專利名稱：一種vanet媒體接入控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種車輛自組織網(wǎng)絡(luò)(Vehicular Ad-hoc Networks,簡(jiǎn)稱 VANET)媒體接入控制方法。
背景技術(shù)：
目前，車輛自組織網(wǎng)絡(luò)VANET的重要應(yīng)用主要包含兩部分一是改善交通安全的應(yīng)用，要求交通安全信息能夠快速及時(shí)地在節(jié)點(diǎn)之間傳遞；二是提高交通效率和舒適性的應(yīng)用，要求網(wǎng)絡(luò)能夠支持節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的傳輸。要實(shí)現(xiàn)這樣二元化的應(yīng)用，最大的挑戰(zhàn)在MAC協(xié)議，如何構(gòu)建有效支持這兩種應(yīng)用的統(tǒng)一的MAC (Media Access Control, BP介質(zhì)訪問控制)協(xié)議，如何合理分配和利用無線信道資源，如何在分布式環(huán)境下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和管理等，都是十分值得研究的課題。在現(xiàn)有的MAC協(xié)議中，IEEE802. 11協(xié)議在VANET中應(yīng)用廣泛，該協(xié)議成本低，易于實(shí)現(xiàn)。然而目前的IEEE802. 11是面向單信道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，運(yùn)用到密度大的車輛環(huán)境中很容易引起沖突，從而導(dǎo)致大的時(shí)延，甚至造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。而VANET對(duì)交通安全信息包的延遲非常敏感，所以該協(xié)議不能很好的滿足VANET的應(yīng)用。采用多信道技術(shù)可以有效的解決單信道網(wǎng)絡(luò)所存在的網(wǎng)絡(luò)擁塞、隱藏終端及暴露終端等問題。通過使用多信道技術(shù)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)在多個(gè)信道中傳輸數(shù)據(jù)，從而大大提高系統(tǒng)容量和網(wǎng)絡(luò)吞吐率。在VANET中，常用的多信道技術(shù)有FDMA和CDMA。FDMA在有限帶寬內(nèi)，車輛密度較大的場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)起來比較困難，且需提供多個(gè)WiFi接口。CDMA因?yàn)椴捎玫刂反a區(qū)分用戶，用戶間可以共享同一帶寬，節(jié)點(diǎn)只需要一個(gè)WiFi接口，當(dāng)車輛密度較大時(shí)，可有效的利用無線資源，減少網(wǎng)絡(luò)沖突，提高網(wǎng)絡(luò)容量?；贒S-CDMA的MAC協(xié)議，存在一個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)地址碼干擾所帶來的遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，不過這可以通過合理的碼分配機(jī)制來降低影響。在文獻(xiàn)(I) H. Tan, ff. K. G. Seah, andK.Chan. “Distributed CDMA Code Assignment for Wireless Sensor Networks，” 2006IEEE, pp. 139-142, 2006. 07.以及文獻(xiàn)(2):田甜，孫獻(xiàn)璞，王子奮.Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)頻多址接入?yún)f(xié)議的研究與展望[J].電子科技，2005，vol. 09.中提出了一種典型的碼分配機(jī)制，它通過在發(fā)送節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間交換可用的地址碼信息來實(shí)現(xiàn)碼道的預(yù)約，但該類方式的一個(gè)嚴(yán)重問題是控制碼道上大量控制信息的傳輸會(huì)導(dǎo)致較大的沖突，且接入時(shí)延長(zhǎng)，不能有效地支持廣播通信，協(xié)議設(shè)計(jì)復(fù)雜。在文獻(xiàn)(3) :T. Al-Meshhadany and ff. Ajib. “NewCDMA-Based MAC Protocol for Ad Hoc Networks,，，2007 IEEE, pp. 91-95.中，作者提出了一種簡(jiǎn)單的碼分配機(jī)制，通過將時(shí)間分成與可用碼道個(gè)數(shù)相同的時(shí)隙，各節(jié)點(diǎn)通過在單位時(shí)隙內(nèi)完成對(duì)地址碼的競(jìng)爭(zhēng)，如果在該時(shí)隙沒有成功接收CTS (Clear-To-Send)信號(hào)，則競(jìng)爭(zhēng)失敗。