基于協(xié)作的車載自組織網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究.pdf

1、汽車在給人們的生活帶來便利的同時(shí)，也帶來了安全隱患、道路擁堵、資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等嚴(yán)重的問題。車載自組織網(wǎng)絡(luò)通過為車輛之間、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間和車輛與行人之間提供及時(shí)可靠的通信服務(wù)，達(dá)到減少交通事故，提高道路運(yùn)行效率，改善駕駛體驗(yàn)等目的。因此，車載自組織網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的實(shí)用性和巨大的商業(yè)潛力，已經(jīng)吸引了國(guó)內(nèi)外許多高校、科研機(jī)構(gòu)和汽車制造商等的目光。
　　與其它自組織網(wǎng)絡(luò)相比，車載自組織網(wǎng)絡(luò)具有節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度快、拓?fù)漕l繁變化和無線鏈路質(zhì)

2、量差等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)給信息的傳輸和資源分配造成了很大的困難。另外，車載網(wǎng)可以提供各種不同類型的應(yīng)用，這些應(yīng)用對(duì)QoS的要求又有著很大的差異。因此，在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)高效可靠的MAC協(xié)議成為了一個(gè)很重要的研究方向。另一方面，協(xié)作通信已經(jīng)被證明是一種有效的對(duì)抗信道衰落，提高傳輸可靠性的方法。由于無線信道具有廣播特性，源節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，中繼節(jié)點(diǎn)也能夠收到來自源節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，如果它將這一信息加以處理后，轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)就能夠收到

3、來自源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的多路信號(hào)，從而獲得空間增益，提高傳輸可靠性。本文將協(xié)作通信引入MAC協(xié)議設(shè)計(jì)，針對(duì)車載網(wǎng)中的信息傳播容易受到無線信道質(zhì)量不穩(wěn)定的影響這一根本性問題，提出了幾種基于協(xié)作的MAC協(xié)議。具體說來，本文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　1.由于車載網(wǎng)絡(luò)中無線信道很不穩(wěn)定，安全信息的傳輸容易受到影響，同時(shí)不同種類的應(yīng)用具有不同的QoS要求。為了加強(qiáng)安全信息傳輸?shù)目煽啃?，同時(shí)滿足其它應(yīng)用的QoS要求，在DSRC多信道模型

4、下，提出了一個(gè)基于分簇的多信道協(xié)作MAC協(xié)議(MCC-MAC)。該協(xié)議針對(duì)不同的消息類型采用不同的信道接入方式。具體而言，為了保證安全信息的傳輸時(shí)延，該協(xié)議采用TDMA方式在簇內(nèi)進(jìn)行傳輸;而對(duì)非安全信息，則采用CSMA/CA方式接入信道。當(dāng)有簇成員沒有接收到簇頭的廣播消息時(shí)，其它簇成員可以在空閑時(shí)隙上幫助轉(zhuǎn)發(fā)該消息，這大大提高了安全消息的傳輸可靠性。接下來，又對(duì)安全消息的接收成功率和時(shí)延進(jìn)行了理論分析。最后，在NS-2平臺(tái)上對(duì)MCC-M

5、AC進(jìn)行了仿真，并將仿真結(jié)果與現(xiàn)有協(xié)議進(jìn)行了對(duì)比。理論分析及仿真實(shí)驗(yàn)表明該協(xié)議不僅提高了安全信息的接收成功率，同時(shí)滿足了其它應(yīng)用的QoS要求。
　　2.針對(duì)安全消息的單跳廣播容易受到無線信道衰落影響的問題，提出了一種基于重傳的單跳協(xié)作廣播協(xié)議(CB-TDMA)。具體而言，該協(xié)議通過采用協(xié)作廣播的方式，有效地提高了每次重廣播的接收成功率，并且減少了重廣播的次數(shù)，降低了消息的平均時(shí)延。另外，對(duì)安全消息的接收成功率和平均時(shí)延進(jìn)行了理論分

6、析，并用MATLAB對(duì)分析結(jié)果加以驗(yàn)證，結(jié)果表明CB-TDMA協(xié)議在提高廣播可靠性的同時(shí)，降低了平均時(shí)延。
　　3.為了加快安全信息的傳輸速度，同時(shí)增強(qiáng)信息的傳輸可靠性，提出了一種基于協(xié)作的多跳廣播協(xié)議(MCB)。具體而言，MCB協(xié)議在每一跳上都選擇距離發(fā)送節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)，以減小消息的傳輸時(shí)延;同時(shí)，為了保證傳輸?shù)目煽啃裕诿恳惶秶鷥?nèi)，再選擇一個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重廣播，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠收到來自中繼鏈路和協(xié)作鏈路的兩路信號(hào)