[发明专利]车载自组织网络中基于簇机制的多信道MAC协议方法

摘要

本发明请求保护一种基于簇机制的多信道MAC协议实现方法。首先，簇头根据簇成员的位置信息给其分配时隙，簇成员在自己的时隙内预约信道，减少同一时间接入信道的节点数。其次，由于节点的快速移动会引起邻居节点间产生碰撞，导致数据丢失，因此簇头在为簇成员分配信道时考虑簇成员邻居节点的信道占用情况。最后，簇头为簇成员分配服务信道并周期性的广播信道占用列表，簇成员在分配的信道上传输数据。提出的基于簇机制的多信道MAC协议明显减低信道碰撞概率，提高了数据传输的可靠性。 1

主权项

1.一种车载自组织网络中基于簇机制的多信道MAC协议方法，其特征在于，包括以下步骤：

101、建立车载自组织网络拓扑模型，车载自组织网络模型由单向道路上的车辆组成，把这些车辆划分为若干个簇，每个簇包含一个簇头和若干个簇成员，通过最小ID成簇算法来选择簇头，簇头根据簇成员状态来动态指定和分配服务信道，每个车辆装备一个GPS接收器，用于获取车辆所在的位置，每个车辆使用两部收发台，一部工作在控制信道，用于紧急消息和控制分组的收发；另一部在服务信道之间切换，用于簇内数据包的收发；

102、簇内的每个节点周期性地通过GPS及hello消息获取邻居节点车辆节点的位置、速度和节点类型信息；其中簇头节点和自己簇内的普通节点保持时间上的同步；

103、簇内节点根据获取的簇内其他节点位置、节点类型信息确定节点接入控制信道的时隙；

104、当簇内节点携带紧急消息时，直接在控制信道上广播紧急消息；当簇内节点携带非紧急消息时，则在自己的时隙内预约信道；

105、当簇成员有数据发送时，簇内节点向簇头申请接入信道，簇头收到数据后，根据数据的类型安排簇成员接入信道；簇头根据邻居节点占用信道信息及接入信道申请分配信道给簇内节点。

2.根据权利要求1所述的车载自组织网络中基于簇机制的多信道MAC协议方法，其特征在于，步骤103中簇内节点根据获取的簇内其他节点的位置、节点类型信息确定节点接入控制信道的时隙的步骤具体包括：

B1、簇内节点通过GPS获取当前位置、速度和节点类型信息；节点通过周期性的hello消息获取邻居节点的当前位置、速度和节点类型信息；簇成员周期性的发送自己的状态信息给簇头；

B2、簇头根据簇成员地理位置的不同，把簇成员划分到四个区域，分别为：区域一、区域二、区域三和区域四；将控制信道以100ms为周期进行划分，每个周期分为四个时隙，每个时隙对应一个区域，区域一的车辆在簇头运动方向的前方，则划分到第一时隙，区域四的车辆将被划分到第四时隙，区域二和区域三的车辆将分别被划分到第二时隙和第三时隙。

3.根据权利要求1所述的车载自组织网络中基于簇机制的多信道MAC协议方法，其特征在于，步骤104中，节点携带紧急消息时，直接在控制信道上广播紧急消息的步骤包括：簇成员持续监听控制信道，如果节点携带紧急消息，则直接在控制信道上广播紧急消息，簇头收到紧急消息后，簇头在簇范围内广播给簇成员和邻居簇头，其他簇成员不再进行转发，一旦邻居簇头收到紧急消息则再次进行广播和转发，实现紧急消息的远距离传输，由于紧急消息有优先发送权，簇头收到后立即广播。

4.根据权利要求1所述的车载自组织网络中基于簇机制的多信道MAC协议方法，其特征在于，步骤104中所述节点携带非紧急消息时，需要在自己的时隙内预约信道的步骤包括：当簇成员携带非紧急消息时，判断当前时刻是否是自己的接入时隙，如果不是，则需要等到自己的时隙才能给簇头发送信道接入申请；如果信道接入申请被簇头成功的接收，簇头根据信道分配算法分配信道给簇成员，更新控制信道使用列表，并且周期性的发送给簇成员，如果簇成员没有数据要发送，或者发送信道接入申请失败后，簇成员将继续发送申请，等待下一次的控制信道使用列表。

5.根据权利要求1所述的车载自组织网络中基于簇机制的多信道MAC协议方法，其特征在于，簇头根据邻居节点占用信道信息及接入信道申请分配信道给簇内节点的步骤具体包括：

簇成员发送给簇头的信道接入申请帧包含控制部分、目的节点、占用信道的时间、邻居节点占用的信道情况和帧校验序列；簇成员发送的信道接入申请帧中加入其邻居节点占用信道的情况，使得簇头为簇成员分配与邻居节点不同的信道；簇头根据簇成员的申请，周期性在控制信道上发送的控制信道使用列表，控制信道使用列表包括四个部分：信道标识、信道状态、使用信道的节点和更新时间，信道标识是指服务信道编号，信道占用情况分为空闲和忙碌两种情况，如果为空闲信道，则簇成员可以预约信道；更新时间为占用信道的节点释放该信道的时间，它根据数据包的长度进行设定，簇成员通过更新时间来竞争信道。

6.根据权利要求1所述的车载自组织网络中基于簇机制的多信道MAC协议方法，其特征在于，簇头收到数据后，根据数据的类型安排簇成员接入信道的步骤具体包括：

C1、簇头在控制信道收到数据包，当为信道接入请求时，首先判断是否是簇成员发送的申请，如果不是则广播原有的控制信道使用列表，否则执行步骤C2；

C2、如果是簇内节点发送的信道接入申请，检查目的节点是否处于忙碌状态，如果目的节点处于忙碌状态则仍广播原有的控制信道使用列表，否则执行步骤C3；

C3、簇头根据信道接入申请中包含的邻居节点占用信道的情况，为簇成员分配与其邻居节点不同的信道，并且把此次信道分配加入到控制信道使用列表中；

C4、更新控制信道使用列表，并广播控制信道使用列表。