但該碼分配機(jī)制未考慮在單位時(shí)隙內(nèi)，各節(jié)點(diǎn)均在時(shí)隙開始處發(fā)送RTS(Request-To-Send,即請(qǐng)求發(fā)送)信號(hào),仍會(huì)造成控制碼道上沖突事件的頻發(fā),致使節(jié)點(diǎn)在該單位時(shí)隙內(nèi)成功接收CTS信號(hào)的概率降低。并且在該碼分配機(jī)制中，數(shù)據(jù)碼道的幀長(zhǎng)度和控制碼道的幀長(zhǎng)度相同，對(duì)于需要多個(gè)數(shù)據(jù)碼道的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)必須多次發(fā)送RTS/CTS信號(hào)，吞吐率低。另外，在VANET的當(dāng)前研究中，同時(shí)支持交通安全信息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信息的統(tǒng)一 MAC協(xié)議很少。綜上所述，VANET迫切需要提出一種滿足上述情況的媒體接入控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種VANET媒體接入控制方法，以解決車輛自組織網(wǎng)絡(luò)中交通安全信息及時(shí)廣播和P2P通信中碼道分配復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)接入延遲，低吞吐率的技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明VANET媒體接入控制方法，其特征在于，包括以下步驟
(I)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境配置I. I)、在可用碼道中，分配兩個(gè)碼道作為傳輸控制信息(RTS/CTS信號(hào))的控制碼道和傳輸廣播信息的廣播碼道，其余的作為數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)碼道；并在物理信道中劃分出了一個(gè)忙音信道，用于節(jié)點(diǎn)發(fā)送忙音信號(hào)通知鄰居節(jié)點(diǎn)當(dāng)前廣播碼道正被占用；I. 2)、整個(gè)時(shí)間被分為周期性的控制幀和數(shù)據(jù)幀，控制幀又分為前導(dǎo)時(shí)隙和與可用數(shù)據(jù)碼道個(gè)數(shù)相同的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙；前導(dǎo)時(shí)隙用于VANET中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的同步，接到GPS信號(hào)時(shí)，即前導(dǎo)時(shí)隙起始位置，GPS信號(hào)的間隔周期等于控制幀和數(shù)據(jù)幀的時(shí)間長(zhǎng)度；競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙和地址碼一一對(duì)應(yīng)(通過將時(shí)隙和地址碼編號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng))，在控制幀內(nèi)，目的節(jié)點(diǎn)回復(fù)CTS應(yīng)答所在的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙所對(duì)應(yīng)的地址碼就是請(qǐng)求通信的節(jié)點(diǎn)成功預(yù)約的數(shù)據(jù)碼道；數(shù)據(jù)幀用于保證當(dāng)前周期所有競(jìng)爭(zhēng)碼道成功的節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)傳輸；I. 3)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都配有一個(gè)工作在忙音信道窄帶帶外忙音收發(fā)機(jī)和一個(gè)半雙工收發(fā)機(jī)，其中，帶外忙音收發(fā)機(jī)用于廣播數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)送和監(jiān)聽忙音信號(hào)，半雙工收發(fā)機(jī)用于DS-CDMA的共享物理信道，其配有兩個(gè)相關(guān)接收機(jī)，分別用于VANET的P2P通信和廣播通 目;(2)、交通安全信息廣播當(dāng)節(jié)點(diǎn)有廣播數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，先監(jiān)聽忙音信道是否空閑(通過在忙音信道上進(jìn)行載波監(jiān)聽，有載波，則表示忙，無載波，則表示空閑)，如果忙，則進(jìn)行二進(jìn)制退避直到忙音信道閑；否則根據(jù)廣播數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間判斷是否會(huì)影響節(jié)點(diǎn)進(jìn)入下一周期的前導(dǎo)時(shí)隙同步，如不影響，則在忙音信道上發(fā)送忙音信號(hào)，同時(shí)在廣播碼道上發(fā)送廣播數(shù)據(jù)；否則退避直到下一周期的前導(dǎo)時(shí)隙結(jié)束；(3)、Ρ2Ρ 