車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇mac協(xié)議實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議實現(xiàn)方法，屬于車載自組織網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體包括一種基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，通過車輛節(jié)點的平均鏈路鏈接時間和節(jié)點連通度確定節(jié)點的優(yōu)先級，優(yōu)先級最大的成為簇頭節(jié)點，優(yōu)先級僅次于簇頭的節(jié)點成為備用簇頭，備份簇頭在簇的更新與維護過程中有利于提高簇的穩(wěn)定性和降低開銷。簇頭向鄰居節(jié)點廣播分簇控制消息，邀請鄰居節(jié)點加入以當(dāng)前節(jié)點為簇頭的分簇。成簇之后，進行分層管理，把網(wǎng)絡(luò)分為多個簇，每個簇內(nèi)節(jié)點采用CSMA/TDMA混合機制與簇頭節(jié)點進行通信，減少數(shù)據(jù)的碰撞，而簇頭節(jié)點采用CSMA/CA機制與鄰居簇頭進行通信，明顯提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕軌蛴行У亟档蛿?shù)據(jù)傳輸延遲。
【專利說明】車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車載自組織網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議實現(xiàn)方法，具體來說包括了一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中簇的更新方法和一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET)向高傳輸速率、高可靠性和高有效性方向發(fā)展，車輛之間的信息傳輸機制受到普遍關(guān)注和研究。但由于車輛節(jié)點移動速度較快，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲經(jīng)常發(fā)生變化，使得傳統(tǒng)的MAC協(xié)議面臨前所未有的挑戰(zhàn)。
[0003]成簇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有良好的等級差異和分工機制，利用成簇算法進行消息的傳遞，能夠產(chǎn)生有效的消息傳輸機制。成簇的主要目的是選取合適的簇頭，使得這個簇頭能夠維護相關(guān)的路由信息和網(wǎng)絡(luò)拓撲信息，能夠較大化簇的穩(wěn)定性，降低由于拓撲變化帶來的影響，減少了網(wǎng)絡(luò)負載，便于對整個網(wǎng)絡(luò)的管理，適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。
[0004]基于競爭的MAC協(xié)議最為主要的優(yōu)點在于它能很好的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的變化，工作方式十分的靈活，節(jié)點之間不需要進行精確的同步。而它所帶來的最大的弊端在于該機制下由于沖突而造成的信息丟失是這類協(xié)議所無法完全解決的。而基于分配機制的MAC協(xié)議，通過將一個信道劃分為多個子信道，再將子信道分配節(jié)點的方式，錯開了節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸，避免了沖突的發(fā)生，但是相對于基于競爭的MAC協(xié)議，此類協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)變化的適應(yīng)性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議實現(xiàn)方法，具體包括了一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法、車載自組織網(wǎng)絡(luò)中簇的更新方法和車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，包括以下步驟:步驟一:節(jié)點通過GPS及周期性的基本控制消息獲取車輛節(jié)點的位置、速度、加速度、節(jié)點類型信息；步驟二:根據(jù)獲取的節(jié)點位置、速度信息確定節(jié)點與鄰居節(jié)點間的平均鏈路持續(xù)時間；步驟三:根據(jù)節(jié)點的歷史鄰居集合和當(dāng)前鄰居集合確定該節(jié)點的連通度；步驟四:根據(jù)節(jié)點間的平均鏈路持續(xù)時間和連通度的大小選取優(yōu)先級最大的節(jié)點作為簇頭；步驟五:根據(jù)節(jié)點的優(yōu)先級選取僅次于簇頭的節(jié)點成為備用簇頭；步驟六:簇頭向其簇內(nèi)節(jié)點廣播分簇控制消息，宣告自己成為簇頭，簇內(nèi)節(jié)點根據(jù)自己的位置和收到狀態(tài)消息確定自己是簇內(nèi)節(jié)點，并向簇頭回復(fù)。
