一种缓解控制信道同步冲突的方法
【技术领域】
[OOOU 本发明设及车载自组织网络MAC层多信道传输机制中的控制信道同步冲突缓解 方法，属于网络通讯技术领域。
【背景技术】
[0002] 作为物联网技术的热口发展方向之一，车联网能够实现车，路，人S者之间的消息 互通，达到缓解交通拥堵、减少交通事故、改善出行条件等一系列目的，最终实现智慧交通 系统（IntelligentTransportationSystem,IT巧。车载自组织网络作为ITS的基础部 分，能够实现移动中的车与车（VehicletoVehicle，V2V)通信、车与基础设施（Vehicleto In化astruc化re，V2I)通信。VANET能够为车辆提供两类应用；安全应用主要是公共交通安 全，例如交通事故告警、障碍物避让、灾害天气预报等可W减少交通事故，提高驾驶安全性 的应用；非安全应用一方面是指智能交通管理，例如不停车收费、车队管理等；另一方面是 提供信息服务，例如地图导航、服务广播、文件传输等资讯信息广播服务。
[0003] 为了实现VANET的各种应用，高效可靠的媒体接入控制（MediaAccess Control,MAC)技术是十分关键的。车载环境无线接入（WirelessAccessinVehi州lar 化vircmment，WAVE)是近几年美国相关部口在车辆专用短程通信值edicated化ortRange Communication，DSRC)频谱上部署和发展的标准和协议。WAVE协议体系包括IE邸802.lip 协议和IE邸1609系列协议，802.lip协议定义了物理层和基本的MAC层标准，1609协议族 是W802.lip协议为基础的上层协议，其中1609. 4协议作为MAC层的上半层协议，主要规 定了WAVE的多信道管理操作和服务原语等内容。WAVE信道划分为一个控制信道（Control 化annel，CCH)W及六个服务信道（Service化annel，SCH)，每个信道带宽均为lOMHz，信道 上的消息竞争传输过程由IE邸802.lip标准规定，信道之间的协调机制主要由IE邸1609. 4 标准制定。
[0004] VANET中传输的信息包含网络管理控制信息、行车安全信息和娱乐服务信息 等等，如果所有信息都在一条信道上传输极易引起网络拥塞，无法保证网络的服务质量 (QualityofService,QoS),采用多信道MAC机制能够有效解决该一问题。WAVE系统规定 CCH主要用于广播安全和管理控制信息，SCH主要传输非安全业务消息，信道之间通过建立 合理的切换机制确保VANET可靠高效的业务数据传输。
[0005] IE邸1609. 4协议中规定信道切换间隔为50ms，在CCH时隙所有节点切换至CCH，在 SCH时隙可W选择停留在CCH或者切换至SCH传输非安全消息。节点在CCH时隙传输的安 全消息可W分为两种；一种是节点周期性广播消息（称为beacon消息），主要包括当前车 辆的车速和位置等；还有一种是紧急情况下产生的安全消息（SafetyMessage,SMsg)，SMsg 只有在发生交通事故或出现其他影响行车安全的情况下才会产生，一旦产生必须快速广播 出去。非安全消息包括用户信息服务和娱乐服务等各项应用数据。当网络中车辆节点密度 较大，beacon消息较多时，消息传输产生的碰撞概率及发送延迟会增加。根据IE邸1609. 4 协议中所有节点在CCH时隙到来时全部切换至CCH通过竞争发送消息的规定，CCH时隙起 始处（即；GI之后）将会有大量报文等待传输，该势必会使消息发生碰撞的概率大大增加。 如果不能对该些报文进行有效的管理，极易引起时隙起始处的同步冲突，从而无法保证CCH 信道的QoS,严重情况下还可能会导致网络拥塞，影响交通安全。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于提供了一种缓解控制信道同步冲突的方法，该方法将节点在CCH 时隙内传输的消息进行分类并设置优先级，采用邸CA机制进行信道竞争。当CCH时隙到来 时，各类消息都将通过竞争信道获取发送的机会。为了减少信道内冲突的发生，还需要对 CCH时隙内传输的各类消息进行传输设置，优化CCH时隙传输方案，并设计自适应信道负载 分散算法进一步缓解信道同步冲突。仿真实验证明该方法能使整个CCH信道上发送消息的 包转发率都得到有效的提高，并有效降低消息的平均传输时延。