通信3. I)、預(yù)約碼道Α、當(dāng)節(jié)點(diǎn)有P2P通信請(qǐng)求時(shí)，首先監(jiān)聽忙音信道，若忙音信道是否空閑，如果忙，則表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)有廣播數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)點(diǎn)退避；否則Α-1、若控制碼道空閑(通過在控制碼道上進(jìn)行載波監(jiān)聽，有載波，則表示忙，無載波，則表示空閑)，節(jié)點(diǎn)在RTS幀內(nèi)填入與目的節(jié)點(diǎn)通信的時(shí)間，然后發(fā)送RTS請(qǐng)求；若控制碼道不空閑，則啟用二進(jìn)制退避進(jìn)程，首先節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選取K個(gè)時(shí)隙，K值小于最大時(shí)隙數(shù)，作為自己的高優(yōu)先級(jí)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙；如果當(dāng)前時(shí)隙在節(jié)點(diǎn)所選取的高優(yōu)先級(jí)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙中，二進(jìn)制退避的窗口大小從(O，Cff)選擇，否則從(CW，Cffmax)選擇，其中CW，Cffmax分別為二進(jìn)制退避算法的當(dāng)前窗口大小和最大窗口大小；A-2、如果節(jié)點(diǎn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到來自目的節(jié)點(diǎn)的CTS應(yīng)答，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)成功預(yù)約了 CTS應(yīng)答回復(fù)時(shí)刻所在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)碼道；如果節(jié)點(diǎn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到CTS應(yīng)答，則節(jié)點(diǎn)啟用二進(jìn)制退避，參與其他時(shí)隙的競(jìng)爭(zhēng)。B、當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)收到RTS請(qǐng)求時(shí)，首先判斷是否已接受其他節(jié)點(diǎn)的通信請(qǐng)求，若沒有則在回復(fù)的CTS幀內(nèi)，填寫源地址，目的地址，當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙編號(hào)及與源節(jié)點(diǎn)通信的時(shí)間，否則丟棄該RTS請(qǐng)求不作任何處理；C、對(duì)于收到RTS請(qǐng)求和CTS應(yīng)答的非相關(guān)節(jié)點(diǎn)，提取RTS幀和CTS幀內(nèi)的源節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)地址及源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)通信時(shí)間信息填入通信狀態(tài)表中；當(dāng)此類節(jié)點(diǎn)有P2P通 信請(qǐng)求時(shí)，首先查閱通信狀態(tài)表，如果目的節(jié)點(diǎn)已在通信狀態(tài)表中且仍在通信(根據(jù)通信狀態(tài)表中的通信時(shí)間判斷)，則節(jié)點(diǎn)選擇大于通信時(shí)間的窗口執(zhí)行二進(jìn)制退避；3. 2)、數(shù)據(jù)通信當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功預(yù)約碼道后，立刻切換到相應(yīng)的數(shù)據(jù)碼道上；如果當(dāng)前沒有廣播數(shù)據(jù)的傳輸，則開始向目的節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，否則等待廣播通信結(jié)束；當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信結(jié)束后，立刻又切換到控制碼道進(jìn)行監(jiān)聽，如果還有數(shù)據(jù)傳輸，則繼續(xù)參與其他數(shù)據(jù)碼道的競(jìng)爭(zhēng)；3. 