[发明专利]车辆自组织网络中一种基于协作MAC协议的中继通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及车载无线通信领域技术，尤其涉及车载无线通信中的中继选取方法以及协作MAC协议设计方法。 

背景技术

车辆自组织网络（VANET）， 简称车域网或车联网，是车辆无线通信网络的主要组成部分。他是一种服务于各种车辆（车载终端）和道路交通管理的信息网络，也是一种广义的物联网，图1为VANET的网络拓扑图。车辆自组织网络把数字化、网络化和智能化延伸到移动的车辆和道路，使车载终端随时方便地接入互联网，从而及时得到各种信息。由于车辆的快速移动和各个节点接入的完全随机性，使这一通信方式具有信道的高度时变性、突出的多普勒效应和网络拓扑的不确定性等特点。因此，车辆无线通信网既要依托于现有的无线通信网络，又需要针对自身的特点构建自己的体系结构，并采用一些专用技术。这一领域的研究开发已受到广泛的关注，成为当前的一个热点，近年来已有许多研究成果报道，并已制订出一些标准，也有若干原型系统投入实验运行。 

随着VANET的悄然盛行，作为关键技术之一的MAC协议的研究也越来越广泛。MAC层向网络中的节点提供了物理寻址和信道接人控制，为上层提供快速、可靠的报文传输支持。特别在无线网络中，MAC协议能否有效地利用无线信道的有限带宽，将对无线网络的性能起着决定性作用。 对于VANET，MAC层除了考虑接入公平性、隐藏终端、暴露终端等Ad Hoc网络的普遍问题外。还需考虑以下特殊因素：移动自适应拓扑变化、不同类别应用优先级、低传输延时、可靠传输等。早期关于VANET的MAC层协议研究主要基于对传统Ad Hoc网络 MAC协议的改进，以适用于高速移动的VANET。例如：IEEE 802．11 DCF 协议，基于CSMA／CA， 以较小的RTS／CTS分组的交互，分配较大的无线资源，从而提高无线资源的利用率，但IEEE 802．11 DCF不能很好支持实时业 务；Ad Hoc MAC 协议，通过TDMA机制为每个终端预留时隙，为VANET提供了较好的QoS保证，但 Ad Hoc MAC协议不能有效地利用信道，且通信范围内的节点数目受限制；D-MAC协议（directional MAC，定向天线 MAC协议是基于IEEE 802.11提出的,每个终端通过 GPS知道自己和相邻终端的地理位置，在相邻的平行运行的车辆中，定向天线有利于减少传输干扰和冲突，但其复杂性以及其昂贵的设施给实现带来了困难。 

因此，需要提出专门为车载环境下的无线接入设计的新型MAC协议,以进一步适应车辆的高移动性，并改进VANET无线接入控制的性能，提高通信可靠性，并降低传输延时。 

发明内容

本发明针对现有技术中存在的高速移动的VANET中通信不能有效利用信道，通信范围受限，且设施昂贵实时困难的技术问题。 

本发明解决上述技术问题的技术方案是：提供一种VANET环境下基于车辆移动性的中继通信方法。它采用分布式与集中式相结合的中继选取方式，大大减少了备选中继的个数以及中继反馈消息的数量，并兼顾考虑了移动性，使得选出的中继组（包括主、备用中继节点）不光具备较优的链路质量，而且还能适应各种移动场景的需求，并且能降低系统的中断概率以及误码率，因此，能有效地实现网络的可靠传输。 

在本发明中设计基于联合预测的协作MAC协议，具体为，改变802.11 DCF模式的帧格式，将DATA帧分为S-DATA和R-DATA，使得其能携带中继选取所需的参数；在中继端根据COOPMAC的速率限定方式减少备选中继的个数。在控制帧交换阶段后，中继获取移动终端速率信息，决定移动终端接入信道的时隙，移动终端分布式接入信道。源端接收到中继的消息之后，根据速率信息重新确立优先级，根据优先级选出两个中继节点组成的主、备用中继组。具体为： 

网络中各节点持续侦听信道，源端收到DCF（分布式协调功能）帧后，在 控制帧交换阶段后，从预订时间内接收到的中继协作消息RI中获取链路速率，并确定备选中继；根据DCF帧中的RTS和CTS对信道状态进行估计获取信道信息，确定中继分布式依次接入信道的接入时隙g；每个备选中继根据优先级及接入时隙自行决定接入信道，源端根据信道信息获取中继、源端、目的端的当前移动状态，并确定状态参数α、β，调用公式： 选择主、备用中继组。源端根据各节点相对位置确定采用何种中继传输模式。