一种连续协调的多信道车载网mac协议的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车联网通信技术，具体涉及一种连续协调的多信道车载网MAC协议。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着私家车普及和公共交通事业建设，道路交通事故已经成为全球性公 共安全问题。作为智能交通系统重要基础之一的车辆网络概念就是在这种需求下产生的。 车载自组织网（Vehicular Ad-hoc Network,VANET)是专门为车辆之间通信而设计的无线 自组织网络(ad hoc network)，它创造性的将自组织通信方案应用到车辆之间，使得司机 能够在超视距的范围内及时的了解其他车辆的状态信息（包括速度，加速度，相对位置等） 和实时路况信息。整个车载自组织网络分为两个部分:车和车(vehicle to vehicle，V2V)， 车和设施(vehicle to infrastructure，V2I)。通过V2V和V2I的通信，车载组织网在道路安 全，信息娱乐，交通规划等方面提供了丰富的应用。
[0003] 媒介访问控制(Medium Access Control，MAC)协议是信息帧在信道上发送和接收 的直接控制者，它的优劣直接影响到极为有限的无线资源的使用效率，对车载自组网的性 能起着决定性的作用。除了要解决隐藏终端，暴露终端，资源分配的公平性等公共问题之 外，由于车载网本身所具有的特征，如车载终端移动速度快，拓扑结构变化频繁等，媒介访 问控制协议面临一系列特殊的挑战，如无线信道质量不稳定，受多种因素影响，其中包括路 边建筑、道路情况、车辆类型和车辆相对速度等。
[0004] 车载环境无线访问（WAVE)技术是车载网MAC协议的标准技术。但是该技术面临两 个主要的问题。一是由于缺乏RTS/CTS交换机制和ACK传输机制，隐藏终端问题难以完全消 除，无法从根本上保证安全消息的可靠性;二是由于采用增强分布式信道访问（EDCA)机制， 安全消息往往被分配较小的竞争窗口，当大量终端在相同的通信范围内同时发送高优先级 消息，消息冲突概率将会增加，无法从根本上保证安全消息的实时性。所以，WAVE很难适应 高密度交通环境。因此，随着城市交通日益复杂和拥挤，为了保证道路安全和提高通行效 率，发展车载网通信技术是至关重要的。
【发明内容】
[0005] 发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种连续协调的 多信道车载网MAC协议。
[0006] 技术方案:本发明所述的一种连续协调的多信道车载网MAC协议，包括模式切换机 制、RSU协调机制、RSU调度帧组织机制、优先漫游机制、实时消息广播机制和非实时消息传 输机制;所述模式切换机制，即是指在任意时刻不同位置和状态的车载单元0BU关联一个特 定的模式并且不同模式的车辆自适应地采用不同策略使用信道资源，并由RSU协调其覆盖 范围内0BU信道访问；所述RSU调度帧组织机制，即是指为了消除连续RSU间信号干扰，RSU决 定其重复帧的结构，并且每个重复帧被划分成若干个专用时隙用于协调覆盖范围内0BU数 据通信和引导临近RSU覆盖范围内的0BU无缝漫游;所述RSU协调机制，即是按照RSU调度帧 组织机制要求，覆盖区域内OBU使用分配的时槽来广播实时消息并申请服务信道使用权来 传输非实时消息;0BU通过优先漫游机制实现临近RSU覆盖区域的无缝漫游;所述实时消息 广播机制，即是指0BU在消息及时性和可靠性的约束下，利用RSU分配的时槽周期性地广播 实时消息，适宜较高服务质量要求情况;所述非实时消息传输机制，即是指RSU处理0BU递交 的服务信道访问申请，面向公平性和最大信道利用率原则，合理地分配服务信道资源;所述 多RSU无缝漫游机制，即是指RSU侧听临近RSU覆盖区域内的0BU数据包，提取信号强度，采用 信号强度强优先漫游原则实现0BU在RSU覆盖区域间无缝漫游，减少因频繁释放和申请时槽 所带来的带宽浪费，提高了用户体验。