3)、數(shù)據(jù)幀結(jié)束當(dāng)數(shù)據(jù)幀結(jié)束后，所有節(jié)點(diǎn)接到GPS信號(hào)，在前導(dǎo)時(shí)隙重新同步，進(jìn)入下一周期的控制幀和數(shù)據(jù)幀，并清空當(dāng)前的通信狀態(tài)表。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟(2)中，檢測(cè)到忙音信號(hào)的鄰節(jié)點(diǎn)也要發(fā)送忙音信號(hào)，這樣在發(fā)送節(jié)點(diǎn)兩跳范圍內(nèi)的其它節(jié)點(diǎn)不能傳送信號(hào)，從而進(jìn)一步避免沖突。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明VANET媒體接入控制方法，通過在可用碼道中分配一個(gè)專有碼道即廣播碼道用于交通安全信息廣播，并在物理信道中劃分出了一個(gè)忙音信道用于節(jié)點(diǎn)發(fā)送忙音信號(hào)通知鄰居節(jié)點(diǎn)當(dāng)前廣播碼道正被占用，解決了廣播碼道上的隱藏終端問題，同時(shí)，將交通安全信息廣播置于優(yōu)先位置，確保了交通安全信息廣播的及時(shí)性。此外，通過選擇K個(gè)時(shí)隙作為高級(jí)優(yōu)先競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙，退避窗口選擇區(qū)域增加，多個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇到同樣大小的窗口的概率降低，從而同一時(shí)刻發(fā)送RTS請(qǐng)求競(jìng)爭(zhēng)碼道的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)降低，沖突概率降低，減小節(jié)點(diǎn)接入延遲，同時(shí)將時(shí)間整體規(guī)劃為周期性的控制幀和數(shù)據(jù)幀，使得節(jié)點(diǎn)相關(guān)信息能進(jìn)行周期性地更新，可較好適應(yīng)車輛網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，最后利用DS-CDMA的多址接入優(yōu)勢(shì)有效提聞VANET的網(wǎng)絡(luò)吞吐率。


圖I是本發(fā)明VANET媒體接入控制方法中時(shí)間幀結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明應(yīng)用的一場(chǎng)景示例圖；圖3是圖2場(chǎng)景中各節(jié)點(diǎn)工作時(shí)序圖；圖4是圖2場(chǎng)景中節(jié)點(diǎn)B隨機(jī)選取時(shí)隙示例圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡 化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。本發(fā)明VANET媒體接入控制方法的應(yīng)用是基于(I)整個(gè)車輛自組織網(wǎng)絡(luò)已知路由，所以節(jié)點(diǎn)的通信請(qǐng)求目的方限制為通信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，即路由的下一跳節(jié)點(diǎn)，而不是最終的目的節(jié)點(diǎn)；(2) DS-CDMA系統(tǒng)可提供N+2個(gè)可用偽隨機(jī)碼，且各碼之間嚴(yán)格正交，其中，Cm為控制碼道，Cb為廣播碼道，其余C1到Cn為數(shù)據(jù)碼道。下面將給出本發(fā)明中一些具體參數(shù)的設(shè)置I、時(shí)間幀結(jié)構(gòu)如圖I所示，將整個(gè)時(shí)間整體規(guī)劃為周期性的控制幀和數(shù)據(jù)幀，控制幀和數(shù)據(jù)幀組成一個(gè)時(shí)間幀。控制幀又分為前導(dǎo)時(shí)隙和與可用數(shù)據(jù)碼道個(gè)數(shù)相同的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙。在控制幀內(nèi)，節(jié)點(diǎn)可以通過在控制碼道上傳輸RTS/CTS消息來競(jìng)爭(zhēng)碼道，目的節(jié)點(diǎn)回復(fù)CTS應(yīng)答所在的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙所對(duì)應(yīng)的地址碼就是請(qǐng)求通信的節(jié)點(diǎn)成功預(yù)約的數(shù)據(jù)碼道。當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)成功后，立即切換到相應(yīng)數(shù)據(jù)碼道傳輸數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)幀是為了保證本周期所有競(jìng)爭(zhēng)數(shù)據(jù)碼道成功的節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)傳輸。