車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于簇的多信道協(xié)作mac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)線通信技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于簇的多信道 協(xié)作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)（VANET)作為移動(dòng)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)（MANET)的一個(gè)重要分支，其 設(shè)計(jì)目標(biāo)是在沿道路行駛的車輛間、車輛與固定接入點(diǎn)之間，通過相互通信快速組網(wǎng)形成 部署方便、費(fèi)用低廉、結(jié)構(gòu)開放的無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)，從而提供開放的公共道路交通安全 服務(wù)和諸如交通信息查詢、個(gè)人通信、電子地圖更新、娛樂下載和Internet信息等安全無(wú) 關(guān)服務(wù)。
[0003] 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?shí)時(shí)變化。要求網(wǎng)絡(luò)在無(wú)法節(jié)點(diǎn)密度較大 時(shí)，安全、控制信息實(shí)時(shí)可靠的傳輸。
[0004] 基于簇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有良好的分工機(jī)制，簇環(huán)境下進(jìn)行消息的傳遞，能夠產(chǎn)生有 效的消息傳輸機(jī)制。簇頭能夠維護(hù)相關(guān)的路由信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，能夠較大化簇的穩(wěn)定 性，降低由于拓?fù)渥兓瘞?lái)的影響，減少了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，便于對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理，適用于大規(guī) 模網(wǎng)絡(luò)。
[0005] 同時(shí)協(xié)作技術(shù)也被許多國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)被證明能降低傳輸失敗率，提高傳輸?shù)姆€(wěn)定 性，增強(qiáng)傳輸抗干擾能力，提高信息可靠性。于是在簇機(jī)制下將協(xié)作技術(shù)引入則能結(jié)合兩者 的優(yōu)勢(shì)，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，緩解網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)控制信道擁塞問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 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)中基于簇的多信道協(xié)作 MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法，該方法適用于高實(shí)時(shí)性、高有效性、高可靠性的VANET網(wǎng)絡(luò)，采用本方法 能有效利用信道，解決可靠性不高和信道擁塞的問題，提高了網(wǎng)絡(luò)性能。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] -種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于簇的多信道協(xié)作MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法，在基于時(shí)分復(fù)用 的簇機(jī)制中加入?yún)f(xié)作機(jī)制來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性和防止控制信道的擁塞，具體包括：
[0009] 1)通過簇內(nèi)時(shí)分復(fù)用機(jī)制來(lái)傳輸安全消息；簇頭給每個(gè)簇成員預(yù)留一個(gè)時(shí)隙，簇 成員在預(yù)留的時(shí)隙里面發(fā)送安全消息；
[0010] 2)當(dāng)簇成員和簇頭間出現(xiàn)鏈路條件較差導(dǎo)致消息無(wú)法送達(dá)時(shí)，啟用協(xié)作機(jī)制；協(xié) 作節(jié)點(diǎn)在未被預(yù)留的空閑時(shí)隙重傳安全消息；
[0011]如非安全消息的多信道方案；當(dāng)簇成員有非安全消息發(fā)送時(shí)，簇頭根據(jù)MAC地址 檢查目的節(jié)點(diǎn)所在簇來(lái)選擇傳輸該非安全消息的信道；同簇節(jié)點(diǎn)則用收發(fā)機(jī)2在服務(wù)信道 上傳輸，非同簇節(jié)點(diǎn)則用收發(fā)機(jī)1在控制信道上傳輸。
