一种无线车载网信道接入方法与流程

本发明属于车载电子无线通信领域，特别涉及一种无线车载网信道接入方法。

背景技术

ieee802.11pvanet是多跳移动无线通信网络，车辆通过安装通信与计算机设备与路边基础设施进行通信，通信方式主要有车对车(vehicletovehicle,v2v)通信及车与路边基础设施(vehicletoinfrastructure,v2i)通信。

如图1所示v2v通信，车辆节点周期性的在应用层产生信标消息发送请求并生成信标，信标中包含节点的速度、位置、加速度、行驶方向及其他道路状态信息，接入cch后周期性的广播信标消息，传输给通信范围内的邻居节点，节点a根据接收到的信标信息建立邻居列表，并根据接收到的信标消息更新邻居信息列表，若超过一定时间仍未接受到某个邻居节点的信标消息，节点a则判断邻居节点b已经离开，并删除列表中的邻居节点b的信息。

ieee802.11pmac应用分布式协调功能(distributioncoordinationfunction，dcf)进行信道访问控制。节点在接入信道前先感知一段分布式帧间间隙(distributedinterframespace，difs)，如果侦听到信道空闲，节点立即访问信道。否则，节点通过从(0，w)中随机选取一个退避计数器(backoffcounter，bc)来开始退避过程。这里，w代表当前节点的竞争窗口大小，w的值从最小值(cwmin)开始，并且每次发生冲突时加倍，直至达到最大值(cwmax)。

ieee802.11pvanet通过广播信标实时地交换车辆的状态信息，如车辆当前位置，行驶速度，行驶方向等。其媒介访问控制(mediaaccesscontrol,mac)层利用分布式协调(distributedcoordinationfunction，dcf)技术控制节点接入信道，该方法中退避过程的执行采用恒定的竞争窗口，即在整个退避过程中竞争窗口的值持续为cwmin。然而，由于对广播信息的传输不提供反馈，该方法会导致802.11p广播信道的性能下降，尤其在密集接入环境下，多个节点选择相同的退避计数器的概率较高，进而同时接入信道发生冲突，丢包率和数据帧重传次数均上升，最终导致信道接入的成功率降低，浪费信道资源；而在稀疏环境下，选择恒定的竞争窗口又会引起长时间的空闲信道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种无线车载网信道接入方法，以缓解ieee802.11p车载网技术中节点广播安全信息帧时使用恒定的竞争窗口导致的竞争冲突。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种无线车载网信道接入方法，包括以下步骤：

步骤1、接收车辆节点发送的信标消息请求，并将其生成信标，所述信标消息请求是由车辆节点周期性的在vanet应用层产生的；

步骤2、对信道的difs时隙进行侦听；

步骤3、根据步骤2侦听的difs时隙判断信道是否空闲，若空闲，则车辆节点接入信道；若不空闲，则车辆节点执行退避过程并接入信道；

步骤4、对车辆节点的信标进行广播，从而结束无线车载网信道接入。

进一步地，所述车辆节点执行退避进程并接入信道，具体为：

步骤3-1、车辆节点进行自主分组；

步骤3-2、每个车辆节点随机选取退避计数器值；

步骤3-3、根据步骤3-1车辆节点的分组、步骤3-2中每个车辆节点的退避计数器值，每个车辆节点依次执行退避过程并接入信道。

进一步地，步骤3-1所述车辆节点进行自主分组，具体为：

步骤3-1-1、确定分组数k；具体为：

假设车辆节点自主分组后每组的规模为n，则

其中，n为车辆节点的数目；

步骤3-1-2、每个车辆节点均在区间[1，k]中随机选取一个整数，选取相同整数的车辆节点归为一组。

进一步地，步骤3-2所述每个车辆节点随机选取退避计数器值具体为：

步骤3-2-1、确定最小竞争窗口数组cwmin[k]、最大竞争窗口数组cwmax[k]；

步骤3-2-2、将最小竞争窗口数组cwmin[k]、最大竞争窗口数组cwmax[k]中相对应的第i个最小竞争窗口cwmin[i]、第i个最大竞争窗口cwmax[i]构成竞争窗口对(cwmin[i]，cwmax[i])；其中i为整数，i∈[1,k]；