a)、控制幀單位時(shí)隙計(jì)算如圖I所示，控制幀被分為一個(gè)前導(dǎo)時(shí)隙和N個(gè)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙，其中，前導(dǎo)時(shí)隙用于各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)隙同步。在本實(shí)施例中，控制幀中的單位時(shí)隙即一個(gè)前導(dǎo)時(shí)隙或競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙為tslot=(DIFS+tETS+tCTS+DIFS)，DIFS是幀間最小間隔，tETS是RTS請(qǐng)求傳輸?shù)臅r(shí)間，tCTS是CTS應(yīng)答傳輸?shù)臅r(shí)間。該時(shí)隙時(shí)間是節(jié)點(diǎn)獲得競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙所要花費(fèi)的最短時(shí)間，用最短時(shí)間來確定時(shí)隙時(shí)間，不僅可以保證在理想情況下，所有時(shí)隙均被占用，又可以避免兩個(gè)節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)到同一時(shí)隙。發(fā)送節(jié)點(diǎn)獲得哪個(gè)碼道是根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)回復(fù)CTS應(yīng)答的當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙得到的，如果CTS應(yīng)答在一個(gè)時(shí)隙的開始處發(fā)送，如果tsl(rt設(shè)置過長(zhǎng)，則有可能造成下一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)和該節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)到同一時(shí)隙，從而造成碼道沖突。b)、數(shù)據(jù)幀時(shí)間計(jì)算設(shè)置數(shù)據(jù)幀是為了保證當(dāng)前周期所有競(jìng)爭(zhēng)信道成功的節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)傳輸，如果沒有數(shù)據(jù)幀只有控制幀，就有可能出現(xiàn)有些節(jié)點(diǎn)在本周期還未完成數(shù)據(jù)傳輸就進(jìn)入了下一控制幀的情況，而在下一控制幀中正使用的數(shù)據(jù)碼道又被其他節(jié)點(diǎn)預(yù)約，造成沖突。在本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)幀的時(shí)間以競(jìng)爭(zhēng)到最后一個(gè)時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，數(shù)
據(jù)幀時(shí)間 ^DataFrame (tDataTrans+tAckTrans+DIFS) ^TlITlGS
retran 其中 ^DataTrans
為網(wǎng)絡(luò)最長(zhǎng)數(shù)據(jù)的傳輸
時(shí)間，tAckTrans為ACK應(yīng)答傳輸時(shí)間，Timesretran是數(shù)據(jù)DATA被允許的重傳次數(shù)，在本實(shí)施例中，重傳次數(shù)設(shè)置為1，原因是在成功預(yù)約碼道后，由于協(xié)議的控制，在某一個(gè)數(shù)據(jù)碼道上同一時(shí)刻只有一對(duì)通信進(jìn)行，所以失敗概率較小。2、二進(jìn)制退避中K值選取的影響在本發(fā)明中，采用802. 11協(xié)議中的二進(jìn)制退避機(jī)制來避免沖突，而在節(jié)點(diǎn)密度大的場(chǎng)景下，參與競(jìng)爭(zhēng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)超過了網(wǎng)絡(luò)的最大承受能力時(shí)，仍會(huì)造成嚴(yán)重的沖突問題。為了改善這種情況，本發(fā)明中，節(jié)點(diǎn)在競(jìng)爭(zhēng)碼道前先隨機(jī)選取K個(gè)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙作為高優(yōu)先級(jí)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙。這樣，由于退避窗口選擇區(qū)域增加，多個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇到同樣大小的窗口的概率降低，從而同一時(shí)刻發(fā)送RTS請(qǐng)求競(jìng)爭(zhēng)碼道的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)降低，所以沖突概率降低。