车载自组织网络中基于簇的多信道协作mac协议实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于车载无线通信技术领域，设及一种车载自组织网络中基于簇的多信道 协作MAC协议实现方法。
【背景技术】
[0002] 车载自组织网络（VANET)作为移动无线自组织网络（MANET)的一个重要分支，其 设计目标是在沿道路行驶的车辆间、车辆与固定接入点之间，通过相互通信快速组网形成 部署方便、费用低廉、结构开放的无线移动自组织网络，从而提供开放的公共道路交通安全 服务和诸如交通信息查询、个人通信、电子地图更新、娱乐下载和Internet信息等安全无 关服务。
[0003] 移动网络中，节点无规律运动，网络拓扑实时变化。要求网络在无法节点密度较大 时，安全、控制信息实时可靠的传输。
[0004] 基于簇的网络结构具有良好的分工机制，簇环境下进行消息的传递，能够产生有 效的消息传输机制。簇头能够维护相关的路由信息和网络拓扑信息，能够较大化簇的稳定 性，降低由于拓扑变化带来的影响，减少了网络负载，便于对整个网络的管理，适用于大规 模网络。
[0005] 同时协作技术也被许多国内外的文献被证明能降低传输失败率，提高传输的稳定 性，增强传输抗干扰能力，提高信息可靠性。于是在簇机制下将协作技术引入则能结合两者 的优势，提高网络的可靠性，缓解网络负载较重时控制信道拥塞问题。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种车载自组织网络中基于簇的多信道协作 MAC协议实现方法，该方法适用于高实时性、高有效性、高可靠性的VANET网络，采用本方法 能有效利用信道，解决可靠性不高和信道拥塞的问题，提高了网络性能。
[0007] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] -种车载自组织网络中基于簇的多信道协作MAC协议实现方法，在基于时分复用 的簇机制中加入协作机制来提高系统的可靠性和防止控制信道的拥塞，具体包括：
[0009] 1)通过簇内时分复用机制来传输安全消息；簇头给每个簇成员预留一个时隙，簇 成员在预留的时隙里面发送安全消息；
[0010] 2)当簇成员和簇头间出现链路条件较差导致消息无法送达时，启用协作机制；协 作节点在未被预留的空闲时隙重传安全消息；
[0011]如非安全消息的多信道方案；当簇成员有非安全消息发送时，簇头根据MAC地址 检查目的节点所在簇来选择传输该非安全消息的信道；同簇节点则用收发机2在服务信道 上传输，非同簇节点则用收发机1在控制信道上传输。
[0012] 进一步，在本方法中，服务信道上采用混合时分复用和竞争机制，由簇头选择该簇 的服务信道，而且该个簇内的每个节点都可W管理该个服务信道。
[0013] 进一步，簇头的选择过程如下；车速可W近似看作为正态分布，概率密度函数为：
[0014]
【主权项】
1. 一种车载自组织网络中基于簇的多信道协作MAC协议实现方法，其特征在于：在基 于时分复用的簇机制中加入协作机制来提高系统的可靠性和防止控制信道的拥塞，具体包 括： 1) 通过簇内时分复用机制来传输安全消息；簇头给每个簇成员预留一个时隙，簇成员 在预留的时隙里面发送安全消息； 2) 当簇成员和簇头间出现链路条件较差导致消息无法送达时，启用协作机制；协作节 点在未被预留的空闲时隙重传安全消息； 3) 非安全消息的多信道方案；当簇成员有非安全消息发送时，簇头根据MC地址检查 目的节点所在簇来选择传输该非安全消息的信道；同簇节点则用收发机2在服务信道上传 输，非同簇节点则用收发机1在控制信道上传输。
2. 根据权利要求1所述的一种车载自组织网络中基于簇的多信道协作MC协议实现方 法，其特征在于：在本方法中，服务信道上采用混合时分复用和竞争机制，由簇头选择该簇 的服务信道，而且这个簇内的每个节点都可以管理这个服务信道。
3. 根据权利要求1所述的一种车载自组织网络中基于簇的多信道协作MC协议实现方 法，其特征在于：簇头的选择过程如下：车速可以近似看作为正态分布，概率密度函数为：
