附圖說明】
[0042] 圖1為本發(fā)明的信息物理系統(tǒng)模型示意圖；
[0043] 圖2為本發(fā)明的擁塞控制方法實施流程圖。
【具體實施方式】
[0044] 以下將結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述，需要說明的是，本實施例以本技術方 案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍并不限于本實 施例。
[0045] 如圖1所示，車輛和車輛之間可以進行通信，也可以與RSUs進行通信，RSUs之間 也可以進行通信。假設在信息物理系統(tǒng)中有N。個控制器和Nsf傳感器，其中，控制器包括 RSUs和以Ad hoc方式交換安全信息的車輛，而傳感器則是安裝在車輛或RSUs上的裝置，通 過收發(fā)機監(jiān)聽信道狀況，以探測物理世界的負載情況。
[0046] 為了簡化，假定在每一個控制器的操作和傳感器的觀察都是標量的，以及物理子 系統(tǒng)的變化是線性的且不受擾動的影響。物理子系統(tǒng)的線性變化可以由下式給出：
[0047]
[0048] x(t)是一個M階向量，用于表示物理子系統(tǒng)的狀態(tài)，是一個連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)；u(t)表 示控制操作向量，控制器n的控制操作向量表示為un;y(t)表示傳感器的觀察向量，傳感器 n的觀察向量表示為yn;
[0049] A、B、F、C、G均為增益矩陣，A代表x(t)對的增益，B代表u(t)對:的增益， w代表物理子系統(tǒng)的系統(tǒng)過程噪聲，服從均值為0,協(xié)方差為Q的高斯分布，即w~N(0,Q)， F代表w對印）的增益，C代表x(t)對觀察變量y(t)的增益，v是服從均值為0和協(xié)方差 為R的高斯測量噪聲，即v~N(0,R)，G代表v對y(t)的增益。
[0050] 在信息子系統(tǒng)中，假定所有車輛都在RSUs的廣播范圍內，并假定所有車輛都使用 同一信道并使用通配符。另外，設定一次擁塞控制執(zhí)行的時間與IEEE802. lip協(xié)議中的 beacon interval(廣播中相鄰兩個beacon之間的時間間隔）一樣。
[0051] 802.llpMAC是傳統(tǒng)802. 11MAC修訂版。車輛間的安全通信需要瞬時的信息交換能 力，所以車輛沒有能力掃描一個信息服務集（BSS)的beacon幀，以及執(zhí)行隨后的多次握手 過程以建立通信。因此，將所有IEEE802.lip的收發(fā)機默認設置為在同一信道上，配置相同 的基本服務集標識符（BSSID)，使車輛能夠進行安全通信是有必要的。在通常情況下，只有 屬于同一BSS的站點才能進行通信，而IEEE802.lipWAVE的一個關鍵的修改部分是"WAVE mode"這一術語：一個運行在WAVEmode模式下的站點，不需要事先屬于任何一個BSS，可 以使用通配符BSSID與周圍的車輛進行通信，從而避免了兩車都必須屬于同一BSS這一必 要。這意味著，當兩輛車相遇后，只要他們的收發(fā)機運行在同一頻道并且兩車都使用通配符 BSSID即可立即開始進行通信，而不需要其他任何額外的開銷。
[0052] 擁塞控制的流程如圖2所示。RSUs收集負載狀態(tài)，即系統(tǒng)的觀察變量，然后計算擁 塞控制向量，并將擁塞控制向量通過廣播的方式，發(fā)送給其廣播范圍內的每一個車輛節(jié)點。 車輛節(jié)點根據收到的擁塞控制向量計算控制操作，實施擁塞控制。
[0053] 因為在RSU集中控制車輛通信的情況下，仍存在一些車輛為了安全業(yè)務以Ad hoc 的方式進行彼此間的通信，所有擁塞控制中可能存在以下情況：
[0054] 1)-個beacon幀的間隔內，沒有任何以Ad hoc方式進行通信的車輛對；
[0055] 2)在一個beacon幀的間隔內，至少存在一對以Adhoc方式進行通信的車輛；
[0056] 3)在beacon幀的廣播時間內，至少存在一對偶爾以Adhoc方式進行通信的車 輛；
[0057] 4)Adhoc方式通信的車輛節(jié)點同時會在beacon幀的廣播期間和beacon幀的間隔 內發(fā)送信息。
[0058] 基于存在以上這些情況，一個線性反饋控制模型被用于信息子系統(tǒng)和物理子系統(tǒng) 的連接中，表示為：
[0059]u(t) =Ky(t)；
