高动态车载自组网络中基于tdma协议的最优合作点选择方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及高动态车载自组网络中基于TDMA协议的最优合作点选择方法。
[0002]
【背景技术】 在车载自组网中，由于节点移动速度快、链路寿命短、网络拓扑动态变化快、群组成员 节点不稳定等因素，如何设计介质访问控制(Med i Um Ac Ce S S Con tro 1，MAC )协议来保证数 据的快速和高效传输就成为了一个突出的问题。到目前为止，学术界主要提出了 W下几类 车载自组网的介质访问控制协议。
[000引 第一类协议是基于CSMA(Ca;r;rier Sense Multiple Access/Collision Detection)的MAC协议。与其他典型无线网络相比，车载网除了具有无线网络传输的不可 靠、阴影衰落等特点之外，还面临了许多挑战。车辆的高速移动、拓扑动态变化W及安全消 息的严格实时要求等特性为车载网的实施增添了难度。针对上述问题，学术界提出了采用 基于CSMA的MAC协议IE邸802. lip。该协议IE邸802. Ilp协议沿用了基于二进制指数退避 的载波监听多址接入(冲突避免)技术实现在共享无线传输介质上的信道接入。其主要流程 是：需要发送数据的节点监听信道来判断信道状态，如果信道空闲，则发送数据;如果信道 忙碌，则在信道变得空闲后，再等待随机退避时间后重新竞争信道的使用权。然而，IEEE 802. Ilp协议采用了信道的随机接入方式，导致无法预估的传播时延，并可能引发广播风 暴问题。
[0004] 第二类协议是基于TDMA(Time Division Multiple Access)的MAC协议。其中，典 型的AMlOC MC协议通过分布式的时分多址时隙分配，W实现可靠的广播和点对点通信。但 是，由于车载网络动态的拓扑结构，TDMA MAC协议采用固定时隙分配的方法可能会导致时 隙的浪费。
[0005] 因为信号衰减W及干扰等原因，车辆节点的信号传输质量与其所在位置相关。部 分车辆节点可能因为信号质量差而降低发送速率，甚至无法与路边接入节点直接通信。为 了提升传输成功率和吞吐量，学术界提出了第=类MAC协议，即基于合作的MAC协议，通过选 择合作中继节点来提升传输的效率。其基本思想是选择邻居节点作为第=方中继节点，将 原有的一跳连接转变为两跳连接，利用中继节点来提高传输吞吐率。但该方法的问题在于 需要预先指定中继节点，并不能在拓扑结构快速变化的车载自组网中充分提升信道的复用 率。Sailesh Bharati等人提出了基于AD册C MAC的合作协议CAH-MAC，利用邻居接点在空闲 时隙进行合作辅助转发，从而解决了 TDMA的时隙浪费问题。但是由于其合作节点的随机选 择性，导致了其在信道条件较差的情况下仍然难W避免数据包的丢失和吞吐量的下降。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述无线车载网MAC协议存在的问题，本发明提供了一种在高动态车载 自组网络中基于TDMA协议的最优合作点选择方法，能够合理选取参与转发的合作节点，从 而提升传输的效率。
[0007] 本发明的技术方案包括W下步骤： 1. 一种在高动态车载自组网络中基于TDMA协议的最优合作点选择方法，其特征在于： 将高动态车载自组网络的无线信道划分时帖，该时帖包括控制帖和和业务帖，再分别将控 制帖和业务帖划分成若干个子时隙，将每辆车定义为一个节点，每个节点的处理流程如下： 步骤一:将信道划分时帖，该时帖包括控制帖和和传输帖，再分别将控制帖 和传输帖划分成若干个子时隙，所有节点初始化，节点集合Node初始化为当前节点的 信息，其中编号id、经度坐标X、缔度坐标y信息初始化为当前节点的实时信息;合作节点标 志位H、预约控制时隙i、预约业务时隙编号j和预约的合作转发时隙h初始化为空； 步骤二：当前节点持续监听信道至一个完整帖结束后选择空的控制时隙作为其预约控 制时隙i，选择空的业务时隙作为其预约业务时隙j ; 步骤当前节点判断当前时隙类型，是控制时隙则转入步骤四；是业务时隙则转入步 骤六； 步骤四；当前节点判断时隙是否为预约控制时隙i，如果不是则在该时隙接收邻居节点 