車載自組網(wǎng)V2I通信中可休眠輪詢接入控制策略性能分析

何 敏 吳幫呂 孫飛飛 官 錚 周朝旭

(1云南大學(xué)信息學(xué)院, 昆明 650091)(2云南省信息技術(shù)發(fā)展中心, 昆明 650021)

隨著車載自組網(wǎng)(vehicular ad-hoc networks,VANETs)的迅猛發(fā)展,對(duì)諸如路況信息、道路安全、路途支持及各類面向用戶的應(yīng)用研究吸引了不少學(xué)者的關(guān)注.VANETs通信包括車間(vehicle to vehicle,V2V)通信、車與基礎(chǔ)設(shè)施間(vehicle to infrastructure,V2I)通信2種方式[1].V2V通過(guò)車載單元(on-board unit,OBU)或路側(cè)單元(roadside unit,RSU)的轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)車輛間通信; 而V2I則是當(dāng)車輛處于各類基礎(chǔ)設(shè)施的覆蓋范圍內(nèi)時(shí)OBU與RSU之間的通信.RSU通常部署在城市街道或高速公路兩側(cè),為交通管理和安全服務(wù)提供支持.

IEEE 802.11p[1]是專門(mén)為車用環(huán)境制定的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn),與802.11a物理架構(gòu)大致相同,提供基于競(jìng)爭(zhēng)的EDCA和基于輪詢的HCCA兩種可選方式.媒體接入控制方式對(duì)通信性能產(chǎn)生重要影響,輪詢控制是一種避免沖突、提供服務(wù)保障(quality of service,QoS)的多址接入方式[2].因此,在V2I通信中,通常選擇輪詢方式為那些低速但對(duì)時(shí)延和可靠性敏感的業(yè)務(wù)提供服務(wù).

在輪詢控制的基礎(chǔ)上,不少學(xué)者提出了各種混合策略對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[3-7],但較少考慮能耗因素.空閑節(jié)點(diǎn)關(guān)閉射頻休眠,不僅可以大幅減少能耗[8],還能減少電磁干擾,是一種綠色通信方式.近年來(lái),高能效的協(xié)議設(shè)計(jì)備受關(guān)注[9-13].文獻(xiàn)[9]提出了一種可休眠的輪詢控制來(lái)節(jié)約空閑能耗,但站點(diǎn)必須主動(dòng)偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)以決定其休眠時(shí)間,導(dǎo)致服務(wù)前的串音能耗.文獻(xiàn)[10]針對(duì)突發(fā)業(yè)務(wù)提出了一種時(shí)隙預(yù)約的方法來(lái)降低能耗、提高系統(tǒng)吞吐量.文獻(xiàn)[11]提出了一種負(fù)載自適應(yīng)的休眠機(jī)制.文獻(xiàn)[12]提出一種能量有效的數(shù)據(jù)匯聚算法來(lái)平衡負(fù)載.但目前在對(duì)具有休眠機(jī)制的系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí),往往忽略休眠狀態(tài),采用計(jì)算機(jī)仿真或通過(guò)能耗模型逐段統(tǒng)計(jì)能耗,難以表達(dá)休眠與系統(tǒng)性能及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)參數(shù)間的關(guān)系.文獻(xiàn)[13]首次在系統(tǒng)模型中結(jié)合休眠狀態(tài)分析了限定K=1的休眠輪詢系統(tǒng)模型,但當(dāng)負(fù)載較高時(shí),其性能下降較快.

本文以保證服務(wù)性能、降低系統(tǒng)能耗為目的,在IEEE 802.11p的基礎(chǔ)上,當(dāng)系統(tǒng)空閑時(shí)引入休眠,設(shè)計(jì)了一種門(mén)限服務(wù)輪詢接入控制策略GPC-S,采用概率母函數(shù)和嵌入馬爾可夫鏈的分析方法建立分析模型,得到特性量平均查詢周期、排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)的精確解析,進(jìn)而推導(dǎo)出站點(diǎn)休眠時(shí)間與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)參數(shù)、特性量之間定量關(guān)系的閉式表達(dá)式.

