一種基于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中簇的網(wǎng)關(guān)協(xié)作mac協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車(chē)輛無(wú)線通信，尤其是涉及服務(wù)密集型的一種基于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中簇的網(wǎng)關(guān)協(xié)作MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展和汽車(chē)的普及，道路交通安全形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，行車(chē)安全已成為全世界最為關(guān)注的的公共安全問(wèn)題之一?，F(xiàn)在人們的生活越來(lái)越離不開(kāi)汽車(chē)，人們對(duì)車(chē)輛的增值服務(wù)應(yīng)用也提出了更高的要求。因此，車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANETs)的概念應(yīng)運(yùn)而生。車(chē)輛自組織網(wǎng)絡(luò)是將移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在交通道路上，通過(guò)車(chē)輛與車(chē)輛、車(chē)輛與路邊單元(RSU)的相互通信來(lái)構(gòu)成統(tǒng)一的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。
[0003]車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中，車(chē)輛的高速移動(dòng)性導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?。通過(guò)將車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇，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)簇中都會(huì)選擇一個(gè)簇頭，并對(duì)其所在的簇進(jìn)行管理。通過(guò)分簇的方法，把整個(gè)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)分成若干個(gè)小型的自組織網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)的管理與維護(hù)變得更為簡(jiǎn)單。
[0004]車(chē)載網(wǎng)絡(luò)是無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)在新領(lǐng)域的擴(kuò)展，采用IEEE802.1lp作為底層協(xié)議來(lái)保證通信的可靠性。IEEE802.1 Ip協(xié)議是從IEEE802.1Ia協(xié)議基礎(chǔ)上修改而來(lái)的協(xié)議，針對(duì)高速移動(dòng)環(huán)境中車(chē)輛與車(chē)輛、車(chē)輛與路邊單元之間的通信而提出的一種解決方案。IEEE802.1 Ip基于競(jìng)爭(zhēng)的CSMA/CA方法作為基本的接入方法。通過(guò)采用CSMA/CA方法，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中在存在較多的車(chē)輛，車(chē)輛之間的碰撞概率和系統(tǒng)的時(shí)延都顯著增加，。為了解決CSMA/CA方案中存在的問(wèn)題，研究者們提出了許多基于預(yù)約的時(shí)分多址技術(shù)(TDMA)的方案。采用TDMA技術(shù)，每個(gè)車(chē)輛節(jié)點(diǎn)都接入到屬于自己的時(shí)隙用來(lái)發(fā)送消息，解決了信道競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)以及碰撞，因此也減小了系統(tǒng)的時(shí)延。CDMA技術(shù)以及FDMA技術(shù)也同樣被廣泛用于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議研究設(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(chē)輛節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送而且不會(huì)相互干擾，能有效地提高系統(tǒng)的性能。
[0005]本申請(qǐng)人在中國(guó)專(zhuān)利CN105119680A中公開(kāi)服務(wù)密集型車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中的多信道MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法，屬于車(chē)載無(wú)線通信領(lǐng)域。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;DS-ALOHA控制信道接入?yún)f(xié)議采用TDMA機(jī)制，引入簇的概念，通過(guò)簇首來(lái)收集、轉(zhuǎn)發(fā)安全信息，使得網(wǎng)絡(luò)中的安全信息能夠得到實(shí)時(shí)、可靠的傳播；同時(shí)，服務(wù)信道的接入由簇首來(lái)分配，從而降低了節(jié)點(diǎn)之間的碰撞，提高了對(duì)業(yè)務(wù)信道的利用率。只需要使用單根天線，即可實(shí)現(xiàn)多信道通信。更加有效利用了無(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(xiāo)。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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供在車(chē)載網(wǎng)絡(luò)下，可保證QoS和安全消息的可靠傳輸，提高系統(tǒng)對(duì)服務(wù)信息的吞吐量并減少系統(tǒng)整體延遲的一種基于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中簇的網(wǎng)關(guān)協(xié)作MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法。
