[发明专利]分布式车联网MAC层时隙资源自适应选择方法

说明书

本发明提供一种分布式车联网MAC层时隙资源自适应选择方法，用于供车联网中的车辆节点选择时隙资源，主要包括信号发射功率自适应控制和时隙相向选择这两个部分。通过功率自适应控制，车联网中的车辆节点能够根据车流密度的实时变化情况自适应地、分布式地动态调节信号发射功率，从而调节其通信范围；通过时隙相向选择，不同行驶方向的车辆节点能够自适应地选择通信范围内的可用时隙。因此，两者结合能够让车联网中的车辆节点根据不同时段、不同地段的交通流量状况自适应地、合理地选择可用时隙进行通信，避免了车联网MAC层时隙资源浪费或不够用的情况，大大提高了网络资源的利用效率。

技术领域

本发明属于通信技术中的媒体接入技术领域，具体涉及一种分布式车联网MAC层时隙资源自适应选择方法。

背景技术

随着车载通信系统的发展和移动自组网技术的逐渐成熟，为了实现对车辆的实时、动态、智能化管理，出现了针对车联网的短程通信(Dedicated ShortRangeCommunications，DSRC)技术。车辆节点间及车辆节点与路侧节点间通过DSRC，采用点对多点、点对点方式进行位置、速度、道路环境及设备状态等信息的双向交互，将车辆与车辆、车辆与路侧的信息采集设备有机的连接起来，当感知到危险道路状况发生时，及时向车辆告警，从而可以避免道路安全事故的发生。

基于时隙预约的时隙资源分配算法是一类采用分时复用方式且可以支持车联网DSRC通信的资源分配方法，包括可靠预留ALOHA(Reliable Reserved ALOHA,RR-ALOHA)、移动分时隙ALOHA(Mobile Slotted ALOHA,MS-ALOHA)等。资源分配基于帧结构，以时隙(Timeslot)为单位。每帧(Frame)包含N个时隙，时隙的编号为1～N。在同一时间每个时隙只允许一个车辆发送数据，其基本思想如下：

当节点(如车载终端)加入网络时，需要先监听一帧时间长度内的空闲时隙资源，然后选择一个空闲时隙作为自己占用的时隙，如果节点不主动放弃所占用的时隙资源，则可一直使用所占用的时隙传输数据，在这期间其他节点不能使用该时隙。在所占用的时隙上，节点需要周期性发送帧信息(Frame Information,FI)，FI中携带该节点获得的与该节点相距约定跳数(如RR-ALOHA算法的FI中指示与发送节点相距一跳范围内的其他节点占用时隙的情况，又如MS-ALOHA算法指示与发送节点相距两跳范围内的其他节点占用时隙的情况)范围内的其他节点占用时隙的情况，指示该节点感知到的每个时隙的占用状况信息等。

参考文献1提出了分布式的TDMA接入技术(ADHOC MAC协议)用于车辆间通信。在该协议中，每帧分为固定个数的时隙，车辆随机选择空闲时隙用于信息发送。参考文献2提出了一种基于方向的分布式TDMA调度策略。在该策略中，一个方向的车辆只能竞争偶数时隙，另一个方向的车辆只能竞争奇数时隙。这种方法能够避免相向行驶车辆的合并碰撞问题。然而，参考文献1和2都并没有解决相向行驶车辆流密度变化的问题。例如，一个方向的车辆很稀疏，车流密度小，占用时隙较少；而另一个方向的车辆很密集，车流密度大，所分配时隙不够用，导致新加入车辆无法获得时隙进行通信。

参考文献3-5提出了一种基于TDMA的可靠广播机制。在该文献中，帧分为三个部分：L、R、F。L和R分别代表车辆的行驶方向，而F与路侧单元(RSU)有关。在此基础上，参考文献6提出了一种移动感知和碰撞避免的MAC协议，基于车辆所行驶的车道，参考文献6又把L和R进一步分为更小的子部分。基于行驶方向和所在的车道，车辆需要在合适的时隙集选择时隙。当行驶车道发生变化时，车辆需要改变自己所占用的时隙。这些协议都使用了固定长度的帧数，而没有考虑车辆密度的变化情况。

参考文献7提出了一种基于TDMA的增强型自适应安全信息广播协议。在该协议中，根据覆盖范围内车辆的数目变化，RSU通过集中式方式动态调整帧长和时隙分配，并优先调度低密度方向上的车辆，以适应不同车辆密度条件下的安全信息广播。因此，该方法的实现依赖于RSU，在实际应用中受到限制，适用范围小。