1 GPC-S服務(wù)機(jī)制描述

1.1 GPC-S接入機(jī)制

如圖1所示的一類V2I的應(yīng)用場(chǎng)景中,每個(gè)簇(子網(wǎng))由一個(gè)RSU及其覆蓋范圍內(nèi)的OBU、各類環(huán)境數(shù)據(jù)收集傳感節(jié)點(diǎn)及視頻圖像采集節(jié)點(diǎn)構(gòu)成(以下統(tǒng)稱站點(diǎn)STA).GPC-S通信傳輸分為上行和下行鏈路,下行鏈路傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)和控制信息,上行鏈路傳輸環(huán)境數(shù)據(jù).在穩(wěn)定的數(shù)據(jù)服務(wù)期間,傳感節(jié)點(diǎn)和視頻圖像采集節(jié)點(diǎn)向RSU發(fā)送采集的環(huán)境數(shù)據(jù),各個(gè)OBU從RSU接收本區(qū)域及鄰近區(qū)域的各類環(huán)境數(shù)據(jù).

圖1 GPC-S接入控制的V2I應(yīng)用場(chǎng)景示意圖

在GPC-S中,空閑站點(diǎn)將一直處于休眠狀態(tài)直至有數(shù)據(jù)包到達(dá),喚醒并申請(qǐng)接入網(wǎng)絡(luò)等待服務(wù).RSU檢測(cè)到接入信號(hào)后,將該站點(diǎn)登記到輪詢服務(wù)列表(PolList)的表尾,并根據(jù)PolList中的站點(diǎn)數(shù)為其分配服務(wù)時(shí)隙,站點(diǎn)則可依據(jù)間隔長(zhǎng)短決定轉(zhuǎn)入休眠還是低功耗等待.

1.2 GPC-S數(shù)據(jù)傳輸模式

GPC-S的數(shù)據(jù)傳輸模式如圖2所示,圖中STA1、STA2、STA3代表依次等待服務(wù)的站點(diǎn),Pt、Pr、Pi、Ps分別為發(fā)送功率、接收功率、空閑偵聽(tīng)功率和休眠功率,Ps2i、Pi2s分別為休眠/空閑、空閑/休眠狀態(tài)切換功率,TSW為狀態(tài)切換時(shí)間.RSU發(fā)送信標(biāo)幀(B)和結(jié)束幀(CE)標(biāo)志一個(gè)無(wú)競(jìng)爭(zhēng)服務(wù)周期(CFP)的起始和終止,并根據(jù)PolList中的站點(diǎn)數(shù)完成網(wǎng)絡(luò)分配矢量(NAV)的更新.在一個(gè)CFP開(kāi)始后,RSU依次對(duì)PolList中的站點(diǎn)發(fā)送輪詢幀,在一個(gè)短幀間隔(SIFS)后,接收該站點(diǎn)在輪詢時(shí)刻之前到達(dá)的所有數(shù)據(jù)包,并在應(yīng)答幀(ACK)中交換下一輪的服務(wù)時(shí)刻,站點(diǎn)將根據(jù)2次服務(wù)時(shí)間間隔決定是否啟動(dòng)定時(shí)器轉(zhuǎn)入休眠.若站點(diǎn)處于休眠狀態(tài)則無(wú)法響應(yīng)輪詢幀,如STA2,那么RSU將在一個(gè)輪詢幀間隔(PIFS)后,繼續(xù)輪詢下一個(gè)站點(diǎn)并將STA2從PolList中刪除.當(dāng)PolList為空時(shí),RSU發(fā)送結(jié)束幀(CE)并啟動(dòng)休眠定時(shí)器進(jìn)入休眠,直到定時(shí)器溢出,重啟新一輪的服務(wù).

圖2 GPC-S數(shù)據(jù)傳輸示意圖

2 GPC-S建模分析

由GPC-S服務(wù)機(jī)制抽象出其系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型: 假設(shè)一個(gè)RSU覆蓋范圍內(nèi)的子網(wǎng)由一個(gè)服務(wù)器AP和N個(gè)站點(diǎn)組成的隊(duì)列Q1、Q2、…、QN構(gòu)成,AP依次輪詢各站點(diǎn)進(jìn)行門(mén)限服務(wù).若AP在時(shí)刻tn對(duì)Qi(i=1,2,…,N)進(jìn)行服務(wù),當(dāng)AP發(fā)送完在查詢時(shí)刻之前Qi內(nèi)等待的數(shù)據(jù)包后,為其分配下一輪的服務(wù)時(shí)隙,Qi可選擇關(guān)閉射頻休眠;AP經(jīng)過(guò)一個(gè)查詢轉(zhuǎn)換時(shí)間后轉(zhuǎn)向服務(wù)Qi+1,若Qi+1有數(shù)據(jù),AP將在時(shí)刻tn+1對(duì)其服務(wù),若Qi+1無(wú)響應(yīng),則AP繼續(xù)查詢后繼站點(diǎn); 以此類推.若所有站點(diǎn)均為空且AP間轉(zhuǎn)發(fā)周期未到時(shí),AP啟動(dòng)休眠計(jì)時(shí)器進(jìn)入休眠,并在休眠結(jié)束后重啟服務(wù).

