基于Markov链的车载自组网MAC层建模及分析

孙 伟，张和生，2，潘 成，杨 军，白 喆

（1.北京交通大学 电气工程学院，北京100044；2.北京交通大学 轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京100044）

0 引 言

车 载 自 组 网（Vehicular ad－hoc networks，VANETs）依靠先进的信息技术和通信技术为日益严重的交通问题，如道路拥堵和事故频发，提供了解决方案［1］。

在车辆间和车辆与基础设施间的通信中，VANETs采用2010年批准的IEEE 802.11p［2］作为底层协议以解决车辆环境下的无线接入问题，如车辆高速移动导致的通信拓扑频繁变换及不同应用类型通信性能的不同需求等。而MAC（Media access control）层在上述通信问题解决中起着重要作用。

IEEE 802.11p MAC采用IEEE 802.11e［3］的增强型分布信道访问（Enhanced distributed channel access，EDCA）机制以提供多种应用类型的服务，然而不同类型的服务质量（Quality of service，QoS）要求不同，如安全类应用实时性要求较高［4］。IEEE 802.11p MAC 层对其参数进行了修改以适用于车路环境。为满足不同类型应用的QoS，需要对IEEE 802.11p的网络性能进行分析，并对性能指标进行求解，如吞吐量、时延、丢包率等。

很多文献采用分析模型对IEEE 802.11e EDCA 机制进行了研究。其中大部分是对Bianchi模 型［5］的 改 进，如 文 献［6］对DCF（Distributed coordination function）的非饱和吞吐量进行了计算。文献［7］提出了基于Markov链的分析模型，但未考虑消息内部碰撞。文献［8］建立了IEEE 802.11e的综合分析模型对其性能进行分析。文献［9，10］使用三维Markov 链对IEEE 802.11e EDCA 机制的不同接入类（Access categories，ACs）性能进行了分析。文献［11］采用Markov链模型研究了IEEE 802.11p协议在安全方面的应用。文献［12］采用二维Markov链对IEEE 802.11p EDCA 机制进行了分析，该模型分析时并未考虑信道忙时退避计数器的挂起机制。

本文采用二维Markov链建立了IEEE 802.11p EDCA 机制的饱和模型，通过该模型对吞吐量、丢包率和时延进行了求解。……