一種連續(xù)協(xié)調(diào)的多信道車載網(wǎng)mac協(xié)議的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，具體涉及一種連續(xù)協(xié)調(diào)的多信道車載網(wǎng)MAC協(xié)議。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著私家車普及和公共交通事業(yè)建設(shè)，道路交通事故已經(jīng)成為全球性公 共安全問題。作為智能交通系統(tǒng)重要基礎(chǔ)之一的車輛網(wǎng)絡(luò)概念就是在這種需求下產(chǎn)生的。 車載自組織網(wǎng)（Vehicular Ad-hoc Network,VANET)是專門為車輛之間通信而設(shè)計(jì)的無線 自組織網(wǎng)絡(luò)(ad hoc network)，它創(chuàng)造性的將自組織通信方案應(yīng)用到車輛之間，使得司機(jī) 能夠在超視距的范圍內(nèi)及時(shí)的了解其他車輛的狀態(tài)信息（包括速度，加速度，相對(duì)位置等） 和實(shí)時(shí)路況信息。整個(gè)車載自組織網(wǎng)絡(luò)分為兩個(gè)部分:車和車(vehicle to vehicle，V2V)， 車和設(shè)施(vehicle to infrastructure，V2I)。通過V2V和V2I的通信，車載組織網(wǎng)在道路安 全，信息娛樂，交通規(guī)劃等方面提供了豐富的應(yīng)用。
[0003] 媒介訪問控制(Medium Access Control，MAC)協(xié)議是信息幀在信道上發(fā)送和接收 的直接控制者，它的優(yōu)劣直接影響到極為有限的無線資源的使用效率，對(duì)車載自組網(wǎng)的性 能起著決定性的作用。除了要解決隱藏終端，暴露終端，資源分配的公平性等公共問題之 外，由于車載網(wǎng)本身所具有的特征，如車載終端移動(dòng)速度快，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁等，媒介訪 問控制協(xié)議面臨一系列特殊的挑戰(zhàn)，如無線信道質(zhì)量不穩(wěn)定，受多種因素影響，其中包括路 邊建筑、道路情況、車輛類型和車輛相對(duì)速度等。
[0004] 車載環(huán)境無線訪問（WAVE)技術(shù)是車載網(wǎng)MAC協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。但是該技術(shù)面臨兩 個(gè)主要的問題。一是由于缺乏RTS/CTS交換機(jī)制和ACK傳輸機(jī)制，隱藏終端問題難以完全消 除，無法從根本上保證安全消息的可靠性;二是由于采用增強(qiáng)分布式信道訪問（EDCA)機(jī)制， 安全消息往往被分配較小的競(jìng)爭(zhēng)窗口，當(dāng)大量終端在相同的通信范圍內(nèi)同時(shí)發(fā)送高優(yōu)先級(jí) 消息，消息沖突概率將會(huì)增加，無法從根本上保證安全消息的實(shí)時(shí)性。所以，WAVE很難適應(yīng) 高密度交通環(huán)境。因此，隨著城市交通日益復(fù)雜和擁擠，為了保證道路安全和提高通行效 率，發(fā)展車載網(wǎng)通信技術(shù)是至關(guān)重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種連續(xù)協(xié)調(diào)的 多信道車載網(wǎng)MAC協(xié)議。
