服務(wù)密集型車載網(wǎng)絡(luò)中的多信道m(xù)ac協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車載無(wú)線通信領(lǐng)域，涉及MAC協(xié)議，尤其是涉及一種服務(wù)密集型車載網(wǎng)絡(luò)中的多信道MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]車載自組織網(wǎng)絡(luò)是傳統(tǒng)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)在道路交通領(lǐng)域中的一種特殊應(yīng)用，道路上的車輛可以與其它車輛或路邊單元設(shè)施(RSU)進(jìn)行通信，從而將道路上的車輛組成一個(gè)無(wú)線分布式網(wǎng)絡(luò)。車載自組織網(wǎng)絡(luò)是一種解決交通安全問(wèn)題的有效方法，是智能交通系統(tǒng)中的一個(gè)重要應(yīng)用。在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中，車輛之間通過(guò)共享各自的速度、位置以及其它安全相關(guān)信息，為人們提供一個(gè)更加安全、舒適的行車環(huán)境。
[0003]作為一種特殊的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)，車載網(wǎng)絡(luò)具有一般移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)不具有的特性，例如，車輛的高速移動(dòng)、車輛運(yùn)動(dòng)軌跡受限、無(wú)線信道的不穩(wěn)定性等。這些特性使車輛之間的通信變得不穩(wěn)定，如何為車輛之間通信提供可靠的通信服務(wù)，成為了人們研究的熱點(diǎn)。
[0004]IEEE802.llp標(biāo)準(zhǔn)極其協(xié)議棧WAVE是在IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，專門(mén)針對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)而提出的一種解決方案。IEEE802.1lp以分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)，即CSMA/CA方法，作為基本的接入方法。通過(guò)采用CSMA/CA方法，在車輛密度較低的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，可以有效的解決車輛之間的傳輸碰撞，但在車輛密度較高的網(wǎng)絡(luò)中，車輛之間的碰撞概率顯著增加。此外，采用CSMA/CA方案，隱終端問(wèn)題也是影響協(xié)議性能的重要因素。
[0005]為了解決CSMA/CA方案中存在的碰撞以及隱終端問(wèn)題，研究者們提出了許多基于TDMA技術(shù)的方案。采用TDMA技術(shù)，每個(gè)車輛都分配有專門(mén)的時(shí)隙用來(lái)發(fā)送消息，因此有效解決了信道競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的開(kāi)銷以及碰撞。此外，由于車輛知道網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配信息，隱終端問(wèn)題也得到了有效解決。CDMA技術(shù)以及FDMA技術(shù)也同樣被廣泛采用于車載網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)中。通過(guò)使用不同的編碼方式或不同的發(fā)送頻率，車輛可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送而不會(huì)相互產(chǎn)生干擾，有效提高了系統(tǒng)的性能。
[0006]通過(guò)引入簇的概念，可以將分布式的車載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中管理。在分簇網(wǎng)絡(luò)中，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)按照一定的規(guī)則劃分成不同的簇，每個(gè)簇中都選出一個(gè)簇頭來(lái)對(duì)所在簇進(jìn)行管理。通過(guò)分簇，將大規(guī)模的車載網(wǎng)絡(luò)分成了無(wú)數(shù)個(gè)小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化，從而使得對(duì)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)變得簡(jiǎn)單。目前，分簇網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛的運(yùn)用在車載網(wǎng)絡(luò)中。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)快速成族,Nguyen 等(V.Nguyen, 0.T.T.Kim, D.N.M.Dang, S.S.Kim, andC.S.Hong, “Applicat1n of the Lowest-1D Algorithm in Cluster-Based TDMA Systemfor VANETs,^in Informat1n Networking (ICOIN), 2015Internat1nal Conferenceon.1EEE, 2015，pp.25-30.)采用了最小ID算法來(lái)選擇簇頭，并且分配了兩個(gè)時(shí)隙來(lái)廣播hello消息，顯著減少了用于成簇的時(shí)間。此外，用于請(qǐng)求帶寬服務(wù)的時(shí)隙也顯著減少。但是此方法只使用了一個(gè)信道，不能有效利用所有的信道資源。