[0012] 進(jìn)一步，在本方法中，服務(wù)信道上采用混合時(shí)分復(fù)用和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，由簇頭選擇該簇 的服務(wù)信道，而且該個(gè)簇內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可W管理該個(gè)服務(wù)信道。
[0013] 進(jìn)一步，簇頭的選擇過程如下；車速可W近似看作為正態(tài)分布，概率密度函數(shù)為：
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于簇的多信道協(xié)作MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：在基 于時(shí)分復(fù)用的簇機(jī)制中加入?yún)f(xié)作機(jī)制來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性和防止控制信道的擁塞，具體包 括： 1) 通過簇內(nèi)時(shí)分復(fù)用機(jī)制來(lái)傳輸安全消息；簇頭給每個(gè)簇成員預(yù)留一個(gè)時(shí)隙，簇成員 在預(yù)留的時(shí)隙里面發(fā)送安全消息； 2) 當(dāng)簇成員和簇頭間出現(xiàn)鏈路條件較差導(dǎo)致消息無(wú)法送達(dá)時(shí)，啟用協(xié)作機(jī)制；協(xié)作節(jié) 點(diǎn)在未被預(yù)留的空閑時(shí)隙重傳安全消息； 3) 非安全消息的多信道方案；當(dāng)簇成員有非安全消息發(fā)送時(shí)，簇頭根據(jù)MC地址檢查 目的節(jié)點(diǎn)所在簇來(lái)選擇傳輸該非安全消息的信道；同簇節(jié)點(diǎn)則用收發(fā)機(jī)2在服務(wù)信道上傳 輸，非同簇節(jié)點(diǎn)則用收發(fā)機(jī)1在控制信道上傳輸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于簇的多信道協(xié)作MC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方 法，其特征在于：在本方法中，服務(wù)信道上采用混合時(shí)分復(fù)用和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，由簇頭選擇該簇 的服務(wù)信道，而且這個(gè)簇內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以管理這個(gè)服務(wù)信道。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于簇的多信道協(xié)作MC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方 法，其特征在于：簇頭的選擇過程如下：車速可以近似看作為正態(tài)分布，概率密度函數(shù)為：
V為車速，u為期望，σ 2為方差，顯然越是靠近期望概率越大；鄰居節(jié)點(diǎn)的車速信息在 控制信道上交換，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以自己算出車輛的速度，節(jié)點(diǎn)車速最接近于期望值的被選為 簇頭。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于簇的多信道協(xié)作MC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方 法，其特征在于：在本方法中，簇成員加入簇的過程如下：每個(gè)簇頭在每個(gè)周期T于控制信 道上廣播簇信息，包括簇的ID，信道使用情況，時(shí)隙分配表；當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到簇范圍內(nèi)， 首先它偵聽信道一個(gè)T時(shí)長(zhǎng)，如果它收到簇信息，它會(huì)發(fā)送加入該簇的信息給簇頭，然后簇 頭會(huì)返回一個(gè)確認(rèn)信息，包括在簇內(nèi)的ID和該節(jié)點(diǎn)分配的時(shí)隙；如果收到不止一個(gè)簇信 息，它將會(huì)確認(rèn)哪個(gè)簇頭的車速與之更接近，然后發(fā)送加入信息給該簇頭。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于簇的多信道協(xié)作MC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方 法，其特征在于：在本方法中，安全消息傳輸過程如下：當(dāng)簇成員檢測(cè)到有緊急情況，它等 待自己的時(shí)隙的到來(lái)，于自己時(shí)隙傳輸安全消息給簇頭，收到該消息，簇頭將發(fā)送確認(rèn)消息 ACK給該簇成員，簇頭將所有簇成員發(fā)送的緊急消息整合后，然后在收發(fā)機(jī)2上廣播該消息 給簇內(nèi)所有成員；與此同時(shí)，簇頭在收發(fā)機(jī)1上傳輸該消息給鄰居簇頭和孤立節(jié)點(diǎn)，然后鄰 居簇頭再用收發(fā)機(jī)2發(fā)給自己的簇成員；如果簇成員沒有安全消息發(fā)送，它仍會(huì)在自己的 時(shí)隙傳輸一個(gè)OK消息給簇頭，以示它的存在。