[0006] 技術(shù)方案:本發(fā)明所述的一種連續(xù)協(xié)調(diào)的多信道車載網(wǎng)MAC協(xié)議，包括模式切換機(jī) 制、RSU協(xié)調(diào)機(jī)制、RSU調(diào)度幀組織機(jī)制、優(yōu)先漫游機(jī)制、實(shí)時(shí)消息廣播機(jī)制和非實(shí)時(shí)消息傳 輸機(jī)制;所述模式切換機(jī)制，即是指在任意時(shí)刻不同位置和狀態(tài)的車載單元0BU關(guān)聯(lián)一個(gè)特 定的模式并且不同模式的車輛自適應(yīng)地采用不同策略使用信道資源，并由RSU協(xié)調(diào)其覆蓋 范圍內(nèi)0BU信道訪問；所述RSU調(diào)度幀組織機(jī)制，即是指為了消除連續(xù)RSU間信號(hào)干擾，RSU決 定其重復(fù)幀的結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)重復(fù)幀被劃分成若干個(gè)專用時(shí)隙用于協(xié)調(diào)覆蓋范圍內(nèi)0BU數(shù) 據(jù)通信和引導(dǎo)臨近RSU覆蓋范圍內(nèi)的0BU無縫漫游;所述RSU協(xié)調(diào)機(jī)制，即是按照RSU調(diào)度幀 組織機(jī)制要求，覆蓋區(qū)域內(nèi)OBU使用分配的時(shí)槽來廣播實(shí)時(shí)消息并申請(qǐng)服務(wù)信道使用權(quán)來 傳輸非實(shí)時(shí)消息;0BU通過優(yōu)先漫游機(jī)制實(shí)現(xiàn)臨近RSU覆蓋區(qū)域的無縫漫游;所述實(shí)時(shí)消息 廣播機(jī)制，即是指0BU在消息及時(shí)性和可靠性的約束下，利用RSU分配的時(shí)槽周期性地廣播 實(shí)時(shí)消息，適宜較高服務(wù)質(zhì)量要求情況;所述非實(shí)時(shí)消息傳輸機(jī)制，即是指RSU處理0BU遞交 的服務(wù)信道訪問申請(qǐng)，面向公平性和最大信道利用率原則，合理地分配服務(wù)信道資源;所述 多RSU無縫漫游機(jī)制，即是指RSU側(cè)聽臨近RSU覆蓋區(qū)域內(nèi)的0BU數(shù)據(jù)包，提取信號(hào)強(qiáng)度，采用 信號(hào)強(qiáng)度強(qiáng)優(yōu)先漫游原則實(shí)現(xiàn)0BU在RSU覆蓋區(qū)域間無縫漫游，減少因頻繁釋放和申請(qǐng)時(shí)槽 所帶來的帶寬浪費(fèi)，提高了用戶體驗(yàn)。
[0007] 進(jìn)一步的，在所述模式切換機(jī)制中，VANETs包含一個(gè)控制信道CCH、一個(gè)基站控制 信道ICCH、M+基站服務(wù)信道ISCH和M+Adhoc服務(wù)信道ASCH，比值施/%由局部公共交通條 件所決定，其中，Mi+M 2 = 5;模式切換機(jī)制能夠降低RSU覆蓋區(qū)域邊緣地帶沖突概率，實(shí)現(xiàn)0BU 訪問機(jī)制的無縫切換。
[0008] 在任意時(shí)刻，每個(gè)車輛當(dāng)且僅當(dāng)關(guān)聯(lián)以下三個(gè)模式中的一個(gè):m〇d e-A，m〇de-I和 mode-S;其中，mode-A車輛采用WAVE協(xié)議來廣播實(shí)時(shí)消息和收發(fā)非實(shí)時(shí)消息;mode-I車輛采 用基于TDMA的方式在ICCH上收集和傳遞實(shí)時(shí)消息并在ISCH上收發(fā)非實(shí)時(shí)消息，mode-S車輛 在外部環(huán)境變化的條件下仍然保持之前的狀態(tài);m 〇de-A，m〇de-I和mode-S間切換條件共有 如下六種：
[0009] (A)初始化->mode-A:車輛進(jìn)入車道，并將天線調(diào)到CCH;
[0010] (B)mode-A->mode-I :收到附近RSU的HELLO數(shù)據(jù)包，0BU加入該RSU;RSU每一個(gè)重復(fù) 幀發(fā)送一個(gè)HELLO數(shù)據(jù)包附近沒有加入RSU的車輛收到該數(shù)據(jù)包后，驗(yàn)證其有效性如果接收 信號(hào)強(qiáng)度P r大于一個(gè)規(guī)定地閾值Pth，則該車輛回復(fù)一個(gè)請(qǐng)求報(bào)文，包含其ID號(hào)和網(wǎng)絡(luò)地址 等信息內(nèi)容接收到請(qǐng)求報(bào)文后，RSU給請(qǐng)求車輛一個(gè)確認(rèn)報(bào)文該車輛調(diào)整天線到ICCH，并等 待RSU的調(diào)度信息；
