車載自組織網(wǎng)絡(luò)作為智能交通系統(tǒng)中不可或缺的部分,是由車輛節(jié)點之間或車輛節(jié)點與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間通過短距通信技術(shù)實現(xiàn)的動態(tài)專用網(wǎng)絡(luò),其核心功能之一是為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的車輛節(jié)點提供安全類消息。由于車輛節(jié)點具有很高的移動性,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘎×?為了及時可靠地傳輸安全類消息,避免發(fā)生交通事故,則既需要節(jié)點能快速地接入網(wǎng)絡(luò)也要求節(jié)點有常駐網(wǎng)絡(luò)的能力。因此,研究節(jié)點如何低沖突快速地接入網(wǎng)絡(luò)以及接入網(wǎng)絡(luò)之后如何低沖突持續(xù)地使用網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義,本文將就這兩個問題設(shè)計高效的MAC層協(xié)議。在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中,為了使車輛節(jié)點能夠及時可靠地傳輸安全類消息,主流的MAC層協(xié)議都采取了基于TDMA的信道分配方式,把信道資源劃分成時槽,保障節(jié)點間可以無沖突地利用信道資源。一方面,由于車載自組織網(wǎng)絡(luò)是一個非中心化的網(wǎng)絡(luò),當(dāng)多個節(jié)點要接入網(wǎng)絡(luò)搶占信道資源時,會引起了大量的接入沖突;另一方面,當(dāng)節(jié)點接入網(wǎng)絡(luò)后,較高的相對速度會使得一個節(jié)點不停地融入到其他節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)中,致使已獲取的時槽失效,從而出現(xiàn)融入沖突。接入沖突和融入沖突的出現(xiàn),都會導(dǎo)致安全類消息無法及時傳輸,增大了交通事故發(fā)生的概率。為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn),本文在深入分析了接入沖突和融入沖突產(chǎn)生的原因后,提出了低沖突的接入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和融入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。(1)在車輛節(jié)點接入網(wǎng)絡(luò)階段,傳統(tǒng)協(xié)議通常包含以下流程。首先,通過監(jiān)聽信道來獲知存在哪些空閑時槽;然后,在隨機(jī)選擇的空閑時槽內(nèi)發(fā)送自己的占用消息;最后,通過繼續(xù)監(jiān)聽信道收集鄰居的廣播信息來確認(rèn)是否成功接入網(wǎng)絡(luò)。一旦多個節(jié)點選擇競爭同一時槽將引起沖突,而傳統(tǒng)協(xié)議還需要收集完鄰居發(fā)送的信息后才能確認(rèn)沖突,然后重復(fù)接入網(wǎng)絡(luò)的過程。本文利用一種特殊的信號給予競爭時槽的節(jié)點不同的優(yōu)先級,設(shè)計預(yù)先感知沖突的方案,節(jié)點在待接入的時槽內(nèi)就能判斷此次接入是否成功,而不需要等到收集完鄰居消息之后再做判斷。實驗結(jié)果表明本文所提方案能有效地提高車輛節(jié)點接入網(wǎng)絡(luò)的速度,特別是在節(jié)點密度較高的場景中。(2)在車輛節(jié)點融入網(wǎng)絡(luò)階段,傳統(tǒng)協(xié)議把時槽按照車輛節(jié)點的運動方向、車速大小、車道等固定劃分。節(jié)點只能根據(jù)自身特征選擇使用對應(yīng)的時槽,使得相對速度較大的車輛占用不同的分組,減少使用相同時槽的節(jié)點因相對移動所帶來的融入沖突。除此以外,還有協(xié)議利用車輛位置信息和速度信息來預(yù)測融入沖突,讓相關(guān)節(jié)點主動釋放所占用時槽來減少融入沖突。本文綜合以上兩種解決問題的思路。首先,在時槽劃分時并不嚴(yán)格給時槽分組,避免車流密度不平衡導(dǎo)致時槽的相對不足;然后,利用特殊的信號來及時地預(yù)測融入沖突;最后,再調(diào)整相關(guān)節(jié)點到其對應(yīng)的時槽中來減少潛在的融入沖突。實驗結(jié)果表明本文所提方案能有效地減少融入沖突,提高安全類消息的吞吐量。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.5;U495
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 車載自組織網(wǎng)絡(luò)的特點
    1.2 基于TDMA的MAC層協(xié)議研究難點
    1.3 本文研究內(nèi)容
        1.3.1 基于TDMA的低沖突接入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究
        1.3.2 基于TDMA的低沖突融入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究
    1.4 本文組織結(jié)構(gòu)
第2章 車載自組織網(wǎng)絡(luò)中MAC層協(xié)議相關(guān)工作
    2.1 基于競爭的MAC層協(xié)議相關(guān)工作
    2.2 無競爭的MAC層協(xié)議相關(guān)工作
        2.2.1 基于TDMA的分布式MAC層協(xié)議
        2.2.2 基于TDMA的集中式MAC層協(xié)議
    2.3 混合型MAC層協(xié)議相關(guān)工作
    2.4 本章小結(jié)
第3章 基于TDMA的低沖突接入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
    3.1 引言
    3.2 通告包的結(jié)構(gòu)
    3.3 低沖突接入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一
        3.3.1 一跳鄰居間接入沖突
        3.3.2 兩跳鄰居間接入沖突
    3.4 低沖突接入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議二
        3.4.1 一跳鄰居的接入沖突
        3.4.2 兩跳鄰居的接入沖突
        3.4.3 協(xié)議一、二的對比
    3.5 性能評估
        3.5.1 仿真環(huán)境和參數(shù)
        3.5.2 不同場景下仿真結(jié)果的性能評估
    3.6 本章小結(jié)
第4章 基于TDMA的低沖突融入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
    4.1 引言
    4.2 低沖突融入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的詳細(xì)設(shè)計
        4.2.1 檢測融入沖突
        4.2.2 預(yù)測融入沖突
        4.2.3 避免融入沖突
        4.2.4 減少潛在的融入沖突
    4.3 性能評估
        4.3.1 仿真環(huán)境和參數(shù)
        4.3.2 不同場景下仿真結(jié)果的性能評估
    4.4 本章小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 本文工作總結(jié)
    5.2 未來工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果

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