一种基于车载网络中簇的网关协作mac协议实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆无线通信，尤其是涉及服务密集型的一种基于车载网络中簇的网关协作MAC协议实现方法。
【背景技术】
[0002]随着汽车工业的发展和汽车的普及，道路交通安全形势日趋严峻，行车安全已成为全世界最为关注的的公共安全问题之一。现在人们的生活越来越离不开汽车，人们对车辆的增值服务应用也提出了更高的要求。因此，车载自组织网络(VANETs)的概念应运而生。车辆自组织网络是将移动自组织网络技术应用在交通道路上，通过车辆与车辆、车辆与路边单元(RSU)的相互通信来构成统一的无线通信网络。
[0003]车载网络中，车辆的高速移动性导致网络拓扑变化快。通过将车载网络中的车辆节点进行分簇，在分簇网络中，将整个网络按照一定的规则划分成不同的簇，每个簇中都会选择一个簇头，并对其所在的簇进行管理。通过分簇的方法，把整个车载网络分成若干个小型的自组织网络，使网络的管理与维护变得更为简单。
[0004]车载网络是无线局域网技术在新领域的扩展，采用IEEE802.1lp作为底层协议来保证通信的可靠性。IEEE802.1 Ip协议是从IEEE802.1Ia协议基础上修改而来的协议，针对高速移动环境中车辆与车辆、车辆与路边单元之间的通信而提出的一种解决方案。IEEE802.1 Ip基于竞争的CSMA/CA方法作为基本的接入方法。通过采用CSMA/CA方法，当网络中在存在较多的车辆，车辆之间的碰撞概率和系统的时延都显著增加，。为了解决CSMA/CA方案中存在的问题，研究者们提出了许多基于预约的时分多址技术(TDMA)的方案。采用TDMA技术，每个车辆节点都接入到属于自己的时隙用来发送消息，解决了信道竞争带来的开销以及碰撞，因此也减小了系统的时延。CDMA技术以及FDMA技术也同样被广泛用于车载网络的MAC协议研究设计中，通过使用不同的编码方式或不同的发送频率，车辆节点可以同时进行数据的发送而且不会相互干扰，能有效地提高系统的性能。
[0005]本申请人在中国专利CN105119680A中公开服务密集型车载网络中的多信道MAC协议实现方法，属于车载无线通信领域。包括DS-ALOHA控制信道接入协议和服务信道时隙分配;DS-ALOHA控制信道接入协议采用TDMA机制，引入簇的概念，通过簇首来收集、转发安全信息，使得网络中的安全信息能够得到实时、可靠的传播；同时，服务信道的接入由簇首来分配，从而降低了节点之间的碰撞，提高了对业务信道的利用率。只需要使用单根天线，即可实现多信道通信。更加有效利用了无线信道资源；同时相对于多天线方案，降低了生产成本，减小了侦听安全信息所产生的能量开销。在服务密集型网络下，可以保证安全消息的可靠传输，同时提高系统对服务信息的吞吐量。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供在车载网络下，可保证QoS和安全消息的可靠传输，提高系统对服务信息的吞吐量并减少系统整体延迟的一种基于车载网络中簇的网关协作MAC协议实现方法。
[0007]本发明包括如下步骤:
[0008]I)划分控制信道，具体步骤为:
[0009]1.1)将控制信道分成同步间隔(Synchronizat1n Interval)，每个同步间隔100ms; 1.2)将每个同步间隔分成两个子同步间隔(Sem1-1nterval)，每个子同步间隔50ms;
[0010]1.3)将每个子同步间隔分为50个时隙(Slot)，每个时隙lms;
[0011]2)当簇间无时隙碰撞时，分配车辆节点在控制信道上的时隙，具体步骤为:
[0012]2.1)在每个同步间隔上，每个簇成员(CM)接入一个时隙；
[0013]2.2)在每个同步间隔上，簇头(CH)接入两个时隙，位于每个同步间隔中的子同步间隔第一个时隙(除保护时隙外)，簇头通过接入的时隙广播安全消息与服务信道接入时隙的分配方案；