[0008]進一步，所述根據(jù)獲取的節(jié)點位置、速度信息確定節(jié)點與鄰居節(jié)點間的平均鏈接時間，具體為:[0009]節(jié)點i通過GPS獲取當(dāng)前位置S1、速度V1、加速度Bi信息；
[0010]節(jié)點i通過周期性的基本控制消息獲取鄰居節(jié)點j的當(dāng)前位置Sj、速度Vj、加速度Sj fg 息；
[0011]節(jié)點i根據(jù)下述公式計算與節(jié)點j能夠通信的位置關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，其特征在于:包括以下步驟: 節(jié)點通過GPS及周期性的基本控制消息獲取車輛節(jié)點的位置、速度、加速度、節(jié)點類型信息； 根據(jù)獲取的節(jié)點位置、速度信息確定節(jié)點與鄰居節(jié)點間的平均鏈路持續(xù)時間； 根據(jù)節(jié)點的歷史鄰居集合和當(dāng)前鄰居集合確定該節(jié)點的連通度； 根據(jù)節(jié)點間的平均鏈路持續(xù)時間和連通度的大小選取優(yōu)先級最大的節(jié)點作為簇頭； 根據(jù)節(jié)點的優(yōu)先級選取僅次于簇頭的節(jié)點成為備用簇頭； 簇頭向其簇內(nèi)節(jié)點廣播分簇控制消息，宣告自己成為簇頭，簇內(nèi)節(jié)點根據(jù)自己的位置和收到狀態(tài)消息確定自己是簇內(nèi)節(jié)點，并向簇頭回復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，其特征在于:所述根據(jù)獲取的節(jié)點位置、速度信息確定節(jié)點與鄰居節(jié)點間的平均鏈接時間，具體為: 節(jié)點i通過GPS獲取當(dāng)前位置S1、速度V1、加速度ai信息； 節(jié)點i通過周期性的基本控制消息獲取鄰居節(jié)點j的當(dāng)前位置Sj、速度Vj、加速度&」信息； 節(jié)點i根據(jù)下述公式計算與節(jié)點j能夠通信的位置關(guān)系:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，其特征在于:所述根據(jù)節(jié)點的歷史鄰居集合和當(dāng)前鄰居集合確定節(jié)點的連通度具體為: 節(jié)點通過周期性地交互狀態(tài)信息，記錄h時刻鄰居節(jié)點集合Ntl (i)，和當(dāng)前時刻h鄰居節(jié)點集合N1 (i)，預(yù)測鄰居節(jié)點變化頻繁程度；節(jié)點i根據(jù)下述公式計算與鄰節(jié)點間的連通度:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，其特征在于:所述選取平均鏈路持續(xù)時間最高的節(jié)點作為簇頭，包括: 根據(jù)節(jié)點的平均鏈路持續(xù)時間確定節(jié)點的優(yōu)先級，鏈路持續(xù)時間越大，節(jié)點連通度越小，則優(yōu)先級越大，將具有最高鏈路持續(xù)時間的節(jié)點作為簇頭，優(yōu)先級僅次于簇頭的節(jié)點成為備用簇頭； 簇頭向其簇內(nèi)節(jié)點廣播分簇控制消息，宣告自己成為簇頭，簇內(nèi)節(jié)點根據(jù)自己的狀態(tài)確定自己是簇內(nèi)節(jié)點還是備用簇頭，并向簇頭回復(fù)； 節(jié)點周圍沒有其他鄰居節(jié)點，則該節(jié)點形成單獨的簇，設(shè)定自己簇頭。
5.一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中簇的更新方法，其特征在于:具體包括: 簇頭節(jié)點CH、簇成 員節(jié)點CM和備用簇頭BKCH根據(jù)自身位置的變化和優(yōu)先級的變化進行更新； 簇頭節(jié)點周期性的進行檢測，如果簇成員CM的平均鏈路持續(xù)時間大于自身，則該成員節(jié)點成為簇頭，并廣播分簇控制消息，原簇頭節(jié)點成為成員節(jié)點；如果簇頭節(jié)點CH的平均鏈路持續(xù)時間仍為最大，則簇頭節(jié)點只需維持自己的狀態(tài)，更新其簇成員的速度、位置等信息；如果簇頭節(jié)點沒有收到某成員節(jié)點周期性的廣播狀態(tài)信息，那么簇頭把該成員節(jié)點從它的成員表中刪除； 如果超過10%的簇成員離開簇頭的范圍，但是沒有離開備用簇頭的范圍，就把備用簇頭轉(zhuǎn)化為簇頭；如果簇頭進入到鄰居簇頭傳輸范圍的1/3，就設(shè)定備用簇頭為簇頭，若備用簇頭仍在鄰居簇頭傳輸范圍的1/3，就發(fā)送最后一個信息，宣布合并到鄰居簇，其他簇成員或者加入鄰居簇，或者回到未定狀態(tài)。
