[发明专利]一种车联网中基于邻居节点协作通信的MAC层数据传输方法

说明书

本发明公开了一种车联网中基于邻居节点协作通信的MAC层数据传输方法，属于车载自组织网络通信技术领域。所述方法针对现有车载网络中数据传输失败时多次重传的现象，通过引入协作节点来对传输失败的数据包进行协作重传，并且充分利用当前时帧下的空闲时隙，有效提高信道利用率；在协作机制中，根据失败节点的数量采取不同策略选择最佳选择节点，确保建立稳定链路完成协作通信，从而提高了数据包传输成功的概率，也降低了时延，并有效实现了网络中数据的可靠传输。本发明可以作为车载网络中节点发送广播消息的MAC层协议使用，适用于网络拓扑结构复杂、数据传输可靠性较低的场景。

技术领域

本发明涉及车载自组织网络通信技术领域，具体涉及一种车联网中基于邻居节点协作通信的MAC层数据传输方法。

背景技术

近年来，汽车的保有量快速增长，智能交通系统(ITS)逐渐发展起来，成为学术界和工程界的研究热点。车载自组织网络(VANET)被认为是发展智能交通系统和提高道路交通安全的基础和核心技术。车载自组织网络是由行驶在交通道路上的具备感知、计算、存储和无线通信能力的移动车辆以及路边基础通信单元组成的新型无线自组织网络。与传统的移动自组织网络相比，车载自组织网络除了具备终端的移动性、业务产生的随机性、无线信道资源有限、无中心网络等特点，还具备车载终端高速移动、网络拓扑高度动态变化、安全类业务实时性高、网络负载大等特点。而车载自组织网络MAC协议研究终端如何接入无线信道并有效利用信道资源，对车载网络的时延、吞吐量、信道利用率等重要指标有决定性作用，理想的MAC协议可以有效解决隐藏终端、暴露终端、接入冲突、合并冲突等问题，并保证安全类业务的实时性、网络性能稳定、接入公平性等。

国外很多国家在IEEE 802.11P的研究方面已取得了很大的进展，美国于2010年7月颁布了正式的IEEE 802.11p标准；欧洲在1994年就开始由CEN/TC278组织进行DSRC标准的起草，1997年通过了“5.8GHz DSRC物理层与数据链路层”标准；日本的车辆通信系统专家组也开始研究底层的通信规范和改进的协议标准以适应新的“车-路”互联网系统；而我国对车载短程通信系统的研究仍处于初级阶段，车载短程通信系统的应用还比较少。

按照无线信道访问协调方式的不同，当前车联网中的MAC协议主要分为非竞争和基于竞争两种模式，TDMA和CSMA/CA分别是上述两种模式中常用的技术。由于车辆的快速移动导致道路上的车流分布极不均衡且随时间动态变化。基于CSMA/CA竞争机制的MAC协议在车流密集时会因为大量车辆同时访问无线信道发生消息碰撞，而基于TDMA非竞争机制的MAC协议在车流稀疏时又会出现无线信道利用率低下的现象。因此，设计出高效、稳定、适应车载环境的MAC协议是解决问题的突破口。文献ADHOC MAC：new MAC architecture foradhoc networks providing efficient and reliable point-to-point and broadcastservices提出ADHOC协议，这是基于RR-ALOHA信道访问机制，采用了TDMA方式划分无线信道，节点需要在周期性广播的帧信息FI中标注邻居节点占用时隙情况。该协议适用于车载自组织网络,缺点是当节点移动速度加快，密度变大，会引起大量的节点接入冲突，增大了接入时延。文献VeMAC：a novel multichannel MAC protocol for vehicular ad hocnetworks提出VeMAC协议，VeMAC协议将时隙分为三个子时隙集，节点在对应的时隙集中随机选择竞争时隙，有效地解决了接入冲突和合并冲突的问题。但是当网络中车辆节点密度变化较大且节点移动速度加快时，会造成接入时延增大、信道利用率低等问题。

当车辆节点之间数据传输失败时，传统的TDMA协议采取重传的机制，需要等到下一时帧到来时在同一时隙进行数据的重传，而同一链路在邻近时间段内的信道质量是相近的，因此这种情况下可能出现节点在一次失败传输后多次失败和多次重传的情况，严重恶化了网络性能，也增大了时延，造成恶性循环，甚至影响其它消息的传输。因此，需要寻找一种有效的方法使得车载网络中消息的传输具有可靠性，特别是紧急消息的传输更加需要保证时延，确保消息传输准确、可靠。