[0008]Su 等(H.Su and X.Zhang, “Clustering-based Multichannel MAC Protocolsfor QoS Provis1ning over Vehicular Ad hoc Networks, ’Vehicular Technology, IEEETransact1ns on, vol.56, n0.6, pp.3309-3323，2007.)提出了一種基于族的多信道 MAC 協(xié)議。該協(xié)議將簇內(nèi)通信和簇間通信分隔開(kāi)來(lái)，分別在不同的信道上進(jìn)行，在保證安全信息QoS的情況下，有效的提高了系統(tǒng)對(duì)非安全信息的吞吐量。由于此方法使用了兩根天線，系統(tǒng)的性能得到了可靠保障，但設(shè)備生產(chǎn)成本也相對(duì)提高。同時(shí)，由于簇首要時(shí)刻偵聽(tīng)相鄰簇首以及所管理簇中簇成員發(fā)送的消息，簇首不能進(jìn)行服務(wù)數(shù)據(jù)的交換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供在服務(wù)密集型網(wǎng)絡(luò)下，保證安全消息的可靠傳輸，同時(shí)提高系統(tǒng)對(duì)服務(wù)信息吞吐量的一種服務(wù)密集型車載網(wǎng)絡(luò)中的多信道MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法。
[0010]本發(fā)明包括DS-ALOHA控制信道接入?yún)f(xié)議和服務(wù)信道時(shí)隙分配:
[0011 ] 所述DS-ALOHA控制信道接入?yún)f(xié)議，包括以下步驟:
[0012]I)將信道分成同步間隔，每個(gè)同步間隔包含一個(gè)控制信道間隔以及一個(gè)服務(wù)信道間隔，并進(jìn)一步將控制信道間隔分成消息接收階段和簇首廣播階段；
[0013]2)每個(gè)簇成員預(yù)約一個(gè)時(shí)隙，該時(shí)隙只能位于消息接收階段間隔內(nèi)；簇首預(yù)約兩個(gè)時(shí)隙，一個(gè)位于RP間隔內(nèi)，另一個(gè)位于CBP間隔內(nèi)；
[0014]3)簇首通過(guò)RP間隔內(nèi)的時(shí)隙廣播對(duì)簇的管理信息，通過(guò)CBP間隔內(nèi)的時(shí)隙廣播安全消息以及對(duì)業(yè)務(wù)信道接入時(shí)隙的分配方案；
[0015]4)在控制信道間隔內(nèi)，簇首必須保持在控制信道上，簇成員可以切換到服務(wù)信道上；在服務(wù)信道間隔內(nèi)，簇首和簇成員都可以在控制信道和服務(wù)信道上自由切換；
[0016]所述服務(wù)信道時(shí)隙分配，包括以下步驟:
[0017]I)源節(jié)點(diǎn)向所在簇的簇首(源簇首)發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求(RFS);簇首接收服務(wù)請(qǐng)求后，在簇首廣播階段將服務(wù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)所在簇的簇首(目的簇首)；目的簇首接收服務(wù)請(qǐng)求后，將服務(wù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)；
[0018]2)目的節(jié)點(diǎn)接收該服務(wù)請(qǐng)求后，決定是否接受該服務(wù)，并向目的簇首返回一個(gè)確認(rèn)/否定(ACK/NACK)消息；
[0019]3)目的簇首根據(jù)接收到的ACK/NACK消息，判斷是否接收；若為ACK，判斷是否由自己分配時(shí)隙；若由自己分配時(shí)隙，則根據(jù)信道使用情況分配好時(shí)隙，并將結(jié)果發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)以及源簇首；若由源簇首分配時(shí)隙，則返回ACK ;若為NACK，則向源簇首返回NACK ;
[0020]4)源簇首接收來(lái)自目的簇首的消息，若為NACK，則向源節(jié)點(diǎn)返回NACK消息；否則，由自己分配時(shí)隙并發(fā)送給源節(jié)點(diǎn)和目的簇首或向源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)由目的簇首分配的時(shí)隙；
[0021]5)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)在分配好的時(shí)隙內(nèi)，切換到服務(wù)信道上進(jìn)行服務(wù)數(shù)據(jù)的交換。
[0022]所述DS-ALOHA控制信道接入?yún)f(xié)議是在RR-ALOHA協(xié)議基礎(chǔ)上，通過(guò)分簇的方法，由簇首使用兩個(gè)時(shí)隙實(shí)現(xiàn)對(duì)簇的管理；所述服務(wù)信道接入分配策略是指簇成員在服務(wù)信道上的接入時(shí)間由簇首進(jìn)行分配，通過(guò)使用時(shí)隙靠前簇頭來(lái)分配服務(wù)信道使用方案，保證了所有服務(wù)請(qǐng)求都能夠在一定時(shí)間內(nèi)完成。
[0023]所述服務(wù)信道時(shí)隙分配中，簇首在簇首廣播階段進(jìn)行服務(wù)時(shí)隙的分配協(xié)商。在此規(guī)定，在簇首廣播階段內(nèi)時(shí)隙靠前的簇首，即時(shí)隙序號(hào)較小的簇首，執(zhí)行時(shí)隙的分配，這是為了保證時(shí)隙的分配能夠在三個(gè)同步間隔內(nèi)完成，從而減少服務(wù)信息的傳輸時(shí)延，服務(wù)信道時(shí)隙分配。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有的方法(指【背景技術(shù)】中所述的方法)不同，本發(fā)明提出了一種基于簇的多信道MAC協(xié)議技術(shù)。應(yīng)用提出的信道接入方法，只需要使用單根天線，即可實(shí)現(xiàn)多信道通信。相對(duì)于單信道協(xié)議，更加有效的利用了無(wú)線信道資源；同時(shí)相對(duì)于多天線方案，降低了生產(chǎn)成本，減小了偵聽(tīng)安全信息所產(chǎn)生的能量開(kāi)銷。通過(guò)本發(fā)明提供的基于簇的多信道MAC協(xié)議技術(shù)，在服務(wù)密集型網(wǎng)絡(luò)下，可以保證安全消息的可靠傳輸，同時(shí)提高系統(tǒng)對(duì)服務(wù)信息的吞吐量。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明中對(duì)TDMA時(shí)隙的劃分。
[0026]圖2為本發(fā)明中通信場(chǎng)景。
[0027]圖