不過K的取值大小會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有所影響，車輛密度大競(jìng)爭(zhēng)激烈時(shí)，K值選取過大仍會(huì)造成嚴(yán)重沖突；車輛密度小時(shí)，K值選取過小又會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)資源沒有得到充分利用，所以K值的選取需根據(jù)網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)程度來確定，車輛密度較小時(shí)，選取較大值，車輛密度較大時(shí)，選取較小值。下面結(jié)合圖2所示場(chǎng)景對(duì)作進(jìn)一步的說明。在本實(shí)施例中，如圖2中，場(chǎng)景描述如下其中，節(jié)點(diǎn)A—跳通信范圍內(nèi)有節(jié)點(diǎn)B、C ;節(jié)點(diǎn)C 一跳通信范圍內(nèi)有節(jié)點(diǎn)A、B、D、E ;節(jié)點(diǎn)D、E互通。
圖3描述了節(jié)點(diǎn)在具體時(shí)刻的行為4時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)A有到節(jié)點(diǎn)C的P2P通信請(qǐng)求；t!時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)B有到節(jié)點(diǎn)D的P2P通信請(qǐng)求；t2時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)E有到節(jié)點(diǎn)C的P2P通信請(qǐng)求；t3時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)A有廣播數(shù)據(jù)到達(dá)；t4時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)C有廣播數(shù)據(jù)到達(dá)；t5時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)D有廣播數(shù)據(jù)到達(dá)。I、P2P 通信當(dāng)節(jié)點(diǎn)有P2P通信請(qǐng)求時(shí)，需要滿足以下條件才能競(jìng)爭(zhēng)到相應(yīng)數(shù)據(jù)碼道(I)處于控制幀時(shí)期；(2)所要請(qǐng)求的目的節(jié)點(diǎn)不處于通信狀態(tài)；(3)當(dāng)前車載網(wǎng)絡(luò)沒有廣播數(shù)據(jù)傳輸；(4)控制碼道空閑。對(duì)于節(jié)點(diǎn)A，在h時(shí)刻有到節(jié)點(diǎn)C的P2P通信請(qǐng)求，此時(shí)它完全滿足競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙的條件，所以節(jié)點(diǎn)A在時(shí)隙S1中發(fā)送了 RTS請(qǐng)求，由于目的節(jié)點(diǎn)C在時(shí)隙SI回復(fù)了 CTS應(yīng)答，所以節(jié)點(diǎn)A成功競(jìng)爭(zhēng)到數(shù)據(jù)碼道C1,隨即數(shù)據(jù)碼道C1上傳輸數(shù)據(jù)DATA，傳輸完成后節(jié)點(diǎn)C在數(shù)據(jù)碼道C1發(fā)出ACK的應(yīng)答。圖4中，只畫出了與數(shù)據(jù)包相關(guān)的節(jié)點(diǎn)的工作情況，而對(duì)于與數(shù)據(jù)包無關(guān)的節(jié)點(diǎn)沒作說明。如在h時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)A發(fā)送的RTS節(jié)點(diǎn)D也收到，但因?yàn)樵摪鼘?duì)D節(jié)點(diǎn)的意義不大，所以未列出。在&時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)B有到節(jié)點(diǎn)D的P2P請(qǐng)求，而此刻，節(jié)點(diǎn)A正在控制碼道上發(fā)送信息，所以節(jié)點(diǎn)B載波監(jiān)聽得知控制碼道不空閑，不能發(fā)送RTS請(qǐng)求，必須執(zhí)行二進(jìn)制退避。此時(shí)它選取了 K個(gè)時(shí)隙，由圖4可知節(jié)點(diǎn)B當(dāng)前所處時(shí)隙S1在隨機(jī)選取的時(shí)隙中，所以節(jié)點(diǎn)B從(0，Cff)隨機(jī)選取一個(gè)窗口進(jìn)行二進(jìn)制退避，從圖3可以看到，節(jié)點(diǎn)B基本上只退避了一個(gè)時(shí)隙，退避結(jié)束后節(jié)點(diǎn)B查詢自己的通信狀態(tài)表，如表I所示。圖I.
