基于拥塞博弈的车辆网络数据分发拥塞控制方法

摘要

本发明公开了一种基于拥塞博弈的车辆网络数据分发拥塞控制方法，主要解决现有技术不能有效解决网络拥塞问题。其实现步骤是：1.根据现有网络拥塞博弈模型，建立车辆网络的拥塞博弈模型；2.根据拥塞博弈模型中的效用函数，构建关于服务质量和传输时延的车辆网络的效用函数；3.根据效用函数建立车辆网络拥塞博弈模型的势函数，并对势函数进行修正；4.根据wardrop理论和拥塞博弈均衡存在性定理，将拥塞博弈的收敛问题转化为势函数值最小化；5.通过启发式算法得到时隙分配矩阵，车辆根据时隙分配矩阵选择“传输”或者“等待”。本发明能有效减小网络拥塞，可用于车辆网络密集场景中与安全相关应用数据分发的拥塞控制。

主权项

一种基于拥塞博弈的车辆网络数据分发拥塞控制方法，包括以下步骤：(1)建立车辆网络的拥塞博弈模型：{M,E,{F_i}_i∈M,{c_e}_e∈E}其中，M是参与者集合，即车辆；E是资源组，是第i个参与者的策略集，e是被竞争的资源，c_e是竞争资源e的成本函数；(2)定义基于拥塞博弈的车辆网络的效用函数：$u_i(s_i,s_{-i})=\underset{(l_i,t_i)\in s_i}{\Sigma }T{R}_i\left(\mathrm{Pr}\right)=\underset{(l_i,t_i)\in s_i}{\Sigma }\frac{\underset{d=1}{\overset{\mathrm{Pr}}{\Sigma }}{x}_{d}W\log (1+\frac{p_i{h}_i\mathrm{QoS}\left(i\right)}{{\Sigma }_{q\in {\chi }_i}{p}_q{h}_q\mathrm{QoS}\left(q\right){\sigma }^2})}{\mathrm{pr}},$其中，s_i是第i个参与者选择的策略，假如第i个参与者选择策略s_i，则其他参与者的策略方案为s_‑i，u_i(s_i,s_‑i)是第i个车辆选择策略s_i其他车辆选择行动s_‑i时的效用函数；l_i是活动中的链接，t_i是一个时隙，TR_i(Pr)是第i个车辆吞吐量，W是链路容量，x_d是在时刻d的平均分组长度，p_i是第i个车辆的传输功率，h_i是第i个车辆的信道增益，p_q是第q个车辆的传输功率，h_q是第q个车辆的信道增益，σ²是热噪声的方差，Pr是传输时延，QoS(i)是第i个车辆的服务质量，QoS(q)是第q个车辆的服务质量，χ_i是在车辆B载波侦听范围内的干扰车辆；(3)根据(2)中的效用函数，得到车辆网络拥塞博弈的势函数：其中，N_{i_e}是与第i个车辆竞争资源e的活跃车辆；(4)对(3)得到的车辆网络拥塞模型的势函数进行修正，得到修正后的势函数为：(5)根据Wardrop理论和拥塞博弈纳什均衡存在性定理，将拥塞博弈的收敛问题转换为势函数值最小化：(6)根据修正后的势函数，利用启发式算法得到车辆网络的时隙分配矩阵：6a)对于i∈M，M是处于活动中的车辆，第i个车辆随机从策略集F_i中选择策略s_i，通过修正后的势函数计算初始时刻第i个车辆的势力值；6b)重复6a)的操作，得到M个车辆的初始时刻势力值；6c)通过修正后的势函数计算第i个车辆在时隙t_i的势力值；6d)比较第i个车辆在两个相邻时隙t_i和t_i‑1的势力值：如果时隙t_i的势力值小于时隙t_i‑1的势力值，则第i个车辆在时隙t_i的策略为“1”，否则，为“0”；6e)重复进行6c)到6d)的操作，得到第i个车辆在各个时隙的策略；6f)重复进行6c)到6e)的操作，得到车辆网络的时隙分配矩阵；(7)车辆按照时隙利用矩阵进行传输或者等待选择，以避免拥塞。