2.1 系統(tǒng)工作條件

假設(shè)信道處于理想狀態(tài),信道糾錯(cuò)由物理層差錯(cuò)檢測(cè)機(jī)制處理,站點(diǎn)i滿足如下假設(shè)條件:

1) 每個(gè)站點(diǎn)的緩沖區(qū)足夠大,不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失.

設(shè)在tn時(shí)刻AP對(duì)Qi(i=1,2,…,N) 進(jìn)行服務(wù),定義如下隨機(jī)變量:vi(n)是AP為Qi(i=1,2,…,N)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的時(shí)間;ui(n)為AP從Qi(i=1,2,…,N) 轉(zhuǎn)向Qi+1的查詢轉(zhuǎn)換時(shí)間;μj(ui)為在時(shí)間ui(n)內(nèi)進(jìn)入Qj(j=1,2,…,N) 的數(shù)據(jù)包數(shù)量;ηj(vi)為在vi(n)時(shí)間內(nèi)進(jìn)入Qj(j=1,2,…,N) 的數(shù)據(jù)包數(shù)量;ζ(n)為在tn時(shí)刻所有站點(diǎn)為空時(shí)AP將要休眠的時(shí)間;ζj(ζ)為在ζ(n)時(shí)間內(nèi)進(jìn)入Qj(j=1,2,…,N)的數(shù)據(jù)包數(shù)量.

2.2 GPC-S數(shù)學(xué)模型

πi(x1,x2,…,xi,…,xN)

(1)

式中,P[ξi(n)=xi;i=1,2,…,N]表示系統(tǒng)狀態(tài)的概率分布;πi(x1,x2,…,xi,…,xN)表示系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)分布.

假設(shè)用Gi(z1,z2,…,zi,…,zN)表示AP在tn時(shí)刻查詢Qi時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)的概率母函數(shù),有

Gi(z1,z2,…,zi,…,zN)=

根據(jù)概率母函數(shù)的定義,由式(1)可得

式中,E(*)表示*的數(shù)學(xué)期望.

在一個(gè)服務(wù)周期內(nèi),若輪詢列表PolList非空,AP將為非空站點(diǎn)服務(wù).假設(shè)AP在tn時(shí)刻按照門(mén)限服務(wù)規(guī)則對(duì)Qi進(jìn)行服務(wù),并在tn+1時(shí)刻轉(zhuǎn)向查詢Qi+1,則有

Gi+1(0,…,0,…,0)=S(Ai(zi))Gi(o)

式中,Gi(o)表示tn時(shí)刻所有站點(diǎn)均無(wú)數(shù)據(jù)包的系統(tǒng)狀態(tài)的概率母函數(shù)，其中o=0,…,0,…,0.從而得到

Gi+1(z1,z2,…,zi,…,zN)=

(2)

2.3 性能解析

2.3.1 平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)

定義Gi(z1,z2,…,zi,…,zN)的一階偏導(dǎo)為

i,j=1,2,…,N

式中,gi(j)為在tn時(shí)刻AP查詢服務(wù)Qi時(shí)Qj中平均等待的數(shù)據(jù)包數(shù).同理有

i,j=1,2,…,N

從而有

gi+1(j)=γiλj+gi(j)+βiλjgi(i)

i,j=1,2,…,N;j≠i

(3)

gi+1(i)=γiλi+βiλigi(i)+ζλiGi(o)

(4)

式中,gi(i)為在tn時(shí)刻AP查詢服務(wù)Qi時(shí)Qi中平均等待的數(shù)據(jù)包數(shù),也即查詢點(diǎn)的平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng).

