[发明专利]车载自组织网络中基于簇机制的多信道MAC协议方法

说明书

本发明请求保护一种基于簇机制的多信道MAC协议实现方法。首先，簇头根据簇成员的位置信息给其分配时隙，簇成员在自己的时隙内预约信道，减少同一时间接入信道的节点数。其次，由于节点的快速移动会引起邻居节点间产生碰撞，导致数据丢失，因此簇头在为簇成员分配信道时考虑簇成员邻居节点的信道占用情况。最后，簇头为簇成员分配服务信道并周期性的广播信道占用列表，簇成员在分配的信道上传输数据。提出的基于簇机制的多信道MAC协议明显减低信道碰撞概率，提高了数据传输的可靠性。

技术领域

本发明涉及车载自组织网络领域技术，尤其涉及一种基于簇机制的多信道MAC协议。

背景技术

车载自组织网络作为智能交通系统重要组成部分，能够支持车辆与车辆以及车辆与路边单元之间的无线通信，对提高车载通信安全及效率有重要作用。其中MAC协议是车载自组织网络的主要技术难点，关系到网络性能的优劣。随着车辆数量的增加，车载自组织网络规模越来越大，信道冲突随之增加，单信道MAC协议已无法满足整个网络对性能的要求。相对于单信道，多信道通信可以减少节点在每个信道上的碰撞概率，减少传输时延，因此多信道通信更容易提供较高的端到端QoS保障。

多个节点在不同的信道上同时传输消息，可以避免节点间相互干扰产生的碰撞，也提高系统吞吐量。多信道通信能够提供较高的QoS保证，但是同时也增加了通信协议的复杂性，如何把多个信道资源分配给多个节点，如何处理在不同信道上的节点间的通信等问题都需要解决。

成簇的网络结构具有良好的等级差异和分工机制，利用成簇算法进行消息的传递，则能够产生有效的消息传输机制。成簇的主要目的利用簇头能够维护相关的网络拓扑信息，降低由于拓扑变化带来的影响，减少了网络负载，便于对整个网络的管理，适用于大规模网络。

现有的MAC协议没有考虑到节点的移动会导致节点之间产生碰撞，占用相同服务信道的节点进入彼此通信范围内会产生碰撞导致数据丢失。并且随着节点数目的增加，同时接入控制信道的节点数也随之增加，这会给控制信道带来很大压力，造成阻塞。因此本发明利用基于簇机制的多信道MAC协议来解决以上问题。

发明内容

针对现有技术的不足，提出了一种减低信道碰撞概率、提高了数据传输的可靠性的车载自组织网络中基于簇机制的多信道MAC协议方法，本发明的技术方案如下：一种车载自组织网络中基于簇机制的多信道MAC协议方法，其包括以下步骤：

101、建立车载自组织网络拓扑模型，车载自组织网络模型由单向道路上的车辆组成，把这些车辆划分为若干个簇，每个簇包含一个簇头和若干个簇成员，通过最小ID成簇算法来选择簇头，簇头根据簇成员状态来动态指定和分配服务信道，每个车辆装备一个GPS接收器，用于获取车辆所在的位置，每个车辆使用两部收发台，一部工作在控制信道，用于紧急消息和控制分组的收发；另一部在服务信道之间切换，用于簇内数据包的收发；

102、簇内的每个节点周期性地通过GPS及hello消息获取邻居节点车辆节点的位置、速度和节点类型信息；其中簇头节点和自己簇内的普通节点保持时间上的同步；

103、簇内节点根据获取的簇内其他节点位置、节点类型信息确定节点接入控制信道的时隙；

104、当簇内节点携带紧急消息时，直接在控制信道上广播紧急消息；当簇内节点携带非紧急消息时，则在自己的时隙内预约信道；

105、当簇成员有数据发送时，簇内节点向簇头申请接入信道，簇头收到数据后，根据数据的类型安排簇成员接入信道；簇头根据邻居节点占用信道信息及接入信道申请分配信道给簇内节点。

进一步的，步骤103中簇内节点根据获取的簇内其他节点的位置、节点类型信息确定节点接入控制信道的时隙的步骤具体包括：

B1、簇内节点通过GPS获取当前位置、速度和节点类型信息；节点通过周期性的hello消息获取邻居节点的当前位置、速度和节点类型信息；簇成员周期性的发送自己的状态信息给簇头；