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于簇的多信道協(xié)作MC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方 法，其特征在于：在未預(yù)留的空閑時(shí)隙完成節(jié)點(diǎn)協(xié)作包括：當(dāng)簇成員沒有收到簇頭的確認(rèn) 消息ACK，這個(gè)簇成員周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)將會(huì)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)被選作協(xié)作節(jié)點(diǎn)，幫助它向簇頭傳輸 消息；協(xié)作機(jī)制起動(dòng)的條件如下：（1)簇成員消息傳輸失敗，沒有收到簇頭發(fā)送的確認(rèn)信息 ACK ; (2)協(xié)作節(jié)點(diǎn)能偵聽到簇成員向簇頭傳輸?shù)陌?；?)存在空閑的可用時(shí)隙。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于簇的多信道協(xié)作MC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方 法，其特征在于：在本方法中，選擇協(xié)作節(jié)點(diǎn)過程如下：收到包含協(xié)作請(qǐng)求信息的包時(shí)，簇 成員測(cè)量和記錄它們的信噪比，然后簇成員選擇具有最大SNR的節(jié)點(diǎn)作為協(xié)作節(jié)點(diǎn)，然后 包含協(xié)作確認(rèn)的C-ACK消息包頭將會(huì)發(fā)送；這個(gè)C-ACK消息包含：選出協(xié)作節(jié)點(diǎn)的ID，重傳 的時(shí)隙。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于簇的多信道協(xié)作MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn) 方法，其特征在于：協(xié)作節(jié)點(diǎn)對(duì)傳輸失敗安全消息的重傳，在C-ACK消息中可用的空閑時(shí)隙 中，對(duì)簇成員向簇頭傳輸失敗的安全消息進(jìn)行重傳。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于簇的多信道協(xié)作MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn) 方法，其特征在于：非安全消息的傳輸過程如下：非安全消息傳輸發(fā)生在一個(gè)周期T內(nèi)的Tn 階段，簇內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)保持一張?jiān)摯毓?jié)點(diǎn)列表；當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)有非安全消息傳送，它首先檢查目 的節(jié)點(diǎn)的MAC地址，當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)為同簇節(jié)點(diǎn)，則用收發(fā)機(jī)2在選定的服務(wù)信道的Tn階段發(fā) 送；如果目的節(jié)點(diǎn)不是同一個(gè)簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，則用收發(fā)機(jī)1在控制信道上的Tn階段隨機(jī)選擇 時(shí)隙發(fā)送發(fā)送，目的節(jié)點(diǎn)所在簇的簇頭收到以后，再由簇頭發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于簇的多信道協(xié)作MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：通過簇內(nèi)時(shí)分復(fù)用機(jī)制來(lái)傳輸安全消息；簇頭給每個(gè)簇成員預(yù)留一個(gè)時(shí)隙，簇成員在預(yù)留的時(shí)隙里面發(fā)送安全消息；當(dāng)簇成員和簇頭間出現(xiàn)鏈路條件較差導(dǎo)致消息無(wú)法送達(dá)時(shí)，啟用協(xié)作機(jī)制；協(xié)作節(jié)點(diǎn)在未被預(yù)留的空閑時(shí)隙重傳安全消息；當(dāng)簇成員有非安全消息發(fā)送時(shí)，簇頭根據(jù)MAC地址檢查目的節(jié)點(diǎn)所在簇來(lái)選擇傳輸該非安全消息的信道；同簇節(jié)點(diǎn)則用收發(fā)機(jī)2在服務(wù)信道上傳輸，非同簇節(jié)點(diǎn)則用收發(fā)機(jī)1在控制信道上傳輸。該方法充分利用了網(wǎng)絡(luò)資源，在空閑時(shí)隙進(jìn)行協(xié)作，不因協(xié)作節(jié)點(diǎn)的重傳帶來(lái)過多的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延；在保證Qos的基礎(chǔ)上，提高了吞吐量和可靠性。
【IPC分類】H04W84-18, H04W72-04
【公開號(hào)】CN104754746
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510108720
【發(fā)明人】唐倫, 李昕韻, 李茹潔, 劉青海, 陳前斌
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月12日