[0007] 方法流程：
[000引步骤1 ;为所有在CCH时隙内发送的消息设置优先级。SMsg消息传输优先级最高， 该消息对于传输时延比较敏感，对应的邸CA竞争参数为AC_V0级别；beacon消息的传输优 先级次之，对应于AC_VI级别的邸CA竞争参数；WSA消息对应于AC_邸级别的邸CA竞争参 数；其他可能会传输的控制和管理类消息，对应的邸CA竞争参数为AC_服级别，即传输优先 级最低。
[0009] 步骤2 ;根据邸CA机制的信道竞争接入过程，不同类型的消息按照优先级选择传 输队列，每个队列都有独立的信道竞争参数，因此优先级高的消息队列AIFS值较小，占用 信道的机会就比较大，其他消息队列在AIFS[A幻期间侦听到信道已经被占用于是开始执 行退避过程，在[0，CWmin[AC]]之间随机选择一个初值CW进行退避计数。退避过程中节点 仍然在每一退避时隙内对信道进行侦听，每当侦听到信道有一个时隙（SlotTime)空闲则 将CW减1，信道忙碌则暂停退避计数，当退避计数到0时，如果信道空闲则立即将消息发送 出去；如果信道被占用则执行下一轮退避。
[0010] 步骤3 ;节点通过估算当前信道占用率（化annel化ilization，CU)来估测信道的 拥塞程度，依据CU值计算发送概率，W此来决定节点是否能够获得发送机会。当信道负载 较重时，消息的发送概率应减小，W避免大量消息同时竞争信道。
[ocm] 步骤4;节点获得发送机会后每次只能发送一个MPDU报文，如果还有报文要发送 则需要再次竞争信道。成功发送一次报文后需要重置退避计数器，即竞争窗口值重新在[0, CWmin [AC]]之间随机选择。在CCH时隙内始终没有获得发送机会的节点将在下一个CCH 时隙到来后继续竞争信道。
[0012] 步骤5 ;节点在发送消息的同时也在接收其他节点的广播消息。如果节点接收到 某一节点广播的SMsg消息，则应立即采取相应的措施避免发生交通事故；如果节点接收到 某一节点广播的beacon消息，则应立即更新beacon消息所对应节点的状态信息；如果节点 收到WSA消息，则应根据该些消息更新SCH信道使用状态并保存在节点的分布式队列中，同 时选择需要接收的服务，当SCH时隙到来后，根据要求切换至相应的SCH，不接受任何服务 的节点可W选择继续留在CCH信道侦听消息。
[0013] 本发明将节点在CCH时隙内传输的消息进行分类并设置优先级，采用邸CA机制进 行信道竞争；当CCH时隙到来时，各类消息都将通过竞争信道获取发送的机会。
[0014] 本发明的所述方法应用于车载自组织网络多信道传输中。
[00巧]有益效果；
[0016] 1、本发明通过优化CCH信道传输机制来明确各类消息的发送过程，缓解了消息发 送过程中产生的同步冲突问题，提高了各类消息的包转发率并降低了平均传输时延，有效 的提高了CCH信道的传输性能。
[0017] 2、本发明中的自适应信道负载分散算法能根据当前信道的拥塞程度动态调整各 类报文的发送概率，有效的减少了信道负载较重时各类消息的碰撞，并缓解了信道的同步 冲突。
[0018] 3、本发明明确了各类消息的优先级和发送过程，避免了大量消息同时竞争信道， 另外设计合理的信道冲突缓解算法，节点根据信道占用情况计算发送概率，当信道较为忙 碌时获得发送机会的节点数量就减少，W此来缓解信道同步冲突，改善网络性能。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明中CCH时隙内各类消息的传输过程示意图。
[0020] 图2为本发明中消息发送概率随信道占用率的变化关系示意图。
[0021] 图3中3(a)、3化）、3(c)为本发明中SMsg消息，beacon消息和WSA消息的转发率 随车辆