(5)

(6)

式中,ρ=λβ表示系統(tǒng)的服務(wù)強(qiáng)度.若Nλβ=Nρ≥1,則表明AP的服務(wù)能力低于系統(tǒng)總負(fù)載,站點(diǎn)內(nèi)堆積的數(shù)據(jù)包數(shù)量將越來(lái)越多,式(6)不再成立.

2.3.2 平均查詢周期

GPC-S的平均查詢周期θ定義為AP對(duì)GPC-S系統(tǒng)中的N個(gè)站點(diǎn)按門(mén)限服務(wù)策略完成一次服務(wù)所需時(shí)間的統(tǒng)計(jì)平均值,即

(7)

(8)

2.3.3 IEEE 802.11p性能分析

IEEE 802.11p門(mén)限服務(wù)(以下簡(jiǎn)稱802.11p)的運(yùn)行模式同文獻(xiàn)[14],因此,得到802.11p的平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)gi(i)P和平均查詢周期θp分別為[14]

(9)

(10)

2.4 能效分析

空閑節(jié)點(diǎn)的串音將導(dǎo)致大量能耗,因此在服務(wù)周期內(nèi),節(jié)點(diǎn)休眠時(shí)間越長(zhǎng)就越節(jié)能.根據(jù)GPC-S休眠機(jī)制,在滿足穩(wěn)定條件Nλβ< 1下,可求得站點(diǎn)在連續(xù)2輪服務(wù)中的平均休眠時(shí)間TSLP為

(11)

TAT=[θ-(γ+βgi(i))](1-Gi0)

TSV=(γ+βgi(i))(1-Gi0)[1+(1-Gi0)]

TIBS=[θ-(γ+βgi(i))](1-Gi0)2

式中,TAT為當(dāng)STA有數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí),從休眠喚醒到接入RSU的活躍等待時(shí)間;TSV為在2輪穩(wěn)定服務(wù)周期中RSU為STA服務(wù)的時(shí)間;TIBS為一個(gè)活躍的STA接入網(wǎng)絡(luò)后等待RSU確認(rèn)服務(wù)時(shí)隙的空閑時(shí)間;Gi0表示第i個(gè)STA為空的系統(tǒng)狀態(tài)的概率母函數(shù),有

Gi0=P{ξi(n)=0}=exp(-λiθ)=exp (-λθ)

當(dāng)所有STA均為空時(shí),RSU也將進(jìn)入休眠狀態(tài),其休眠時(shí)間TSLP_RSU計(jì)算如下:

TSLP_RSU=θGi(o)

(12)

站點(diǎn)關(guān)閉射頻進(jìn)入休眠狀態(tài)后能耗極低,可忽略不計(jì).為避免不同廠商的芯片在發(fā)送、接收數(shù)據(jù)時(shí)的功耗差異,通過(guò)節(jié)點(diǎn)的休眠時(shí)間與服務(wù)周期的比值來(lái)衡量節(jié)能效果,定義為平均休眠比ψ,即

(13)

3 實(shí)驗(yàn)仿真與數(shù)值分析

3.1 實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定

為了檢驗(yàn)在V2I中的服務(wù)性能及能效,在MATLAB r2015中對(duì)GPC-S、802.11p及文獻(xiàn)[13]中的帶休眠的限定K=1服務(wù)策略(以下簡(jiǎn)稱SPCF)進(jìn)行了仿真.在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定條件Nλβ<1的前提下,分別對(duì)3個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了1×106次蒙特卡洛實(shí)驗(yàn),并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均.

仿真實(shí)驗(yàn)中,時(shí)間單位為時(shí)隙(1時(shí)隙寬度為100 μs).假定信道為理想狀態(tài),所有數(shù)據(jù)包成功發(fā)送.各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如下:N取值區(qū)間為[5,10,20,30],λ變化區(qū)間為0.000 5～0.002個(gè)/時(shí)隙,β=9時(shí)隙,γ取值區(qū)間為[1,3]時(shí)隙,TSW=2.5時(shí)隙,ζ取值區(qū)間為[5,10,20]時(shí)隙;Pt=1.65 W,Pr=1.4 W,Pi=1.15 W,Pi2s=Ps=0.045 W,Ps2i=1.725 W.

3.2 服務(wù)性能對(duì)比

相同參數(shù)下,GPC-S、802.11p及SPCF的平均查詢周期、排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)性能指標(biāo)如圖3和圖4所示.