6.一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議，其特征在于:包括: 簇建立完成后，進入簇的穩(wěn)定階段，在簇的穩(wěn)定階段開始業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的收發(fā)；在分層網(wǎng)絡(luò)中，簇頭節(jié)點必須和自己簇內(nèi)的普通節(jié)點保持時間上的同步，使數(shù)據(jù)有序的上傳； 簇MAC協(xié)議中簇內(nèi)節(jié)點采用CSMA/TDMA混合機制和簇頭節(jié)點進行通信； 簇MAC協(xié)議中簇頭節(jié)點采用CSMA/CA機制和鄰居簇頭進行通信； 簇MAC協(xié)議中根據(jù)簇間融合機制解決兩個簇相遇時所產(chǎn)生的預(yù)約時隙分配沖突問題。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議，其特征在于:在同步時段，簇頭節(jié)點向簇內(nèi)節(jié)點廣播簇頭控制消息，該消息為每個簇內(nèi)節(jié)點分配與簇頭通信的具體時刻，簇內(nèi)節(jié)點根據(jù)簇頭發(fā)布的控制消息，安排自己的活動，當(dāng)需要自己通信就開啟通信模塊，不需求自己通信時，則關(guān)閉通信模塊進入休眠狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議，其特征在于:簇頭向簇內(nèi)成員節(jié)點廣播TDMA通信時隙表，簇成員收到廣播后，在屬于自己的時隙內(nèi)競爭信道，向簇頭發(fā)送監(jiān)測到的數(shù)據(jù)；簇頭負責(zé)接收簇內(nèi)節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)和對收到的簇內(nèi)信息進行融合，并與相鄰簇頭進行通信；簇頭生成的時間幀，由若干個時隙和一個廣播時隙組成；在每個時間幀內(nèi)，簇內(nèi)成員各分到一個時隙，成員節(jié)點只有在自己的時隙內(nèi)才能優(yōu)先占用信道向簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)；簇頭在廣播時隙中發(fā)布下一輪時隙的分配、新的時鐘同步信號，簇內(nèi)成員節(jié)點都處于偵聽狀態(tài)，完成與簇頭的通信，并更新時隙和時鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議，其特征在于:簇頭收到簇內(nèi)節(jié)點發(fā)送的信息后，采用CSMA/CA機制實現(xiàn)與鄰居簇頭之間的通信； 簇頭在發(fā)送數(shù)據(jù)前，向下一跳鄰居簇頭先發(fā)送請求幀，其鄰居簇頭收到RTS后發(fā)送CTS進行應(yīng)答，簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)給鄰居簇頭，當(dāng)鄰居簇頭收到數(shù)據(jù)包后，向源簇頭發(fā)送ACK幀確認數(shù)據(jù)包被正確接收；其他鄰居簇頭偵聽到RTS或CTS后等待，直到本次數(shù)據(jù)包發(fā)送結(jié)束后在競爭信道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議，其特征在于:根據(jù)節(jié)點在簇中的不同位置將節(jié)點分為三種不同的角色:簇頭前節(jié)點、簇頭節(jié)點和簇頭后節(jié)點；不同位置的節(jié)點在選擇自己的預(yù)約時隙時采用不同的規(guī)則，如果節(jié)點選擇預(yù)約時隙η作為自己的基本時隙，則簇頭前節(jié)點要求η%2=0，簇頭后節(jié)點要求η%2=1 ； 兩簇相遇之后，首先相遇的兩個節(jié)點如果發(fā)現(xiàn)兩個簇內(nèi)時隙分配有沖突的情況就在自身的FI中將相應(yīng)的時隙設(shè)為空閑，通知沖突的節(jié)點申請新的時隙以解決時隙分配沖突，實現(xiàn)簇的融合。`
【文檔編號】H04L29/08GK103873485SQ201410133166
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】唐倫, 郜寧, 陳前斌 申請人:重慶郵電大學(xué)