V为车速，u为期望，σ 2为方差，显然越是靠近期望概率越大；邻居节点的车速信息在 控制信道上交换，每个节点可以自己算出车辆的速度，节点车速最接近于期望值的被选为 簇头。
4. 根据权利要求1所述的一种车载自组织网络中基于簇的多信道协作MC协议实现方 法，其特征在于：在本方法中，簇成员加入簇的过程如下：每个簇头在每个周期T于控制信 道上广播簇信息，包括簇的ID，信道使用情况，时隙分配表；当一个节点进入到簇范围内， 首先它侦听信道一个T时长，如果它收到簇信息，它会发送加入该簇的信息给簇头，然后簇 头会返回一个确认信息，包括在簇内的ID和该节点分配的时隙；如果收到不止一个簇信 息，它将会确认哪个簇头的车速与之更接近，然后发送加入信息给该簇头。
5. 根据权利要求1所述的一种车载自组织网络中基于簇的多信道协作MC协议实现方 法，其特征在于：在本方法中，安全消息传输过程如下：当簇成员检测到有紧急情况，它等 待自己的时隙的到来，于自己时隙传输安全消息给簇头，收到该消息，簇头将发送确认消息 ACK给该簇成员，簇头将所有簇成员发送的紧急消息整合后，然后在收发机2上广播该消息 给簇内所有成员；与此同时，簇头在收发机1上传输该消息给邻居簇头和孤立节点，然后邻 居簇头再用收发机2发给自己的簇成员；如果簇成员没有安全消息发送，它仍会在自己的 时隙传输一个OK消息给簇头，以示它的存在。
6. 根据权利要求1所述的一种车载自组织网络中基于簇的多信道协作MC协议实现方 法，其特征在于：在未预留的空闲时隙完成节点协作包括：当簇成员没有收到簇头的确认 消息ACK，这个簇成员周围的邻居节点将会有一个节点被选作协作节点，帮助它向簇头传输 消息；协作机制起动的条件如下：（1)簇成员消息传输失败，没有收到簇头发送的确认信息 ACK ; (2)协作节点能侦听到簇成员向簇头传输的包；（3)存在空闲的可用时隙。
7. 根据权利要求1所述的一种车载自组织网络中基于簇的多信道协作MC协议实现方 法，其特征在于：在本方法中，选择协作节点过程如下：收到包含协作请求信息的包时，簇 成员测量和记录它们的信噪比，然后簇成员选择具有最大SNR的节点作为协作节点，然后 包含协作确认的C-ACK消息包头将会发送；这个C-ACK消息包含：选出协作节点的ID，重传 的时隙。
8. 根据权利要求1所述的一种车载自组织网络中基于簇的多信道协作MAC协议实现 方法，其特征在于：协作节点对传输失败安全消息的重传，在C-ACK消息中可用的空闲时隙 中，对簇成员向簇头传输失败的安全消息进行重传。
9. 根据权利要求1所述的一种车载自组织网络中基于簇的多信道协作MAC协议实现 方法，其特征在于：非安全消息的传输过程如下：非安全消息传输发生在一个周期T内的Tn 阶段，簇内每个节点保持一张该簇节点列表；当一个节点有非安全消息传送，它首先检查目 的节点的MAC地址，当目的节点为同簇节点，则用收发机2在选定的服务信道的Tn阶段发 送；如果目的节点不是同一个簇内的节点，则用收发机1在控制信道上的Tn阶段随机选择 时隙发送发送，目的节点所在簇的簇头收到以后，再由簇头发送给目的节点。
【专利摘要】本发明涉及一种车载自组织网络中基于簇的多信道协作MAC协议实现方法，包括以下步骤：通过簇内时分复用机制来传输安全消息；簇头给每个簇成员预留一个时隙，簇成员在预留的时隙里面发送安全消息；当簇成员和簇头间出现链路条件较差导致消息无法送达时，启用协作机制；协作节点在未被预留的空闲时隙重传安全消息；当簇成员有非安全消息发送时，簇头根据MAC地址检查目的节点所在簇来选择传输该非安全消息的信道；同簇节点则用收发机2在服务信道上传输，非同簇节点则用收发机1在控制信道上传输。该方法充分利用了网络资源，在空闲时隙进行协作，不因协作节点的重传带来过多的网络时延；在保证Qos的基础上，提高了吞吐量和可靠性。
【IPC分类】H04W84-18, H04W72-04
【公开号】CN104754746
【申请号】CN201510108720
【发明人】唐伦, 李昕韵, 李茹洁, 刘青海, 陈前斌
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月12日