[发明专利]服务密集型车载网络中的多信道MAC协议实现方法

说明书

技术领域

本发明属于车载无线通信领域，涉及MAC协议，尤其是涉及一种服务密集型车载网络中的多信道MAC协议实现方法。

背景技术

车载自组织网络是传统移动自组织网络在道路交通领域中的一种特殊应用，道路上的车辆可以与其它车辆或路边单元设施(RSU)进行通信，从而将道路上的车辆组成一个无线分布式网络。车载自组织网络是一种解决交通安全问题的有效方法，是智能交通系统中的一个重要应用。在车载自组织网络中，车辆之间通过共享各自的速度、位置以及其它安全相关信息，为人们提供一个更加安全、舒适的行车环境。

作为一种特殊的移动自组织网络，车载网络具有一般移动自组织网络不具有的特性，例如，车辆的高速移动、车辆运动轨迹受限、无线信道的不稳定性等。这些特性使车辆之间的通信变得不稳定，如何为车辆之间通信提供可靠的通信服务，成为了人们研究的热点。

IEEE802.11p标准极其协议栈WAVE是在IEEE802.11标准基础上，专门针对车载网络而提出的一种解决方案。IEEE802.11p以分布式协调功能(DCF)，即CSMA/CA方法，作为基本的接入方法。通过采用CSMA/CA方法，在车辆密度较低的网络环境下，可以有效的解决车辆之间的传输碰撞，但在车辆密度较高的网络中，车辆之间的碰撞概率显著增加。此外，采用CSMA/CA方案，隐终端问题也是影响协议性能的重要因素。

为了解决CSMA/CA方案中存在的碰撞以及隐终端问题，研究者们提出了许多基于TDMA技术的方案。采用TDMA技术，每个车辆都分配有专门的时隙用来发送消息，因此有效解决了信道竞争带来的开销以及碰撞。此外，由于车辆知道网络中节点的时隙分配信息，隐终端问题也得到了有效解决。CDMA技术以及FDMA技术也同样被广泛采用于车载网络的MAC协议设计中。通过使用不同的编码方式或不同的发送频率，车辆可以同时进行数据的发送而不会相互产生干扰，有效提高了系统的性能。

通过引入簇的概念，可以将分布式的车载网络进行集中管理。在分簇网络中，将整个网络按照一定的规则划分成不同的簇，每个簇中都选出一个簇头来对所在簇进行管理。通过分簇，将大规模的车载网络分成了无数个小规模网络，将复杂网络简化，从而使得对网络的维护变得简单。目前，分簇网络已经广泛的运用在车载网络中。

为了实现快速成簇,Nguyen等(V.Nguyen,O.T.T.Kim,D.N.M.Dang,S.S.Kim,and C.S.Hong,“Application of the Lowest-ID Algorithm in Cluster-Based TDMA System for VANETs,"in Information Networking(ICOIN),2015International Conference on.IEEE,2015,pp.25-30.)采用了最小ID算法来选择簇头，并且分配了两个时隙来广播hello消息，显著减少了用于成簇的时间。此外，用于请求带宽服务的时隙也显著减少。但是此方法只使用了一个信道，不能有效利用所有的信道资源。

Su等(H.Su and X.Zhang,“Clustering-based Multichannel MAC Protocols for QoS Provisioning over Vehicular Ad hoc Networks,”Vehicular Technology,IEEE Transactions on,vol.56,no.6,pp.3309-3323,2007.)提出了一种基于簇的多信道MAC协议。该协议将簇内通信和簇间通信分隔开来，分别在不同的信道上进行，在保证安全信息QoS的情况下，有效的提高了系统对非安全信息的吞吐量。由于此方法使用了两根天线，系统的性能得到了可靠保障，但设备生产成本也相对提高。同时，由于簇首要时刻侦听相邻簇首以及所管理簇中簇成员发送的消息，簇首不能进行服务数据的交换。

发明内容

本发明的目的是提供在服务密集型网络下，保证安全消息的可靠传输，同时提高系统对服务信息吞吐量的一种服务密集型车载网络中的多信道MAC协议实现方法。

本发明包括DS-ALOHA控制信道接入协议和服务信道时隙分配：

所述DS-ALOHA控制信道接入协议，包括以下步骤：

1)将信道分成同步间隔，每个同步间隔包含一个控制信道间隔以及一个服务信道间隔，并进一步将控制信道间隔分成消息接收阶段和簇首广播阶段；