源地址目的地址通信時(shí)間 CAtFc表I通過查表，節(jié)點(diǎn)B發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點(diǎn)D不在自己的通信狀態(tài)表內(nèi)，所以它立刻發(fā)送了RTS請(qǐng)求，并成功獲得了數(shù)據(jù)碼道C3,隨即數(shù)據(jù)碼道C3上傳輸數(shù)據(jù)DATA，傳輸完成后節(jié)點(diǎn)D在數(shù)據(jù)碼道C3發(fā)出ACK的應(yīng)答。
對(duì)于節(jié)點(diǎn)E，在t2時(shí)刻，有到節(jié)點(diǎn)C的P2P請(qǐng)求，而在tQ時(shí)刻當(dāng)A與C通信時(shí)，E接收到來自C節(jié)點(diǎn)發(fā)送的CTS應(yīng)答，節(jié)點(diǎn)E會(huì)將A和C地址及A與C的通信時(shí)間填入本地通信狀態(tài)表中，如表2所示。
權(quán)利要求
1. 一種VANET媒體接入控制方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境配置 I. I)、在可用碼道中，分配兩個(gè)碼道作為傳輸控制信息(RTS/CTS信號(hào))的控制碼道和傳輸廣播信息的廣播碼道，其余的作為數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)碼道；并在物理信道中劃分出了一個(gè)忙音信道，用于節(jié)點(diǎn)發(fā)送忙音信號(hào)通知鄰居節(jié)點(diǎn)當(dāng)前廣播碼道正被占用； I.2)、整個(gè)時(shí)間被分為周期性的控制幀和數(shù)據(jù)幀，控制幀又分為前導(dǎo)時(shí)隙和與可用數(shù)據(jù)碼道個(gè)數(shù)相同的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙； 前導(dǎo)時(shí)隙用于VANET中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的同步，接到GPS信號(hào)時(shí)，即前導(dǎo)時(shí)隙起始位置，GPS信號(hào)的間隔周期等于控制幀和數(shù)據(jù)幀的時(shí)間長(zhǎng)度； 競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙和地址碼一一對(duì)應(yīng)(通過將時(shí)隙和地址碼編號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng))，在控制幀內(nèi)，目的節(jié)點(diǎn)回復(fù)CTS應(yīng)答所在的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙所對(duì)應(yīng)的地址碼就是請(qǐng)求通信的節(jié)點(diǎn)成功預(yù)約的數(shù)據(jù)碼道； 數(shù)據(jù)幀用于保證當(dāng)前周期所有競(jìng)爭(zhēng)碼道成功的節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)傳輸； I.3)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都配有一個(gè)工作在忙音信道窄帶帶外忙音收發(fā)機(jī)和一個(gè)半雙工收發(fā)機(jī)，其中，帶外忙音收發(fā)機(jī)用于廣播數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)送和監(jiān)聽忙音信號(hào)，半雙工收發(fā)機(jī)用于DS-CDMA的共享物理信道，其配有兩個(gè)相關(guān)接收機(jī)，分別用于VANET的P2P通信和廣播通信； (2)、交通安全信息廣播 當(dāng)節(jié)點(diǎn)有廣播數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，先監(jiān)聽忙音信道是否空閑(通過在忙音信道上進(jìn)行載波監(jiān)聽，有載波，則表示忙，無載波，則表示空閑)，如果忙，則進(jìn)行二進(jìn)制退避直到忙音信道閑；否則根據(jù)廣播數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間判斷是否會(huì)影響節(jié)點(diǎn)進(jìn)入下一周期的前導(dǎo)時(shí)隙同步，如不影響，則在忙音信道上發(fā)送忙音信號(hào)，同時(shí)在廣播碼道上發(fā)送廣播數(shù)據(jù)；否則退避直到下一周期的前導(dǎo)時(shí)隙結(jié)束； (3)、P2P通信 . 3. I)、預(yù)約碼道 A、當(dāng)節(jié)點(diǎn)有P2P通信請(qǐng)求時(shí)，首先監(jiān)聽忙音信道，若忙音信道是否空閑，如果忙，則表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)有廣播數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)點(diǎn)退避；否則 A-1、若控制碼道空閑(通過在控制碼道上進(jìn)行載波監(jiān)聽，有載波，則表示忙，無載波，則表示空閑)，節(jié)點(diǎn)在RTS幀內(nèi)填入與目的節(jié)點(diǎn)通信的時(shí)間，然后發(fā)送RTS請(qǐng)求； 