圖3 平均查詢周期理論值與仿真值對(duì)比圖 (N=5,ζ=5，1時(shí)隙=100 μs)

圖3分別對(duì)比了N=5、ζ=5時(shí),在γ=1和γ=3下平均查詢周期的理論值與仿真值隨到達(dá)率的變化趨勢(shì),其中GPC-S、SPCF的查詢周期相同.負(fù)載較低時(shí),802.11p的理論值與仿真值間的誤差超過(guò)9%;隨著負(fù)載增大,誤差逐漸減小.而不論負(fù)載大小,GPC-S與SPCF的誤差都接近于零,與802.11p相比,性能特性量的理論計(jì)算精度最高提升9%以上.這是因?yàn)棣溯^小時(shí),站點(diǎn)為空的概率大,因此系統(tǒng)為空的概率也增大,由于在無(wú)休眠的802.11p的數(shù)學(xué)模型中忽略了系統(tǒng)為空的狀態(tài),從而導(dǎo)致理論值與仿真值之間誤差偏大,隨著負(fù)載增大,Gi(o)不斷減小,最后逼近于零,由休眠狀態(tài)對(duì)性能產(chǎn)生的影響也趨于零,因而三者趨于一致.

(a) 系統(tǒng)平均查詢周期對(duì)比

(b) 查詢點(diǎn)平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)對(duì)比

圖4仿真了在N=20時(shí),不同休眠因子、不同查詢轉(zhuǎn)換時(shí)間下3個(gè)系統(tǒng)的平均查詢周期及排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)隨到達(dá)率的變化趨勢(shì).由圖可知,在相同到達(dá)率λ下,系統(tǒng)性能均隨ζ和γ增大而下降.從圖4(a)看出,相同γ下,不論ζ的大小,3個(gè)系統(tǒng)的平均查詢周期均隨λ的增大而趨于一致; 圖4(b)表明GPC-S與802.11p的排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)也趨于一致,但SPCF的gi(i)值比其他2個(gè)系統(tǒng)的大,并隨λ的增大而明顯增大.圖4說(shuō)明:

1) 在GPC-S系統(tǒng)中,因系統(tǒng)為空時(shí)RSU會(huì)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài),與無(wú)休眠的802.11p相比性能有所下降,但在ζ不超過(guò)γ+β時(shí),影響很小; 而當(dāng)ζ>γ+β后,低負(fù)載時(shí),GPC-S系統(tǒng)的性能受到較明顯的影響,但隨著負(fù)載的增大與802.11p的性能趨于一致.這是因?yàn)楫?dāng)負(fù)載增大時(shí),Gi(o)變小,最后趨于零,所以GPC-S中的RSU轉(zhuǎn)入休眠的機(jī)會(huì)也趨于零,其性能趨近802.11p.

2) 相同條件下,雖然SPCF、GPC-S和802.11p三者的平均查詢周期這個(gè)表征系統(tǒng)整體性能的特性量是一致的,但從影響單個(gè)站點(diǎn)性能的排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)看,SPCF明顯比其他2個(gè)系統(tǒng)差.可見(jiàn),門(mén)限服務(wù)策略雖然不如限定K=1服務(wù)策略公平,但能有效減小站點(diǎn)的排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng),提高服務(wù)性能.

同時(shí),從圖4也可以看出,即使ζ=20,GPC-S在γ=1下的性能也較802.11p在γ=3下的性能好,表明查詢轉(zhuǎn)換時(shí)間對(duì)性能影響更大.

3.3 休眠時(shí)間及能效對(duì)比

3.3.1 站點(diǎn)能效對(duì)比

圖5給出了在不同ζ及γ下站點(diǎn)的平均休眠比ψ的柱狀比較圖.為了對(duì)比休眠效果,圖中給出了SPCF在ζ=20時(shí)的平均休眠比.仿真結(jié)果表明:

1) 低負(fù)載時(shí),802.11p系統(tǒng)中的站點(diǎn)有98%以上的時(shí)間處于空閑串音狀態(tài),消耗大量能量,而GPC-S中的站點(diǎn)因?yàn)榭臻e而轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài),能效提升97%以上.即使在負(fù)載很高時(shí),802.11p中站點(diǎn)的空閑能耗也超過(guò)了60%.