[0011] (C)m〇de-I->m〇de-S :車輛和RSU短暫失去聯(lián)系；當(dāng)成員車輛在一個(gè)重復(fù)幀中沒有 收到RSU的調(diào)度信息，該條件成立；由于信道質(zhì)量差等原因，即便車輛沒有離開RSU覆蓋區(qū)域 也可能檢測(cè)不到RSU的信號(hào)。引入模式S的優(yōu)勢(shì)在于:避免了由于信道質(zhì)量較差等惡劣條件 下車輛頻繁離開加入附近的RSU情況，保證了鏈路的穩(wěn)定性，優(yōu)化了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。mode-S車輛始終監(jiān)聽I(yíng)CCH，直到條件(E)成立；
[0012] (D)mode-S->mode-A:車輛和RSU完全斷開聯(lián)系；當(dāng)車輛在兩個(gè)時(shí)間單元重復(fù)幀內(nèi) 接收不到RSU的調(diào)度信息，則認(rèn)為已經(jīng)離開RSU覆蓋區(qū)域，如果RSU在三個(gè)時(shí)間單元重復(fù)幀內(nèi) 接收不到車輛任何消息，則從成員記錄表中刪除該車輛信息；
[0013] (E)mode-S->mode_1:0BU和原先RSU恢復(fù)通信；
[0014] (F)mode-I->mode-I:0BU在臨近的RSU間漫游；假設(shè)有多個(gè)RSU相互覆蓋，車輛可以 持續(xù)被RSU協(xié)調(diào)而無需重新注冊(cè)。為了改善網(wǎng)絡(luò)性能，引入優(yōu)先漫游機(jī)制，該機(jī)制通過衡量 車輛信號(hào)強(qiáng)度建立優(yōu)先漫游指標(biāo)體系。
[0015] 進(jìn)一步的，在所述RSU調(diào)度幀組織機(jī)制中，時(shí)間被劃分成若干個(gè)相同的重復(fù)幀，每 個(gè)重復(fù)幀包含3個(gè)部分：（1)通信控制間隔CCI; (2)數(shù)據(jù)傳輸間隔DTI; (3)漫游協(xié)調(diào)間隔RCI;
[0016] 其中，CCI被劃分成四個(gè)時(shí)隙：時(shí)槽分配時(shí)隙、成員車輛時(shí)隙、全局實(shí)時(shí)消息時(shí)隙和 信道分配時(shí)隙；成員車輛時(shí)隙包括廣播實(shí)時(shí)消息幀和服務(wù)信道請(qǐng)求幀;為了降低RSU通信范 圍間的干擾和實(shí)現(xiàn)無縫漫游，以下4個(gè)約束條件必須被同時(shí)滿足：
[0017] (A)CCI 和 DTI 長(zhǎng)度相等；
[0018] (B)在一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)，CCI在DTI之前；
[0019] (〇如果當(dāng)前RSU處于CCI間隔，則其前后兩個(gè)臨近的RSU處于DTI間隔，反之亦然；
[0020] (D)所有RSU同時(shí)進(jìn)入RCI;
[0021]在非RCI時(shí)刻，鄰近RSU覆蓋范圍內(nèi)的0BU在不同的信道上傳輸不同類型的數(shù)據(jù)報(bào) 文，降低連續(xù)RSU間信號(hào)干擾，提高空間復(fù)用度;在RCI時(shí)刻，所有0BU調(diào)整天線監(jiān)聽I(yíng)CCH，等 待接收漫游分配報(bào)文。
[0022]進(jìn)一步的，在所述RSU協(xié)調(diào)機(jī)制中，車輛按照RSU重復(fù)幀結(jié)構(gòu)合理地使用信道資源， 具體方法為：
[0023]在CCI期間，首先，RSU生成TDMA調(diào)度幀，并為每個(gè)成員車輛分配時(shí)槽，調(diào)度幀廣播 到所有成員車輛;然后，每個(gè)成員車輛在分配的時(shí)槽期間發(fā)送實(shí)時(shí)消息和服務(wù)信道請(qǐng)求報(bào) 文，RSU融合在CCH、ICCH和附近RSU上接收到的實(shí)時(shí)消息；同時(shí)，根據(jù)信道預(yù)留請(qǐng)求數(shù)據(jù)包制 定信道