[发明专利]用于车载无线自组织网络的自适应MAC协议

说明书

技术领域

本发明属于无线网络技术领域，具体涉及一种新的车载无线自组织网络的自适应介质访问控制（MAC）协议。

背景技术

车用无线自组织网络（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。

根据IEEE 802.11p MAC协议，WAVE（车载环境下的无线接入）节点在控制信道和业务信道上均需要竞争信道来发送数据，对于VANET这种节点密度和拓扑结构动态变化的网络来说，不能保证控制信道上的安全、控制信息实时、可靠的传输，同时业务信道也不能得到高效的利用。IEEE 1609.4协议规定CCH时隙和SCH时隙均为固定值，存在这样的弊端：当网络的节点密度较大时，固定的CCH时隙将无法提供足够的带宽来传输大量的安全、控制信息；当网络的节点密度较小时，安全、控制信息传输的减少使得控制信道得不到充分的利用，同时固定的SCH时隙将无法提供足够的带宽来传输消耗大量带宽的增值业务。

针对IEEE 802.11p MAC协议和IEEE 1609.4协议存在的不足，国内学者提出了新的MAC协议。文献A Novel Multichannel MAC Scheme for Vehicular Ad Hoc Networks（In 1st International conference on Wireless Access in Vehicular Environments, 2008.）设计了VCI MAC协议，该协议创新性地提出了可变CCH时隙设计，并将CCH时隙进一步划分为安全时隙和WAVE服务宣告时隙，减少了安全信息和控制信息之间的传输干扰，同时通过在WSA时隙完成节点对业务信道的预留，从而为业务信道提供无竞争访问，使控制信道和业务信道的信道利用率都得到了大幅提高。但该协议在控制信道上仍采用竞争方式，无法保证在网络节点密度较大时，安全、控制信息实时、可靠的传输。

相比较国外提出的新的MAC协议，文献A survey and qualitative analysis of mac protocols for vehicular ad hoc networks（Wireless Communications, IEEE,October 2006, vol. 13, Issue: 5, pp. 30-35.）提出了使用RR-ALOHA（Reliable Reservation-ALOHA, 可靠预约ALOHA）协议：RR-ALOHA协议假设一帧由N个时隙组成。RR-ALOHA协议采用分布式申请方式，当有节点加入时，先侦听一帧的时间，然后选择一个空闲时隙发送一个分组，来预约这个时隙。如果邻居节点正确接收到了该分组，则在它的FI（Frame Information）中标示出来。当新加入的节点从一帧时间内收到的所有FI中确定邻居节点都正确接收到分组时，即认为预约成功，从而将每帧的该时隙作为它的BCH（Base Channel），直到该节点主动放弃这个时隙或离开网络，在这期间其他节点都不能访问该时隙。其中，BCH用于发送FI、其他信令信息和承载有效载荷。在每一帧中，节点都必须在自己的BCH中发送FI信息，并根据节点的FI和自己的信道使用情况及时更新FI信息。使用RR-ALOHA协议来传输安全、控制及业务信息，实现了节点安全信息的实时、可靠传输，但RR-ALOHA协议要求网络中的节点数必须小于单个frame中time slot的个数，无法满足VANET节点密度和拓扑结构动态变化的特性。同时该MAC协议仍规定CCH时隙和SCH时隙均为固定值，使得控制信道和业务信道无法得到充分利用。

近年来，国内外的研究取得了一定的成果，但仍存在以下问题：无法在保证安全、控制信息实时、可靠传输的前提下，使得业务信道的信道利用率在任何节点密度下都能达到最大值。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种用于车载无线自组织网络的自适应MAC协议。