2) GPC-S與SPCF的休眠性能均隨著負(fù)載的增大而降低,但在相同條件下,與SPCF相比,GPC-S的站點(diǎn)能得到更多的休眠時(shí)間,即更節(jié)能;同時(shí),隨著負(fù)載的增大,SPCF的站點(diǎn)休眠比明顯下降,在負(fù)載很高時(shí),GPC-S也有近60%左右的休眠時(shí)間,而SPCF則下降到20%以下,說(shuō)明GPC-S系統(tǒng)中站點(diǎn)的能效更高.

(a) N=20,γ=3

(b) N=30,γ=1

3.3.2 RSU休眠時(shí)間對(duì)比

圖6比較了GPC-S與SPCF在不同ζ及γ下RSU的平均休眠時(shí)間,2個(gè)系統(tǒng)中RSU的休眠時(shí)間接近,GPC-S的RSU休眠時(shí)間比SPCF的略長(zhǎng).由圖可知,相同條件下,ζ越大,RSU的休眠時(shí)間越長(zhǎng),但均小于ζ,且隨著負(fù)載的增大休眠時(shí)間迅速減小.只有當(dāng)所有站點(diǎn)均沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí),RSU才能切換到休眠狀態(tài),可見(jiàn),只要到達(dá)率不為零,總會(huì)有少數(shù)站點(diǎn)產(chǎn)生數(shù)據(jù)包,RSU就不能一直處于休眠狀態(tài); 同時(shí),隨著負(fù)載增大,系統(tǒng)為空的概率迅速減小,RSU的休眠時(shí)間也隨之快速減少.

(a) N=20,γ=1

(b) N=10,γ=3

3.4 相關(guān)問(wèn)題討論

3.4.1 切換功耗對(duì)系統(tǒng)休眠的影響

從圖5和圖6可以看出,負(fù)載較大時(shí),RSU的休眠時(shí)間迅速減少,因此,可關(guān)閉RSU的休眠選項(xiàng),快速響應(yīng)站點(diǎn)的接入請(qǐng)求,此時(shí)的GPC-S相當(dāng)于ζ=1的服務(wù)系統(tǒng),其性能與802.11p表現(xiàn)一致,但站點(diǎn)仍能夠在無(wú)服務(wù)時(shí)進(jìn)行休眠,節(jié)約能耗.

3.4.2 信道衰減對(duì)系統(tǒng)性能的影響

在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中,信道常常遭受各種干擾產(chǎn)生衰落,如瑞利衰落、萊斯衰落等,從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失或數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤,有效到達(dá)率變小.由于GPC-S物理層差錯(cuò)檢測(cè)機(jī)制將觸發(fā)重傳丟失或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包,假定發(fā)生錯(cuò)誤或丟包的概率為pe,則當(dāng)?shù)竭_(dá)率為λ時(shí),系統(tǒng)的實(shí)際達(dá)到率λr變?yōu)?/p>

λr=(1+pe)λ>λ

(14)

可見(jiàn),發(fā)生差錯(cuò)重傳的GPC-S系統(tǒng)可理解為實(shí)際到達(dá)率增大到λr的理想系統(tǒng).由圖4可知,系統(tǒng)的平均查詢周期和排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)都將增大,系統(tǒng)性能惡化,pe越大,性能越差.同理,由圖5和圖6可知,站點(diǎn)和RSU的休眠時(shí)間也將減少.

4 結(jié)論

1) 通過(guò)RSU為站點(diǎn)分配服務(wù)時(shí)隙的門(mén)限服務(wù)方式使站點(diǎn)可根據(jù)等待時(shí)間長(zhǎng)短選擇是否休眠,減少了站點(diǎn)主動(dòng)偵測(cè)及空閑等待產(chǎn)生的能耗.

2) 采用概率母函數(shù)的方法,結(jié)合系統(tǒng)空閑狀態(tài)及觸發(fā)的休眠建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的分析方法,可用于輪詢控制類接入控制策略的性能和能效分析,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能特性量的精確解析、休眠與系統(tǒng)性能特性及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)參數(shù)之間定量關(guān)系分析,是一種有效的性能及能效評(píng)估分析方法.

3) 結(jié)合系統(tǒng)空閑狀態(tài)的數(shù)學(xué)分析模型與忽略空閑狀態(tài)的分析模型相比,系統(tǒng)性能特性量的理論解析精度最高可提升9%以上.

4) 相同條件下,低負(fù)載時(shí),結(jié)合休眠的控制策略較IEEE 802.11p,能效可提升97%以上.