[0060] 其中，K是一個反饋增益矩陣，即擁塞控制向量，如果車輛j被分配在時隙i，車輛j 運行在RSUs集中控制模式下，矩陣K這里就有一個特殊的結構，Klj= 1;同樣，若Klj= 0， 表示車輛j不會占用時隙i，此時的時隙i可能已經被分配或者預留給其他車輛。在同一時 隙中的多個傳輸是被允許的，并且依賴于當前負載狀態(tài)和接收信噪比的門限值。例如，在廣 播完一個beacon幀后，每個車輛根據之前的信道負載的觀察得到一個矩陣K:
[0061]
[0062] 其中，矩陣K中的行和列代表專門的車輛和時隙，在這個例子中，每一個時隙被兩 個車輛占用，例如時隙1被車輛1和車輛3占用。
[0063] 矩陣K的值根據前述存在的情況1)-4)的不同而不同：
[0064] 針對情況1)，K能完全由RSUs測量；
[0065] 針對情況2)，K； =K+K，K表示基于RSUs感知到的負載狀態(tài)的第一次時隙分 配，K表示基于收到的秦，對Adhoc節(jié)點的第二次時隙分配；
[0066] 針對情況3)，Adhoc車輛在beacon的廣播期間進行數據傳輸，增益矩陣由f 表示，K是兩部分的和：一個是在beacon廣播時間內對Adhoc節(jié)點的增益，另一個是在 beacon幀間隔內，由RSUs控制的以集中方式進行通信的節(jié)點的增益；
[0067]針對情況4)，系統(tǒng)的增益矩陣是按照情況2)得到的矩陣K和按照情況3)得到的 矩陣K的和。
[0068] 基于以上幾種情況，將信息物理系統(tǒng)分為離散子系統(tǒng)和連續(xù)子系統(tǒng)，即為一個混 合動態(tài)系統(tǒng)，其中，離散子系統(tǒng)是指情況1)-情況4)，連續(xù)子系統(tǒng)為情況1)-4)中任一情況 下的連續(xù)系統(tǒng)變化；整個信息物理系統(tǒng)的動態(tài)變化表示為：
[0069]
[0070] 上式描述了信息物理系統(tǒng)的變化過程，其中，x(t)是一個M階向量，用于表示物理 子系統(tǒng)的狀態(tài)，是一個連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)；q(t)代表情況1) _情況4)，是一個離散的系統(tǒng)狀態(tài)， q(t)連續(xù)的動態(tài)變化來自于信息物理系統(tǒng)的連續(xù)子系統(tǒng)，離散的動態(tài)變化來自于這些連續(xù) 子系統(tǒng)之間的轉換；Aq<t) =A+BKqmC，f=BKGv+Fw，其中，A、B、F、C、G均為增益矩陣， A代表x(t)對i⑴的增益，B代表u(t)對勸）的增益，w代表物理子系統(tǒng)的系統(tǒng)過程噪聲， 服從均值為〇,協(xié)方差為Q的高斯分布，即w~N(0,Q)，F代表w對的增益，C代表x(t) 對觀察變量y(t)的增益，v是服從均值為0和協(xié)方差為R的高斯測量噪聲，即v~N(0,R)， G代表v對y⑴的增益；Kq(t)代表步驟S4中情況1) -4)下K的值，而在f=BKGv+Fw中， 因為加和性，N'依然是一個高斯白噪聲，在上述情況1)-4)中都存在，所以N' =BKGv+Fw 中K代表上述情況1)-4)中都不隨系統(tǒng)情況而變化的增益矩陣。
[0071] 以下將描述矩陣K的測量方法。如前所述，在IEEE802.lip網絡中的大多數擁塞 控制策略中，當測量到信道負載超過50%，將會禁止另一個正在進行的傳輸。因此，在本發(fā) 明中，將50%作為信道負載的一個穩(wěn)定值，通過將時間連續(xù)的系統(tǒng)狀態(tài)和觀察值離散化為 時隙，并使其在穩(wěn)定值即〇. 5附近線性化，得到：
[0072]xd+1 =x*+A(xd-x*)+B(ud-u*) +Fw；
[0073]yd+1 =x*+C(xd-x*)+Gv；
[0074] xd+1為系統(tǒng)d+1時刻的狀態(tài)值，yd+1為系統(tǒng)d+1時刻的觀察值，xd為系統(tǒng)d時刻的 狀態(tài)值，^為系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)值，u$為系統(tǒng)控制操作向量的穩(wěn)態(tài)值，u,為系統(tǒng)的d時刻的控 制操作向量。
[0075] 由于想要將下一個時隙的信道負載根據當前負載的狀態(tài)控制在穩(wěn)定狀態(tài)附近，因 此對下一時隙系統(tǒng)狀態(tài)的預測是必要的。另外，系統(tǒng)狀態(tài)和觀察值的噪聲都是高斯白噪聲， 所以能夠使用最優(yōu)狀態(tài)濾波估計，如卡爾曼濾波估計。又因為在近似測量，精確的系統(tǒng)狀態(tài) 很難獲得，而本發(fā)明的反饋控制基于系統(tǒng)觀察值，因此本發(fā)明的反饋控制是次最優(yōu)的。
[0076] 為系統(tǒng)定義一個離散價值函數，以懲罰信道負載偏差和最小化控制開銷，當J達