[0007] 进一步的，在所述模式切换机制中，VANETs包含一个控制信道CCH、一个基站控制 信道ICCH、M+基站服务信道ISCH和M+Adhoc服务信道ASCH，比值施/%由局部公共交通条 件所决定，其中，Mi+M 2 = 5;模式切换机制能够降低RSU覆盖区域边缘地带冲突概率，实现0BU 访问机制的无缝切换。
[0008] 在任意时刻，每个车辆当且仅当关联以下三个模式中的一个:m〇d e-A，m〇de-I和 mode-S;其中，mode-A车辆采用WAVE协议来广播实时消息和收发非实时消息;mode-I车辆采 用基于TDMA的方式在ICCH上收集和传递实时消息并在ISCH上收发非实时消息，mode-S车辆 在外部环境变化的条件下仍然保持之前的状态;m 〇de-A，m〇de-I和mode-S间切换条件共有 如下六种：
[0009] (A)初始化->mode-A:车辆进入车道，并将天线调到CCH;
[0010] (B)mode-A->mode-I :收到附近RSU的HELLO数据包，0BU加入该RSU;RSU每一个重复 帧发送一个HELLO数据包附近没有加入RSU的车辆收到该数据包后，验证其有效性如果接收 信号强度P r大于一个规定地阈值Pth，则该车辆回复一个请求报文，包含其ID号和网络地址 等信息内容接收到请求报文后，RSU给请求车辆一个确认报文该车辆调整天线到ICCH，并等 待RSU的调度信息；
[0011] (C)m〇de-I->m〇de-S :车辆和RSU短暂失去联系；当成员车辆在一个重复帧中没有 收到RSU的调度信息，该条件成立；由于信道质量差等原因，即便车辆没有离开RSU覆盖区域 也可能检测不到RSU的信号。引入模式S的优势在于:避免了由于信道质量较差等恶劣条件 下车辆频繁离开加入附近的RSU情况，保证了链路的稳定性，优化了整个网络的性能。mode-S车辆始终监听ICCH，直到条件(E)成立；
[0012] (D)mode-S->mode-A:车辆和RSU完全断开联系；当车辆在两个时间单元重复帧内 接收不到RSU的调度信息，则认为已经离开RSU覆盖区域，如果RSU在三个时间单元重复帧内 接收不到车辆任何消息，则从成员记录表中删除该车辆信息；
[0013] (E)mode-S->mode_1:0BU和原先RSU恢复通信；
[0014] (F)mode-I->mode-I:0BU在临近的RSU间漫游；假设有多个RSU相互覆盖，车辆可以 持续被RSU协调而无需重新注册。为了改善网络性能，引入优先漫游机制，该机制通过衡量 车辆信号强度建立优先漫游指标体系。
[0015] 进一步的，在所述RSU调度帧组织机制中，时间被划分成若干个相同的重复帧，每 个重复帧包含3个部分：（1)通信控制间隔CCI; (2)数据传输间隔DTI; (3)漫游协调间隔RCI;
[0016] 其中，CCI被划分成四个时隙：时槽分配时隙、成员车辆时隙、全局实时消息时隙和 信道分配时隙；成员车辆时隙包括广播实时消息帧和服务信道请求帧;为了降低RSU通信范 围间的干扰和实现无缝漫游，以下4个约束条件必须被同时满足：
[0017] (A)CCI 和 DTI 长度相等；
[0018] (B)在一个重复周期内，CCI在DTI之前；
[0019] (〇如果当前RSU处于CCI间隔，则其前后两个临近的RSU处于DTI间隔，反之亦然；
[0020] (D)所有RSU同时进入RCI;
[0021]在非RCI时刻，邻近RSU覆盖范围内的0BU在不同的信道上传输不同类型的数据报 文，降低连续RSU间信号干扰，提高空间复用度;在RCI时刻，所有0BU调整天线监听ICCH，等 待接收漫游分配报文。
[0022]进一步的，在所述RSU协调机制中，车辆按照RSU重复帧结构合理地使用信道资源， 具体方法为：
[0023]在CCI期间，首先，RSU生成TDMA调度帧，并为每个成员车辆分配时槽，调度帧广播 到所有成员车辆;然后，每个成员车辆在分配的时槽期间发送实时消息和服务信道请求报 文，RSU融合在CCH、ICCH和附近RSU上接收到的实时消息；同时，根据信道预留请求数据包制 定信道