，緊急消息的廣播主要存在直路上的單向廣播以及交叉路口處的多向廣播.本文采用基于地理位置的廣播策略.具體來(lái)講，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)車輛與交叉路口安置的中繼器之間的距離大于有效通信距離R時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)車輛采用基于V2V通信的方式多跳傳遞緊急消息;否則轉(zhuǎn)發(fā)車輛廣播緊急消息，并由中繼器完成交叉路口處的多方向廣播.下面著重介紹基于V2V通信方式的多跳廣播，即基于動(dòng)態(tài)迭代機(jī)制的多跳廣播DIPS-MB，其主要步驟的流程如圖2所示.

基于動(dòng)態(tài)迭代機(jī)制的多跳廣播DIPS-MB的主要步驟如下所示:

步驟1.轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)廣播RTB包，并設(shè)置重傳定時(shí)器RT1;

步驟2.當(dāng)候選節(jié)點(diǎn)收到RTB包后，根據(jù)自身與轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的距離來(lái)調(diào)節(jié)功率，并發(fā)送一個(gè)時(shí)隙的Black-burst;

步驟3.轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收的Black-burst信號(hào)強(qiáng)度估算車流密度，并基于車流密度動(dòng)態(tài)回復(fù)Black-burst;

步驟4.候選節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收的Black-burst具體情況來(lái)確定并執(zhí)行相對(duì)應(yīng)的迭代分區(qū)方法;

步驟5.候選節(jié)點(diǎn)通過(guò)迭代分區(qū)判斷自身是否位于最優(yōu)路段，是則基于隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)窗口機(jī)制回復(fù)CTB包，否則退出競(jìng)爭(zhēng);

步驟6.轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)接收CTB包，開始廣播緊急消息，并設(shè)置重傳定時(shí)器RT2;

步驟7.候選節(jié)點(diǎn)接收緊急消息，并成為下一跳廣播的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn).

在以上過(guò)程中，動(dòng)態(tài)迭代分區(qū)方法DIPS是影響緊急消息廣播性能的關(guān)鍵因素，其主要包括步驟3中基于自適應(yīng)功率的車流密度估計(jì)，以及步驟4中基于車流密度的動(dòng)態(tài)迭代分區(qū)方法.

圖2 DIPS-MB方法流程Fig.2 Procedure of DIPS-MB

3.3 動(dòng)態(tài)迭代分區(qū)方法DIPS

3.3.1 車流密度估計(jì)

動(dòng)態(tài)迭代分區(qū)方法DIPS的關(guān)鍵是根據(jù)車流密度選擇迭代分區(qū)機(jī)制，因此首先估算出當(dāng)前的車流密度.本節(jié)利用文獻(xiàn)［19］的方法估算車流密度.其基本思想是根據(jù)接收功率的疊加強(qiáng)度計(jì)算通信范圍內(nèi)的車輛數(shù)量，從而估算車流密度.由于無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度隨著傳播距離增大而逐漸衰減，鄰居車輛可以根據(jù)自身與轉(zhuǎn)發(fā)車輛的距離來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)射功率，從而使得無(wú)線信號(hào)以Pth的強(qiáng)度到達(dá)轉(zhuǎn)發(fā)車輛.如公式(1)所示，根據(jù)雙徑地面反射模型計(jì)算接收功率大小.

式中，Pr和Pt分別是消息接收和發(fā)射功率，Gt和Gr分別是發(fā)射端和接收端的天線增益，ht和hr分別是發(fā)射端和接收端的天線高度，d是接收端和發(fā)射端之間的距離.

為了使得轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)處的接收功率為固定閾值Pth，發(fā)射功率的計(jì)算公式如公式(2)所示:

式中，Pth、Gt、Gr、ht和 hr均為常數(shù)，因此距離轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)越遠(yuǎn)的車輛需要使用更大的發(fā)射功率.車流密度ρ的計(jì)算公式如公式(3)所示，其表示有效通信范圍R內(nèi)單位距離長(zhǎng)度包含的車輛數(shù)量.

3.3.2 基于車流密度的DIPS

與現(xiàn)有基于Black-burst的方法相同，最優(yōu)路段(即最遠(yuǎn)非空路段)是通過(guò)多次迭代分區(qū)獲得的.如圖3所示K進(jìn)制分區(qū)的第一次分區(qū)結(jié)束后，通信范圍R被劃分為K等份，距離轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)由遠(yuǎn)及近分別為路段 S1，1，S1，2，…，S1，K.其中 Sp，q表示第p次分區(qū)后由遠(yuǎn)及近的第q個(gè)路段.

圖3 K進(jìn)制第一次分區(qū)情況Fig.3 First partition by K-way mechanism

每一次競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中，位于Sp，i(1≤i≤K－1)路段的車輛將在第i個(gè)時(shí)隙發(fā)送Black-burst，而位于Sp，K路段的車輛則一直保持監(jiān)聽狀態(tài).因此對(duì)于每一輛車而言，其在迭代分區(qū)過(guò)程中能根據(jù)自身的地理位置確定一個(gè)發(fā)送或者監(jiān)聽Black-burst的時(shí)間開銷序列，記為 T1，T2，…，TIk.其中Tp表示第 p次分區(qū)的時(shí)間開銷，IK表示K進(jìn)制分區(qū)的迭代次數(shù).