发送的控制包，依据该控制包中邻居节点的当前经度坐标X和缔度坐标y来更新节点集合 Node的信息，并转入步骤如果是则判断合作标志位H是否为1，如果是则预约一个空闲时 隙作为合作时隙h并转入步骤五，如果标志位H不是1则直接转入步骤五； 步骤五：当前节点将其编号id、经度坐标X、缔度坐标y、预约的控制时隙i、业务时隙编 号j和合作时隙h写入控制包，并在发送该控制包后转入步骤 步骤六;如果当前时隙是合作时隙h，当前节点转发所收到的业务数据，将合作标志位H 置0,并转入步骤如果不是，当前节点判断当前时隙是否为业务时隙j，如果是则转步骤 屯，否则转步骤八； 步骤屯：当前节点根据其与目的节点间的传输成功率判断是否需要合作节点，判断依 据是源~P点S与目的点D之间的传输成功率Psuccess ,如果Psuccess小于阔值60%,则需要合作 节点；如果需要合作节点，则选择当前节点和目的节点之间CV值最大邻居节点作为合作节 点，CV值的具体计算过程是： 设当前节点S、和目的节点D的位置分别是(?，解）和(?，姑），Nd为源节点和目的节点间 的邻居节点集合，对于任意一个节点NENd，其坐标为(?，:.?)，则节点N的CV值为：
式中r为通信半径;确定合作节点编号并写入其发送数据包的包头，然后发送数据包后 转入步骤如果不需要合作节点，则直接发送数据包后转入步骤=; 步骤八:当前节点接收数据包，读取数据包头中的合作信息字段，判断当前节点是否为 合作节点，如果是则置其合作标志H为1，然后转入步骤否则直接转入步骤=。
[0008] 本发明的技术效果在于:提出的无线车载网中最优合作节点的选择方法可W根据 地理位置信息，选择最优合作转发节点，使无线车载网络避免过高的数据传播延迟，减少转 发次数，从而提高数据传输的整体性能。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明的流程图； 图2为FART肥ST协议中每辆车在仿真过程中单个包的发送次数； 图3为CAH-MAC协议中每辆车在仿真过程中单个包的发送次数； 图4为OCA-MAC协议中每辆车在仿真过程中单个包的发送次数； 图5为FART肥ST协议中每辆车在仿真过程中收到数据包的时间； 图6为CAH-MC协议中每辆车在仿真过程中收到数据包的时间； 图7为OCA-MC协议中每辆车在仿真过程中收到数据包的时间； 图8为车辆数目变化范围从50到300变化时，不同协议端到端的传输延时； 图9为车辆数目变化范围从50到300变化时，不同协议端到端的传输跳数； 图10为车辆数目变化范围从50到300变化时，不同协议整体的传输成功率； 图11为通信范围变化范围从200米到400米变化时，不同协议端到端的传输延时； 图12为通信范围变化范围从200米到400米变化时，不同协议端到端的传输跳数； 图13为通信范围变化范围从200米到400米变化时，不同协议整体的传输成功率。
【具体实施方式】
[0010] 参见图1，本发明的流程如下： 当前节点初始化包括:节点集合Node初始化为当前节点的信息，其中编号id、经度坐标 X、缔度坐标y信息初始化为当前节点的实时信息;合作节点标志位H、预约的控制时隙i、预 约的业务时隙编号j和预约的合作转发时隙h初始化为空。
[0011] 在各项参数初始化后，当前节点持续监听信道至一个完整帖结束后选择空的控制 时隙作为其预约控制时隙i，选择空的业务时隙作为其预约业务时隙j ; 当前节点判断当前的时隙类型，如果是控制时隙则判断是否为预约控制时隙i。如果不 是控制时隙i则在该时隙接收邻居节点发送的控制包，依据该控制包中邻居节点的当前经 度坐标X和缔度坐标y来更新节点集合Node的信息。如果是控制时隙i则判断合作标志位H是 否为1，如果是则预约一个空闲时隙作为合作时隙h，并当前节点将其编号id、经度坐标X、缔 度坐标y、预约的控制时隙i、业务时隙编号j和合作时隙h写入控制包头后发送该控制包。
[0012] 如果当前时隙是业务时隙，则读取当前时隙的编号。如果当前时隙是合作时隙h， 则当前节点转发所收到的业务数据，并将合作标志位H置0。如果当前时隙不是业务时隙j， 则当前节点接收数据包，读取数据包头中的合作信息字段，判断当前节点是否为合作节点， 如果是则置其合作标志H为1。如果当前时隙是业务时隙j，当前节点根据其与目的节点间的 传输成