張建偉　徐位凱

【摘要】 車載自組織網(wǎng)（VANET）作為智能交通系統(tǒng)的重要技術(shù)，受到越來越多的關(guān)注，本文提出一個新的基于指數(shù)有效SINR映射（EESM）的車載網(wǎng)絡(luò)仿真平臺，仿真結(jié)果表明，新的建模能夠精確再現(xiàn)鏈路級誤包率性能，比傳統(tǒng)平臺有更高的精確度。

【關(guān)鍵詞】 VANET EESM 建模 誤包率

一、引言

隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，汽車在人們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓狡毡?。為解決日益嚴重的交通問題，車載自組織網(wǎng)絡(luò)（VANET）及其標準IEEE802.11p應(yīng)運而生。車載自組織網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的移動自組織網(wǎng)（MANET），在高速移動的環(huán)境下，通過車與車，車與路邊單元的相互通信構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡(luò)，用于輔助駕駛，事故避免，提高交通的安全性，有效性。

在車載網(wǎng)絡(luò)中，車輛通過廣播安全業(yè)務(wù)包來保證交通安全，誤包率是影響車載網(wǎng)絡(luò)有效工作的重要指標。

最早的VANET網(wǎng)絡(luò)仿真建模中，用一個接收能量門限作為衡量數(shù)據(jù)包是否被正確接收的指標。僅當(dāng)數(shù)據(jù)包未發(fā)生碰撞并且其接收能量超過了一個預(yù)定的門限值，該數(shù)據(jù)包才被判定為正確接收，該模型由于精確度過低被淘汰。之后Q.Chen提出一個基于SINR門限的模型[1]，當(dāng)接收包的SINR超過了預(yù)定的門限值（基于經(jīng)驗結(jié)果）時，該數(shù)據(jù)包被判定為正確接收，這種建模被廣泛的運用在各種研究以及仿真平臺中，成為VANET物理層傳統(tǒng)建模。但是，這種建模把物理層高度的抽象化了，整個數(shù)據(jù)包被抽象成一個傳輸單元，完全忽略了無線通信信號處理的細節(jié)，無法反應(yīng)信道選擇性和數(shù)據(jù)包長度對傳輸性能的影響，精確度有待提高。

本文提出一個基于指數(shù)有效SINR映射（EESM）的車載網(wǎng)絡(luò)仿真建模，能夠以較低的仿真復(fù)雜度得到比傳統(tǒng)建模更精確的誤包率性能曲線。EESM是一種復(fù)雜度低并且精確度高的OFDM鏈路級仿真和系統(tǒng)級仿真之間的映射方法，它能夠?qū)⑺ヂ湫诺乐械亩鄠€瞬時SINR映射成AWGN（Additive White Gaussian Noise）信道下的單個SINR，將信道的多狀態(tài)轉(zhuǎn)化為單狀態(tài)，然后通過查找AWGN信道下該SINR和誤包率之間的對應(yīng)關(guān)系，可以得到精確的誤包率值，能夠很好的解決VANET物理層建模的仿真復(fù)雜度和仿真精確度之間的權(quán)衡問題。

二、EESM介紹

當(dāng)OFDM所有子載波采用相同的編碼調(diào)制方式（MCS）時，EESM可以將k個子載波的SINR集合γk映射成AWGN信道下的單個有效SINR值γeff，然后再用這個有效的SINR值查找到相應(yīng)誤包率的估計值。其基本原理如圖1所示：

EESM的映射公式可以由chernoff聯(lián)合界推導(dǎo)得出：

三、建模介紹

信道建模：VANET的標準IEEE802.11p使用OFDM技術(shù)，頻段設(shè)置在5.9GHz，每個子信道的帶寬為10MHz。故其信道為時間-頻率雙選擇性信道，信道建模必須反映出這個特性。本文信道建模包含大尺度衰落和小尺度衰落，大尺度衰落采用Two-Ray Ground，小尺度衰落實現(xiàn)了專門為車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的高速公路場景下的小尺度衰落[2]。

MAC層：采用IEEE802.11p規(guī)定的帶沖突避免的載波偵聽多址接入技術(shù)（CSMA/CS）。

物理層建模：以EESM為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)包的多個子載波的瞬時SINR映射成單個有效SINR，在利用該有效SINR在AWGN信道下的誤包率性能得到需要的誤包率值，具體原理請參看第二章。

四、仿真結(jié)果

本章將對新建模和傳統(tǒng)SINR門限建模[3]的仿真性能作出對比，仿真場景為高速公路，信道忙時設(shè)為30%，車輛運行時間60s，廣播的安全數(shù)據(jù)包發(fā)送頻率為10Hz。

圖2為802.11p協(xié)議中的三種發(fā)送速率下，兩種建模的收包率-SINR的性能圖（收包率=1-誤包率），二者仿真復(fù)雜度基本相同。而從圖中可以看出，傳統(tǒng)建模方法較為粗糙，其包接收率在SINR門限處直接由0跳變至1，即當(dāng)接收包的SINR值低于門限值時，被判定為接收錯誤，其SINR大于等于門限值時，判定為正確接收，而基于EESM的建?？梢苑从吵鍪瞻屎蚐INR之間一一對應(yīng)的關(guān)系。不僅如此，對比數(shù)據(jù)包大小為400bytes和100bytes的仿真圖可以發(fā)現(xiàn)，EESM建?？梢苑从吵霾煌瑪?shù)據(jù)包大小對傳輸性能的影響，其包大小為100bytes的曲線相對于400bytes的曲線有大約2dB的增益，傳統(tǒng)門限判決建模無法反映出包大小對傳輸性能的影響。傳統(tǒng)門限建模的不足之處可能導(dǎo)致錯誤仿真的仿真結(jié)果，適用性不足?；贓ESM的新車載平臺建模方法在保持較低仿真復(fù)雜度的情況下有更高的仿真精確度，必將取代傳統(tǒng)SINR門限建模。

五、總結(jié)

誤包率是影響車載網(wǎng)絡(luò)通信性能的重要指標，傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)仿真平臺對物理層的建模過于粗糙，無法精確再現(xiàn)鏈路級誤包率性能，本文提出一個基于EESM的新建模，在不提升仿真復(fù)雜度的情況下，顯著提升了仿真的精確度。該建?？捎糜赩ANET擁塞控制，最優(yōu)發(fā)送速率研究，發(fā)送功率控制等方面，為車載研究提供了新的思路。

參 考 文 獻

[1] Q. Chen， F. Schmidt-Eisenlohr， D. Jiang， M. Torrent-Moreno， L. Delgrossi， and H. Hartenstein，： Overhaul of IEEE 802.11 modeling and simulation in ns-2 Proc.10th ACM/IEEE Symp. Model. Anal. Simul. Wireless Mobile Systems， Chania， Crete Island， Greece， pp. 159–168， 2007.

[2] G. Acosta-Marum and M. A. Ingram，： Six time- and frequency selective empirical channel models for vehicular wireless LANs. IEEE Veh. Technol. Mag.， vol. 2， no. 4， pp. 4-11， 2007.

[3] D. Jiang， Q. Chen， and L. Delgrossi： Optimal data rate selection for vehicle safety communications， VANET '08 Proc. 5th ACM Int. Workshop Veh. Inter-Networking， pp. 30-38， 2008.