[发明专利]一种用于车载自组网通信的前向纠错FEC参数分析方法

说明书

本发明提供了一种用于车载自组网通信的前向纠错FEC参数分析方法，包括如下内容：首先对RED‑FEC机制进行数学建模，推导平均队列Q_ave及瞬时队列q的微分方程；其次通过拉普拉斯变换，将数学模型转化为控制问题，建立了被控对象、RED控制器传递函数，设计了RED‑FEC的反馈控制框图；最后利用控制框图，分析不同负载条件下RED‑FEC算法的性能。本发明的有益效果为：本发明是基于控制框图的参数分析方法，可以预测车载自组网中的RED‑FEC算法性能，判断RED‑FEC稳定性，为RED‑FEC参数设计提供了基于控制理论的依据。

技术领域

本发明涉及车载自组网传输技术领域，尤其涉及一种用于车载自组网通信的前向纠错FEC参数分析方法。

背景技术

车载自组网(Vehicle Ad-Hoc Network,VANET)是指车辆之间、车辆与固定接入点之间为相互通信组成的移动Ad-Hoc网络。VANET技术在事故报警、辅助驾驶、交通信息查询及Internet接入等领域具有广阔的应用前景^[1]。VANET通常由车辆单元OBU(On boardUnit)及路边单元RSU(Roadside unit)构成，车间通信可以不依赖RSU，使用自组织联网方式实现数据传输。

由于VANET具有多跳路由、网络容量有限及节点高速移动特性^[1]，其网络传输条件与传输性能会随时间不断变化。当传输过程中的错误不可避免时，研究车载自组网传输机制与性能，具有重要意义。

为了应对复杂通信条件下的传输错误，研究人员首先提出了“分组重传”机制。该机制由发送端在发送分组时进行计时，当来自接收端的确认ACK没有在规定时间到达时，发送端会重新传输该分组。分组重传固然可以解决传输错误，但也带来了传输延迟问题，即以花费更多时间为代价，保障传输的质量。而且，如果传输错误率持续升高，重传机制会占用大量带宽，极大地增加网络整体负担。

相较分组重传机制，前向纠错(Forward Error Correction,FEC)是研究者提出的另一种分组丢失恢复机制，通过增加额外的冗余信息，以此实现小的端到端延迟和可靠传输，所以FEC可能更加适合车载自组网实时业务流。

FEC的基本原则是将冗余数据“添加”到原先待传送的数据中，以便无需重传也可以恢复丢失的分组。图2显示了一个数据块(k个源包)在发送端被编码为k+h个包。用这种方法，当不超过h个分组丢失时，无论丢失的分组是源包还是FEC冗余分组，接收端可以恢复所有k个源包。当然，冗余分组的增加，也会增加网络负载，甚至可能引起网络拥塞。

静态FEC(SFEC)产生固定数目(h值恒定)的冗余分组，以保护每个数据块中的k个源分组，如图2所示。虽然实现简单，但是该方法不能动态适应网络状态的变化，因此可能导致网络拥塞或糟糕的丢失恢复性能。

为了解决静态FEC的问题，自适应FEC(AFEC)机制会根据当前网络状态，动态调整冗余分组数目(h值不恒定)。研究者提出利用变化的网络状态参数来确定合适的FEC冗余分组的数量，上述网络状态参数包括分组错误率、传输延迟与TCP窗口尺寸。总之，结果显示，相较SFEC，AFEC技术可以获得更低的丢包率和更好的传输质量。

但是，自适应FEC为了动态设置参数h的数值，无论利用分组错误速率或传输延迟，都必须等待接收端计算统计网络状态参数，并将结果返回至发送端。这个过程中存在不可避免的延迟，随着网络拓扑的扩大和网络跳数的增加，这个延迟可能大到不可忽略。换言之，发送端依据某些“过时”的网络状态，决定设置多大的冗余率，FEC自适应算法并不能准确地反映当前的网络负载和丢包情况。由于车载自组网的网络状态时变特性，原有的FEC自适应算法不适用于车载自组网通信。