基于信道状态判断的车载自组织网mac层退避方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于车载自组织网络领域，涉及一种无线网络MAC层的广播退避算法
【背景技术】
[0002] 车载自组织网络技术(Vehicle Ad Hoc Network，VANET)是将无线自组织网络技 术应用到车载通信中的一种应用技术对于智能交通系统（Intelligent Transport System，ITS)的发展，交通事故的减少等有着十分重要的现实意义。
[0003] 车载网中的节点在传输数据时，经常会有些车辆节点检测到信道忙或者正在经历 碰撞，故网络节点需要在802. IlP中规定的竞争窗口值之中随机选择一个整数退避值进行 退避，这些退避时间取决于协议所采取的退避机制，有效的接入机制，系统资源的最优分配 等这些都是退避机制保障的。而网络内节点数目增多的时候，节点之间就有可能产生各种 冲突，此时为了保障接入机制的公平性，就必须降低冲突的概率，但是也不能仅仅为了降低 冲突概率而过分延长退避时间，这就是改进退避机制算法所需要做到的核心的思想。
[0004] 针对车载自组织网络的这种问题，近年来有很多解决方案，例如RBEB退避算法， CEB退避算法等。
[0005] RBEB退避算法认为在高密度的车辆环境中，控制信道不能使用整个控制信道的负 载，部分信息损失是由于消息碰撞或者过期造成的，而MC层不仅需要关注降低消息损失还 要关注消息的损失所造成的影响：比如一个节点连续丢失一串消息要比几个节点各丢失一 个消息要严重的多。在802. Ilp中，初始竞争窗口值是很小的，这样碰撞概率就会很大，但是 碰撞又是不可预期的，所以碰撞的影响无法估算。故在改进的退避算法中初始的竞争窗口 值应该设置比较大的值，当消息的过期成为主导因素的话，其造成的影响是可以估算的。所 以在反转退避算法中的初始竞争窗口值设置为一个比较大的值，一般是127,每当系统检测 出过期消息时，竞争窗口值就会变为原来的一半，直到消息成功传输，竞争窗口值就会回退 到最小竞争窗口的初始值。
[0006] 然而就目前来看，VANET中广播信息的接入机制研究，专家学者们鲜少有人考虑到 消息的碰撞和过期对系统网络性能方面的共同影响，特别是在车辆节点之间通信，更是鲜 少有人去综合衡量消息的碰撞与过期对竞争窗口值的影响，进而调整退避算法。并由马尔 科夫链建模分析可以得到以下结论：当竞争窗口值设置为一个比较大的值时，信标消息的 碰撞概率小于过期概率，反之则以消息的过期概率为主。所以最佳状态就是将信标消息的 过期概率与消息的碰撞概率之间达到均衡。该算法首先需要在MAC协议的帧头部加入一个 COUNT变量来统计消息的过期消息数，通过多次仿真得到一个合理的过期消息门限值，其后 利用过期消息数和门限值的大小关系来动态调节最小竞争窗口值。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是基于信道的预估判断状态，提出基于信道状态判断的 车载自组织网MAC层退避方法。
[0008] 本发明的具体技术方案如下。
[0009] 节点在发送数据之前，首先监听信道，如果信道空闲就直接发送数据，反之，如果 信道忙，就设置退避计数器并监听信道，节点是根据当前发送数据的状态来调节最小竞争 窗口值的大小，当前发送数据的状态分为两种，一种是数据碰撞，一种是数据过期，统计广 播消息的过期次数并与通过系统模型建立推出的过期门限值进行对比，预估出此时的信道 状态，从而按照相应的举措去调节竞争窗口值CW的大小。
[0010] 假设网络中节点数量是n，目标车辆A的载波监听范围是Sd，道路的平均车辆密度 是AVeh/km，车辆A有η。个一跳的邻居节点数，E[n。]为η。的期望，指在车辆A的监听范围内一 跳邻居节点的平均数量，则，
[0011] E[nc] = 2ASd
[0012]节点在时隙K传输的概率是：
[0014] 其中，Pexp为信标消息的过期概率，考虑到一个信标周期由NT个时隙构成
[0015] 将信道中节点的碰撞概率分为两种类型，一种是同步传输引起的碰撞，一种是隐 藏节点引起的碰撞，其中
[0016] 同步传输引起的碰撞概率即为网络中的节点在同一时间，同一信道同时发送引起 的碰撞：
[0018]隐藏节点引起的碰撞概率即为互不在对方载波监听范围内的两个节点同时向其 载波监听范围内的共同节点发送数据时引起的碰撞：
[0020] Ns代表信标帧的持续时间，碰撞概率即为两种碰撞概率之和，由竞争窗口值与碰 撞概率和过期概率之间的均衡关系，当碰撞概率和过期概率之和相等时，竞争窗口值为最 优值，此时可以得到过期门限的值。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果:本发明提供的算法即车载自 组织网络MAC层的广播信标帧退避算法_CSEBA(Backoff Algorithm Based On Channel State Estimates)，与BEB、RBEB、CEB等退避算法相比，该算法能够在提高广播接受率的同 时，降低网络延时。在节点发送数据的过程中，实时的统计过期消息的次数，如果消息过期 的次数大于门限值，则预估此时的信道状态为过期为主，则竞争窗口值变为原来的2倍，反 之则以碰撞为主，此时竞争窗口值根据此时的消息数与门限值的比例动态的变化，但是竞 争窗口值的幅度变化始终在最小竞争窗口值的最小值和最大值之间变化。从而实现实时动 态的调整竞争窗口值的大小，使得网络中的广播接收率和时延的性能有了很大的改善。
【附图说明】
[0022]图1是本发明实施例的工作流程图。
[0023]图2是本发明实例中CSEBA算法与BEB、RBEB、CEB算法的仿真曲线图。
[0024]图3是本发明实例中CSEBA算法与BEB、RBEB、CEB算法的仿真曲线图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明的具体实施过程作详细说明，但本发明的实施和保护不限 于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现 有技术实现或理解的。
[0026] 实施例
[0027]图1为本发明的工作流程图，在车载自组织网络中，节点A向节点B发送一个数据 包，按照如下流程进行。
[0028]步骤一:节点A首先监听信道，如果信道持