[0007]本發(fā)明包括如下步驟:
[0008]I)劃分控制信道，具體步驟為:
[0009]1.1)將控制信道分成同步間隔(Synchronizat1n Interval)，每個(gè)同步間隔100ms; 1.2)將每個(gè)同步間隔分成兩個(gè)子同步間隔(Sem1-1nterval)，每個(gè)子同步間隔50ms;
[0010]1.3)將每個(gè)子同步間隔分為50個(gè)時(shí)隙(Slot)，每個(gè)時(shí)隙lms;
[0011]2)當(dāng)簇間無(wú)時(shí)隙碰撞時(shí)，分配車(chē)輛節(jié)點(diǎn)在控制信道上的時(shí)隙，具體步驟為:
[0012]2.1)在每個(gè)同步間隔上，每個(gè)簇成員(CM)接入一個(gè)時(shí)隙；
[0013]2.2)在每個(gè)同步間隔上，簇頭(CH)接入兩個(gè)時(shí)隙，位于每個(gè)同步間隔中的子同步間隔第一個(gè)時(shí)隙(除保護(hù)時(shí)隙外)，簇頭通過(guò)接入的時(shí)隙廣播安全消息與服務(wù)信道接入時(shí)隙的分配方案；
[0014]2.3)在每個(gè)同步間隔上，簇頭會(huì)選出兩個(gè)車(chē)輛節(jié)點(diǎn)作為簇的網(wǎng)關(guān);簇的網(wǎng)關(guān)分為前網(wǎng)關(guān)和后網(wǎng)關(guān);沿著車(chē)輛行駛的方向，簇頭選擇一個(gè)位置穩(wěn)定在簇的前端的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)為所在族的如網(wǎng)關(guān)，位置穩(wěn)定在族的后端的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)為所在族的后網(wǎng)關(guān)；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接入兩個(gè)時(shí)隙，前網(wǎng)關(guān)接入的時(shí)隙位于每個(gè)同步間隔中的子同步間隔的最后一個(gè)時(shí)隙，后網(wǎng)關(guān)接入的時(shí)隙位于每個(gè)同步間隔中的子同步間隔的倒數(shù)第二個(gè)時(shí)隙；
[0015]2.4)通過(guò)網(wǎng)關(guān)接入的兩個(gè)時(shí)隙，使得當(dāng)簇間發(fā)生時(shí)隙碰撞時(shí)，能在較短時(shí)間內(nèi)解決時(shí)隙碰撞問(wèn)題；
[0016]3)解決簇間時(shí)隙碰撞，具體步驟為:
[0017]3.1)簇一與簇二發(fā)生時(shí)隙碰撞，沿著車(chē)輛行駛的方向，位置在后面的簇一(所在簇)的網(wǎng)關(guān)先接收到簇二 (相鄰簇)的網(wǎng)關(guān)的消息(包含簇二的時(shí)隙表)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該消息不是簇一的簇成員發(fā)送，將簇二的時(shí)隙表轉(zhuǎn)發(fā)給所在簇的簇頭，同時(shí)告知相鄰簇的網(wǎng)關(guān)并發(fā)送所在簇的時(shí)隙表給它;簇一的簇頭接收到由簇一的網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的簇二的時(shí)隙表后，修改簇頭接入的時(shí)隙，修改為接入每個(gè)子同步間隔的第二個(gè)時(shí)隙(除保護(hù)時(shí)隙外)；在對(duì)比兩簇時(shí)隙表后，簇一的簇頭修改的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接入的時(shí)隙，前網(wǎng)關(guān)接入每個(gè)子同步間隔的倒數(shù)第一個(gè)時(shí)隙和倒數(shù)第六個(gè)時(shí)隙，后網(wǎng)關(guān)接入每個(gè)子同步間隔的倒數(shù)第四個(gè)時(shí)隙；若發(fā)現(xiàn)存在兩簇簇成員時(shí)隙的碰撞，修改所在簇的簇成員的時(shí)隙;簇一的簇頭修改簇成員、簇頭和網(wǎng)關(guān)接入的時(shí)隙后，向簇內(nèi)成員廣播新的時(shí)隙表，簇內(nèi)的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)按照新的時(shí)隙表接入時(shí)隙;簇二的網(wǎng)關(guān)收到簇一的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息后，并將該信息轉(zhuǎn)發(fā)給它的簇頭，簇頭對(duì)比兩簇時(shí)隙表后，發(fā)現(xiàn)兩簇的前后網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接入的都是子同步間隔的最后一個(gè)時(shí)隙和倒數(shù)第二個(gè)時(shí)隙，簇二的簇頭修改的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接入的時(shí)隙，簇二的前網(wǎng)關(guān)接入每個(gè)子同步間隔的倒數(shù)第五個(gè)時(shí)隙，后網(wǎng)關(guān)接入每個(gè)子同步間隔的倒數(shù)第三個(gè)時(shí)隙;簇頭與簇成員接入的時(shí)隙不變，并向簇內(nèi)成員廣播新的時(shí)隙表，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)按照新的時(shí)隙表接入時(shí)隙；簇一的網(wǎng)關(guān)接收到簇一的簇頭發(fā)送的新的時(shí)隙表后，轉(zhuǎn)發(fā)給簇二的網(wǎng)關(guān)，并由簇二的網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給它的簇頭；