若控制碼道不空閑，則啟用二進(jìn)制退避進(jìn)程，首先節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選取K個(gè)時(shí)隙，K值小于最大時(shí)隙數(shù)，作為自己的高優(yōu)先級(jí)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙；如果當(dāng)前時(shí)隙在節(jié)點(diǎn)所選取的高優(yōu)先級(jí)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙中，二進(jìn)制退避的窗口大小從(0，CW)選擇，否則從(CW，CWmax)選擇，其中CW，CWmax分別為二進(jìn)制退避算法的當(dāng)前窗口大小和最大窗口大?。? A-2、如果節(jié)點(diǎn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到來自目的節(jié)點(diǎn)的CTS應(yīng)答，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)成功預(yù)約了CTS應(yīng)答回復(fù)時(shí)刻所在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)碼道；如果節(jié)點(diǎn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到CTS應(yīng)答，則節(jié)點(diǎn)啟用二進(jìn)制退避，參與其他時(shí)隙的競(jìng)爭(zhēng)。
B、當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)收到RTS請(qǐng)求時(shí)，首先判斷是否已接受其他節(jié)點(diǎn)的通信請(qǐng)求，若沒有則在回復(fù)的CTS幀內(nèi)，填寫源地址，目的地址，當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙編號(hào)及與源節(jié)點(diǎn)通信的時(shí)間，否則丟棄該RTS請(qǐng)求不作任何處理； C、對(duì)于收到RTS請(qǐng)求和CTS應(yīng)答的非相關(guān)節(jié)點(diǎn)，提取RTS幀和CTS幀內(nèi)的源節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)地址及源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)通信時(shí)間信息填入通信狀態(tài)表中；當(dāng)此類節(jié)點(diǎn)有P2P通信請(qǐng)求時(shí)，首先查閱通信狀態(tài)表，如果目的節(jié)點(diǎn)已在通信狀態(tài)表中且仍在通信(根據(jù)通信狀態(tài)表中的通信時(shí)間判斷)，則節(jié)點(diǎn)選擇大于通信時(shí)間的窗口執(zhí)行二進(jìn)制退避； 3. 2)、數(shù)據(jù)通信 當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功預(yù)約碼道后，立刻切換到相應(yīng)的數(shù)據(jù)碼道上；如果當(dāng)前沒有廣播數(shù)據(jù)的傳輸，則開始向目的節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，否則等待廣播通信結(jié)束； 當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信結(jié)束后，立刻又切換到控制碼道進(jìn)行監(jiān)聽，如果還有數(shù)據(jù)傳輸，則繼續(xù)參與其他數(shù)據(jù)碼道的競(jìng)爭(zhēng)； 3.3)、數(shù)據(jù)幀結(jié)束 當(dāng)數(shù)據(jù)幀結(jié)束后，所有節(jié)點(diǎn)接到GPS信號(hào)，在前導(dǎo)時(shí)隙重新同步，進(jìn)入下一周期的控制幀和數(shù)據(jù)幀，并清空當(dāng)前的通信狀態(tài)表。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接入控制方法，其特征在于，檢測(cè)到忙音信號(hào)的鄰節(jié)點(diǎn)也要發(fā)送忙音信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種VANET媒體接入控制方法，分配一個(gè)專有碼道即廣播碼道用于交通安全信息廣播，并在物理信道中劃分出了一個(gè)忙音信道用于節(jié)點(diǎn)發(fā)送忙音信號(hào)通知鄰居節(jié)點(diǎn)當(dāng)前廣播碼道正被占用，解決了廣播碼道上的隱藏終端問題，同時(shí)將交通安全信息廣播置于優(yōu)先位置，確保了交通安全信息廣播的及時(shí)性；通過選擇K個(gè)時(shí)隙作為高級(jí)優(yōu)先競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙，退避窗口選擇區(qū)域增加，多個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇到同樣大小的窗口的概率降低，從而沖突概率降低，減小節(jié)點(diǎn)接入延遲，同時(shí)將時(shí)間整體規(guī)劃為周期性的控制幀和數(shù)據(jù)幀，使得節(jié)點(diǎn)相關(guān)信息能進(jìn)行周期性地更新，可較好適應(yīng)車輛網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，最后利用DS-CDMA的多址接入優(yōu)勢(shì)有效提高VANET的網(wǎng)絡(luò)吞吐率。
文檔編號(hào)H04W74/08GK102695287SQ201210204460
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者蔡鳳梅, 鄺育軍 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)