[0014]2.3)在每个同步间隔上，簇头会选出两个车辆节点作为簇的网关;簇的网关分为前网关和后网关;沿着车辆行驶的方向，簇头选择一个位置稳定在簇的前端的车辆节点为所在族的如网关，位置稳定在族的后端的车辆节点为所在族的后网关；网关节点接入两个时隙，前网关接入的时隙位于每个同步间隔中的子同步间隔的最后一个时隙，后网关接入的时隙位于每个同步间隔中的子同步间隔的倒数第二个时隙；
[0015]2.4)通过网关接入的两个时隙，使得当簇间发生时隙碰撞时，能在较短时间内解决时隙碰撞问题；
[0016]3)解决簇间时隙碰撞，具体步骤为:
[0017]3.1)簇一与簇二发生时隙碰撞，沿着车辆行驶的方向，位置在后面的簇一(所在簇)的网关先接收到簇二 (相邻簇)的网关的消息(包含簇二的时隙表)时，发现该消息不是簇一的簇成员发送，将簇二的时隙表转发给所在簇的簇头，同时告知相邻簇的网关并发送所在簇的时隙表给它;簇一的簇头接收到由簇一的网关转发的簇二的时隙表后，修改簇头接入的时隙，修改为接入每个子同步间隔的第二个时隙(除保护时隙外)；在对比两簇时隙表后，簇一的簇头修改的网关节点接入的时隙，前网关接入每个子同步间隔的倒数第一个时隙和倒数第六个时隙，后网关接入每个子同步间隔的倒数第四个时隙；若发现存在两簇簇成员时隙的碰撞，修改所在簇的簇成员的时隙;簇一的簇头修改簇成员、簇头和网关接入的时隙后，向簇内成员广播新的时隙表，簇内的车辆节点按照新的时隙表接入时隙;簇二的网关收到簇一的网关节点发送的信息后，并将该信息转发给它的簇头，簇头对比两簇时隙表后，发现两簇的前后网关节点接入的都是子同步间隔的最后一个时隙和倒数第二个时隙，簇二的簇头修改的网关节点接入的时隙，簇二的前网关接入每个子同步间隔的倒数第五个时隙，后网关接入每个子同步间隔的倒数第三个时隙;簇头与簇成员接入的时隙不变，并向簇内成员广播新的时隙表，网关节点按照新的时隙表接入时隙；簇一的网关接收到簇一的簇头发送的新的时隙表后，转发给簇二的网关，并由簇二的网关转发给它的簇头；
[0018]3.2)簇一与簇二解决时隙碰撞后，沿着车辆行驶的方向，当簇二的前方的簇三与簇二发生时隙碰撞时，即簇三的网关先接收到簇二的网关的消息(包含簇二的时隙表)时，发现该消息不是簇三的簇成员发送，将簇二的时隙表转发给所在簇的簇头，同时告知相邻簇的网关并发送所在簇的时隙表给它;簇三的簇头接收到由簇三的网关转发的簇二的时隙表后，修改簇头接入的时隙，修改为接入每个子同步间隔的第二个时隙(除保护时隙外)；在对比两簇时隙表后，簇三的簇头修改的网关节点接入的时隙，前网关接入每个子同步间隔的倒数第六个时隙，后网关接入每个子同步间隔的倒数第四个时隙；若发现存在两簇簇成员时隙的碰撞，修改所在簇的簇成员的时隙;簇三的簇头修改簇成员、簇头和网关接入的时隙后，向簇内成员广播新的时隙表，簇内的车辆节点按照新的时隙表接入时隙;簇二的网关收到簇三的网关节点发送的信息后，并将该信息转发给它的簇头，簇头对比两簇时隙表后，簇二的簇头修改的前网关节点接入的时隙，前网关接入每个子同步间隔的倒数第二个时隙和倒数第五个时隙；簇头、后网关和簇成员接入的时隙不变，并向簇内成员广播新的时隙表，网关节点按照新的时隙表接入时隙；簇三的网关接收到簇三的簇头发送的新的时隙表后，转发给簇二的网关，并由簇二的网关转发给它的簇头；
[0019]3.3)簇一与簇二解决时隙碰撞后，沿着车辆行驶的方向，当簇一的后方的簇四与簇一发生时隙碰撞时，即簇四的网关先接收到簇一的网关的消息(包含簇一的时隙表)时，发现该消息不是簇四的簇成员发送，将簇一的时隙表转发给所在簇的簇头，同时告知相邻簇的网关并发送所在簇的时隙表给它;簇四的簇头接收到由簇四的网关转发的簇一的时隙表后，在对比两簇时隙表后，簇四的簇头接入时隙不变，簇头修改的网关节点接入的时隙，前网关接入每个子同步间隔的倒数第二个时隙和倒数第五个时隙，后网关接入每个子同步间隔的倒数第三个时隙;若发现存在两簇簇成员时隙的碰撞，修改所在簇的簇成员的时隙；簇四的簇头修改簇成员、簇头和网关接入的时隙后，向簇内成员广播新的时隙表，簇内的车辆节点按照新的时隙表接入时隙；簇一的网关收到簇四的网关节点发送的信息后，并将该信息转发给它的簇头，簇头对比两簇时隙表后，簇头、网关和簇成员接入的时隙都不变;簇四的网关接收到簇四的簇头发送的新的时隙表后，转发给簇一的网