步骤3-2-3、根据步骤3-1-2中每个车辆节点随机选取的整数，每个车辆节点选择对应的竞争窗口对(cwmin，cwmax)；

步骤3-2-4、每个车辆节点在其对应的竞争窗口对(cwmin，cwmax)的范围内随机选取一个值作为该车辆节点的退避计数器值。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：1)本发明通过车辆节点进行自主分组来竞争信道，减轻了节点间的竞争；2)本发明中退避计数器的选值根据竞争窗口对(cwmin，cwmax)确定，大大缓解了节点由于恒定竞争窗口引起的多节点选择相同退避计数器造成的节点接入信道冲突问题；3)本发明中竞争窗口数组的大小可根据不同规模的网络进行调整，提升了退避机制的自适应性；4)本发明中任意一对竞争窗口对(cwmin，cwmax)中cwmax与cwmin的差值ε，决定了可选取的退避计数器的个数。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为车载网vanet中车对车通信示意图。

图2为本发明无线车载网信道接入方法流程图。

图3为本发明实施例中车辆节点位置示意图。

图4为发明实施例中各节点选择相同竞争窗口数组，进行自主分组后按次序执行退避过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

结合图2，一种无线车载网信道接入方法，包括以下步骤：

步骤1、接收车辆节点发送的信标消息请求，并将其生成信标，所述信标消息请求是由车辆节点周期性的在vanet应用层产生的。

步骤2、对信道的difs时隙进行侦听。

步骤3、根据步骤2侦听的difs时隙判断信道是否空闲，若空闲，则车辆节点接入信道；若不空闲，则车辆节点执行退避过程并接入信道。

其中，车辆节点执行退避进程并接入信道，具体为：

步骤3-1、车辆节点进行自主分组。具体为：

步骤3-1-1、确定分组数k；具体为：

假设车辆节点自主分组后每组的规模为n，则

步骤3-1-2、每个车辆节点均在区间[1，k]中随机选取一个整数，选取相同整数的车辆节点归为一组。

步骤3-2、每个车辆节点随机选取退避计数器值。具体为：

步骤3-2-1、确定最小竞争窗口数组cwmin[k]、最大竞争窗口数组cwmax[k]；其中，最小竞争窗口数组cwmin[k]为：

cwmin[k]＝{0,ε+1,2ε+2,…,(k-1)(ε+1)}

最大竞争窗口数组cwmax[k]为：

cwmax[k]＝{ε,2ε+1,3ε+2,…,k(ε+1)-1}

式中，ε为竞争窗口对(cwmin，cwmax)中cwmax与cwmin的差值，其中，tc^*＝tc/σ，σ为空闲时隙的持续时间，tc是发生碰撞时的传输时间；tc＝th+l/r+eifs，其中l为数据包长，r为数据速率，th是plcp的前言和头部持续时间，eifs为延长帧间隔。

步骤3-2-2、将最小竞争窗口数组cwmin[k]、最大竞争窗口数组cwmax[k]中相对应的第i个最小竞争窗口cwmin[i]、第i个最大竞争窗口cwmax[i]构成竞争窗口对(cwmin[i]，cwmax[i])；其中i为整数，i∈[1,k]；

步骤3-2-3、根据步骤3-1-2中每个车辆节点随机选取的整数，每个车辆节点选择对应的竞争窗口对(cwmin，cwmax)；

步骤3-2-4、每个车辆节点在其对应的竞争窗口对(cwmin，cwmax)的范围内随机选取一个值作为该车辆节点的退避计数器值。

步骤3-3、根据步骤3-1车辆节点的分组、步骤3-2中每个车辆节点的退避计数器值，每个车辆节点依次执行退避过程并接入信道。具体为：

首先针对车辆节点组之间，根据每组车辆节点在区间[1，k]中随机选取的整数由小到大的顺序，每组车辆节点依次执行退避过程并接入信道；

其次针对每组车辆节点中车辆节点之间，根据每个车辆节点选取的退避计数器值由小到大的顺序，每个车辆节点依次执行退避过程并接入信道。

步骤4、基于802.11pmac协议对车辆节点的信标进行广播，从而结束无线车载网信道接入。

本发明提升了退避机制的自适应性，有效的缓解了节点由于恒定竞争窗口引起的多节点选择相同退避计数器造成的节点接入信道冲突问题，具有很好的应用前景。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例