本文假設(shè)在迭代分區(qū)后，最佳路段中每條車道至多容納一輛車.因此，迭代次數(shù)IK滿足公式(4):

式中，Lv為車輛長(zhǎng)度，Lg為車間安全間距.因此K進(jìn)制分區(qū)的迭代次數(shù)IK取值如公式(5)所示:

此外為避免路段被劃分過(guò)短，本文規(guī)定每輛車不得占用超過(guò)兩個(gè)路段，因此迭代次數(shù)IK的取值還需滿足公式(6):

若第i(1≤i≤KIK)個(gè)路段Si進(jìn)行IK次迭代分區(qū)后成為最佳路段，則處于該路段的候選車輛在第j(1≤j≤IK)次分區(qū)的時(shí)間開銷Ti，j計(jì)算公式如公式(7)所示:

其中，W={K，K2，…，KIK}.因此候選車輛在整個(gè)分區(qū)過(guò)程中的總時(shí)間開銷如公式(8)所示:

根據(jù)文獻(xiàn)［16］可知，路段Si成為最佳路段的概率P(Si)的計(jì)算公式如公式(9)所示:

其中μ表示單個(gè)路段中車輛的數(shù)量，因此K進(jìn)制策略的理論分區(qū)時(shí)間開銷如公式(10)所示:

根據(jù)公式(10)可知，K進(jìn)制分區(qū)的時(shí)間開銷與車流密度ρ有關(guān)，其關(guān)系如圖4所示.

圖4 K進(jìn)制分區(qū)時(shí)間開銷Fig.4 Time cost of K-way partition

根據(jù)圖4可知，當(dāng)車流密度小于ρ1(約等于60輛/千米)時(shí)，執(zhí)行四進(jìn)制分區(qū)效果最優(yōu);當(dāng)車流密度大于ρ1時(shí)，執(zhí)行八進(jìn)制分區(qū)效果最優(yōu).本文采用基于Black-burst交互的方式為候選車輛統(tǒng)一分區(qū)策略.具體來(lái)講，令車輛在某個(gè)tmini-slot時(shí)隙發(fā)送Black-burst的事件記為1，不發(fā)送記為0.當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)車輛估算完車輛密度后，利用1個(gè)tmini-slot時(shí)隙進(jìn)行Black-burst交互，鄰居車輛則根據(jù)監(jiān)聽到的Black-burst發(fā)送情況確定分區(qū)策略.即候選車輛監(jiān)聽到Black-burst，則采取四進(jìn)制分區(qū)，否則采取八進(jìn)制分區(qū)策略.因此，DIPS-MB方法能夠在動(dòng)態(tài)車流環(huán)境中采取最佳分區(qū)策略.

4 數(shù)學(xué)分析

本節(jié)理論分析DIPS-MB方法在V2V通信情況下廣播緊急消息的平均一跳時(shí)延和平均傳播速度.

4.1 平均一跳時(shí)延

根據(jù)圖2可知，DIPS-MB方法的一跳時(shí)延主要包含RTB廣播(步驟1)、分區(qū)機(jī)制決策(步驟2和3)、迭代分區(qū)(步驟4)、中繼節(jié)點(diǎn)選擇(步驟5)和數(shù)據(jù)傳輸(步驟6)五個(gè)部分.

當(dāng)監(jiān)聽到信道空閑時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)在等待mini-DIFS時(shí)間后向周圍一跳鄰居廣播RTB包，該階段的時(shí)間開銷如公式(11)所示:

分區(qū)機(jī)制決策階段包含一個(gè)mini-slot的密度估計(jì)和一個(gè)mini-slot的分區(qū)機(jī)制決策，該階段時(shí)間開銷如公式(12)所示:

在迭代分區(qū)階段，轉(zhuǎn)發(fā)車輛與候選車輛通過(guò)Black-burst交互選出最佳路段，該階段時(shí)間開銷如公式(13)所示:

在中繼選擇階段，位于最佳路段的候選車輛利用大小為cw的競(jìng)爭(zhēng)窗口隨機(jī)選出唯一中繼車輛，并回復(fù)CTB消息.由于在此階段可能會(huì)產(chǎn)生CTB沖突，該階段的時(shí)間開銷如公式(14)所示:

在數(shù)據(jù)傳輸階段，轉(zhuǎn)發(fā)車輛在等待SIFS時(shí)隙后廣播緊急消息，該階段的時(shí)間開銷如公式(15)所示:

結(jié)合公式(11)到(15)，可得DIPS-MB方法的平均一跳時(shí)延如公式(16)所示:

4.2 平均傳播速度

假設(shè)最佳中繼車輛位于Si路段，也就意味著其他的Sj(j＞i)路段內(nèi)沒有車輛，則最佳中繼車輛與轉(zhuǎn)發(fā)車輛的平均距離如公式(17)所示:

可得DIPS-MB方法的平均一跳距離如公式(18)所示:

其中，P(Si)表示第i個(gè)路段Si成為最佳路段的概率，取值見公式(9).因此，DIPS-MB方法的平均傳播速度如公式(19)所示:

5 實(shí)驗(yàn)與分析

5.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境與參數(shù)

Veins(Vehicles in Network Simulation)［20］是一種開源的車輛網(wǎng)絡(luò)仿真框架，提供了車輛移動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)部分的雙向交互功能.其在網(wǎng)絡(luò)通信層面使用OMNeT++(Objective Modular Network Tested in C++)［21］進(jìn)行仿真和控制，在移動(dòng)層面使用 SUMO(Simulation of Urban MObility)［22］進(jìn)行模擬.本文使用 OMNeT++4.6 和 SUMO 0.21.0，基于 Veins 3.0 構(gòu)建城市交通環(huán)境下的仿真環(huán)境如圖5所示，本文首先基于百度地圖得到武漢科技大學(xué)黃家湖校區(qū)附近的真實(shí)道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?接著，利用SUMO構(gòu)造了該拓?fù)涞闹鞲傻溃c仿真相關(guān)的主要參數(shù)如表1所示.

表1 主要仿真參數(shù)Table 1 Major simulation parameters

5.2 結(jié)果對(duì)比與分析

在本文中只考慮所涉及的場(chǎng)景中某一地方發(fā)生緊急消息廣播事件.如圖5所示，源節(jié)點(diǎn)A處發(fā)生交通事故，并開始向周圍廣播緊急消息.緊急消息通過(guò)多跳廣播，在到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)B 處后停止.本文所提方法 DIPS-MB 與 BPAB［15］、3P3B［16］和UMBP［17］三種基于Black-burst的方法進(jìn)行比較.

首先比較幾種方法在不同車流密度條件下的平均一跳距離，結(jié)果如圖6所示.從圖中可以看出，DIPS-MB在車流密度較大時(shí)具有更遠(yuǎn)的一跳距離.具體來(lái)講，與其他方法相比較，平均一跳距離提高了大約2.5%.其主要原因是DIPS-MB方法通過(guò)多進(jìn)制迭代分區(qū)機(jī)制充分劃分并縮小了最佳候選節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域，使得位于最遠(yuǎn)處的車輛在車流密度較大時(shí)能夠在隨機(jī)窗口競(jìng)爭(zhēng)階段有更大的概率勝出成為唯一的中繼節(jié)點(diǎn)，從而提高了緊急消息廣播的一跳距離.

圖5 道路拓?fù)銯ig.5 Road topology

圖6 平均一跳距離Fig.6 Average one-hop distance

圖7 平均一跳時(shí)延Fig.7 Average one-hop delay

接著比較幾種方法在不同車流密度條件下的平均一跳時(shí)延和傳播速度.影響這兩種性能指標(biāo)的主要因素在于位于最佳路段中的車輛在競(jìng)爭(zhēng)唯一中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)容易產(chǎn)生CTB沖突，且在車流密度較大時(shí)產(chǎn)生沖突的概率性越高，從而導(dǎo)致過(guò)高的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延.縮小競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域是減少CTB沖突的一種有效途徑，DIPS-MB在不同的車流密度下，采用了最恰當(dāng)?shù)亩噙M(jìn)制迭代分區(qū)機(jī)制，得以獲得比其他方法更小的競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域，從而有效地減少了CTB沖突，為緊急消息的及時(shí)廣播提供了保障.

從圖7和圖8中可以看出，DIPS-MB在車流密度較大時(shí)與性能較優(yōu)的UMBP相比，其平均一跳時(shí)延大約比減少了18.5%，平均傳播速度大約提高了25.8%.因此，DIPS-MB方法在動(dòng)態(tài)車流環(huán)境下具有更小的一跳時(shí)延和更快的傳播速度.

圖8 平均傳播速度Fig.8 Average propagation speed

6 結(jié)論

本文提出了一種基于Black-burst的動(dòng)態(tài)迭代分區(qū)多跳廣播方法DIPS-MB.與現(xiàn)有基于 Black-burst的方法相比，DIPS-MB能夠在不同車流密度下動(dòng)態(tài)選擇最佳的迭代分區(qū)機(jī)制，充分地縮小了候選車輛的競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域，從而縮小尋找最佳候選車輛的時(shí)間，在動(dòng)態(tài)車流環(huán)境下更好地滿足了緊急消息廣播的實(shí)時(shí)性和可靠性.

融合多種通信協(xié)議的異構(gòu)車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，因此在下一步工作中，將研究城市環(huán)境下多通信協(xié)議協(xié)作的異構(gòu)車聯(lián)網(wǎng)緊急消息廣播方法.