[0018]3.2)簇一與簇二解決時(shí)隙碰撞后，沿著車(chē)輛行駛的方向，當(dāng)簇二的前方的簇三與簇二發(fā)生時(shí)隙碰撞時(shí)，即簇三的網(wǎng)關(guān)先接收到簇二的網(wǎng)關(guān)的消息(包含簇二的時(shí)隙表)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該消息不是簇三的簇成員發(fā)送，將簇二的時(shí)隙表轉(zhuǎn)發(fā)給所在簇的簇頭，同時(shí)告知相鄰簇的網(wǎng)關(guān)并發(fā)送所在簇的時(shí)隙表給它;簇三的簇頭接收到由簇三的網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的簇二的時(shí)隙表后，修改簇頭接入的時(shí)隙，修改為接入每個(gè)子同步間隔的第二個(gè)時(shí)隙(除保護(hù)時(shí)隙外)；在對(duì)比兩簇時(shí)隙表后，簇三的簇頭修改的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接入的時(shí)隙，前網(wǎng)關(guān)接入每個(gè)子同步間隔的倒數(shù)第六個(gè)時(shí)隙，后網(wǎng)關(guān)接入每個(gè)子同步間隔的倒數(shù)第四個(gè)時(shí)隙；若發(fā)現(xiàn)存在兩簇簇成員時(shí)隙的碰撞，修改所在簇的簇成員的時(shí)隙;簇三的簇頭修改簇成員、簇頭和網(wǎng)關(guān)接入的時(shí)隙后，向簇內(nèi)成員廣播新的時(shí)隙表，簇內(nèi)的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)按照新的時(shí)隙表接入時(shí)隙;簇二的網(wǎng)關(guān)收到簇三的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息后，并將該信息轉(zhuǎn)發(fā)給它的簇頭，簇頭對(duì)比兩簇時(shí)隙表后，簇二的簇頭修改的前網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接入的時(shí)隙，前網(wǎng)關(guān)接入每個(gè)子同步間隔的倒數(shù)第二個(gè)時(shí)隙和倒數(shù)第五個(gè)時(shí)隙；簇頭、后網(wǎng)關(guān)和簇成員接入的時(shí)隙不變，并向簇內(nèi)成員廣播新的時(shí)隙表，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)按照新的時(shí)隙表接入時(shí)隙；簇三的網(wǎng)關(guān)接收到簇三的簇頭發(fā)送的新的時(shí)隙表后，轉(zhuǎn)發(fā)給簇二的網(wǎng)關(guān)，并由簇二的網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給它的簇頭；
[0019]3.3)簇一與簇二解決時(shí)隙碰撞后，沿著車(chē)輛行駛的方向，當(dāng)簇一的后方的簇四與簇一發(fā)生時(shí)隙碰撞時(shí)，即簇四的網(wǎng)關(guān)先接收到簇一的網(wǎng)關(guān)的消息(包含簇一的時(shí)隙表)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該消息不是簇四的簇成員發(fā)送，將簇一的時(shí)隙表轉(zhuǎn)發(fā)給所在簇的簇頭，同時(shí)告知相鄰簇的網(wǎng)關(guān)并發(fā)送所在簇的時(shí)隙表給它;簇四的簇頭接收到由簇四的網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的簇一的時(shí)隙表后，在對(duì)比兩簇時(shí)隙表后，簇四的簇頭接入時(shí)隙不變，簇頭修改的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接入的時(shí)隙，前網(wǎng)關(guān)接入每個(gè)子同步間隔的倒數(shù)第二個(gè)時(shí)隙和倒數(shù)第五個(gè)時(shí)隙，后網(wǎng)關(guān)接入每個(gè)子同步間隔的倒數(shù)第三個(gè)時(shí)隙;若發(fā)現(xiàn)存在兩簇簇成員時(shí)隙的碰撞，修改所在簇的簇成員的時(shí)隙；簇四的簇頭修改簇成員、簇頭和網(wǎng)關(guān)接入的時(shí)隙后，向簇內(nèi)成員廣播新的時(shí)隙表，簇內(nèi)的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)按照新的時(shí)隙表接入時(shí)隙；簇一的網(wǎng)關(guān)收到簇四的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息后，并將該信息轉(zhuǎn)發(fā)給它的簇頭，簇頭對(duì)比兩簇時(shí)隙表后，簇頭、網(wǎng)關(guān)和簇成員接入的時(shí)隙都不變;簇四的網(wǎng)關(guān)接收到簇四的簇頭發(fā)送的新的時(shí)隙表后，轉(zhuǎn)發(fā)給簇一的網(wǎng)