结合图3，一条双向公路中，车辆节点a、b、c、d、e、f、g、h、i、j等按图中所示方向行驶。一种无线车载网信道接入方法，包括以下步骤:

步骤1、接收车辆节点a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l发送的信标信息请求，并将其生成信标。

步骤2、对信道的difs时隙进行侦听。

步骤3、根据步骤2侦听的difs时隙判断信道是否空闲。本实施例中，判断出信道不空闲，则车辆节点执行退避过程并接入信道，结合图4，以车辆节点a、b、c、e、j、f为例。

步骤3-1、车辆节点a、b、c、e、j、f进行自主分组；具体为：

步骤3-1-1、假设车辆节点自主分组后每组的规模为3，本实施例中车辆节点数为12，则分组数k＝12/3＝4组；

步骤3-1-2、车辆节点a、b、c、e、j、f均在区间[1，4]中随机选取一个整数，假设车辆节点a、b、c选取区间[1，4]中的整数2，车辆节点e、j、f选取区间[1，4]中的整数3，则车辆节点a、b、c归为一组，车辆节点e、j、f归为一组。

步骤3-2、每个车辆节点选择退避计数器，具体为：

步骤3-2-1、最小竞争窗口数组为cwmin[4]、最大竞争窗口数组为cwmax[4]；

步骤3-2-2、构建竞争窗口对(cwmin[1],cwmax[1])、(cwmin[2],cwmax[2])、(cwmin[3],cwmax[3])、(cwmin[4],cwmax[4])；

步骤3-2-3、根据步骤3-1-2中车辆节点a、b、c选取的整数2、车辆节点e、j、f选取的整数3，车辆节点a、b、c选择竞争窗口对(cwmin[2],cwmax[2])、车辆节点e、j、f选择竞争窗口对(cwmin[3],cwmax[3])；本实施例中，(cwmin[2],cwmax[2])的值为(15,31)，(cwmin[3],cwmax[3])的值为(32,48)；

步骤3-2-4、车辆节点a、b、c在(15,31)范围内分别随机选取16、20、24作为车辆节点a、b、c的退避计数器，车辆节点e、j、f在(32,48)范围内分别随机选取34、42、44作为车辆节点e、j、f的退避计数器。

步骤3-3、根据步骤3-1中车辆节点的分组、步骤3-2中每个车辆节点的退避计数器值，每个车辆节点依次执行退避过程并接入信道，具体为：

首先车辆节点a以退避计数器16执行退避过程，在此过程中其他车辆节点b、c、e、j、f的退避计数器均冻结，直至车辆节点a的退避计数器值16减小至0，将车辆节点a接入信道，完成传输，信道空闲。之后车辆节点b以剩余退避计数器4执行退避过程，在此过程中其他车辆节点c、e、j、f的退避计数器均冻结，直至车辆节点b的退避计数器值4减小至0，将车辆节点b接入信道，完成传输，信道空闲。最后，车辆节点c以剩余退避计数器4执行退避过程，在此过程中其他车辆节点e、j、f的退避计数器均冻结，直至车辆节点c的退避计数器值4减小至0，将车辆节点c接入信道，完成传输，信道空闲。

车辆节点e、j、f选择的退避计数器值较大，在车辆节点a、b、c均完成传输后，再如上述过程所述，车辆节点e、j、f依次执行退避过程并接入信道，完成传输。

步骤4、基于802.11pmac协议对车辆节点的信标进行广播，从而结束无线车载网信道接入。

本发明有效降低了多个节点选择相同的退避计数器导致的数据包冲突的概率，提高了车载网信道接入机制的性能。