車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇mac協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法，屬于車載自組織網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體包括一種基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，通過車輛節(jié)點(diǎn)的平均鏈路鏈接時間和節(jié)點(diǎn)連通度確定節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級，優(yōu)先級最大的成為簇頭節(jié)點(diǎn)，優(yōu)先級僅次于簇頭的節(jié)點(diǎn)成為備用簇頭，備份簇頭在簇的更新與維護(hù)過程中有利于提高簇的穩(wěn)定性和降低開銷。簇頭向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播分簇控制消息，邀請鄰居節(jié)點(diǎn)加入以當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為簇頭的分簇。成簇之后，進(jìn)行分層管理，把網(wǎng)絡(luò)分為多個簇，每個簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)采用CSMA/TDMA混合機(jī)制與簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，減少數(shù)據(jù)的碰撞，而簇頭節(jié)點(diǎn)采用CSMA/CA機(jī)制與鄰居簇頭進(jìn)行通信，明顯提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕軌蛴行У亟档蛿?shù)據(jù)傳輸延遲。
【專利說明】車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車載自組織網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法，具體來說包括了一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中簇的更新方法和一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET)向高傳輸速率、高可靠性和高有效性方向發(fā)展，車輛之間的信息傳輸機(jī)制受到普遍關(guān)注和研究。但由于車輛節(jié)點(diǎn)移動速度較快，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣?jīng)常發(fā)生變化，使得傳統(tǒng)的MAC協(xié)議面臨前所未有的挑戰(zhàn)。
[0003]成簇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有良好的等級差異和分工機(jī)制，利用成簇算法進(jìn)行消息的傳遞，能夠產(chǎn)生有效的消息傳輸機(jī)制。成簇的主要目的是選取合適的簇頭，使得這個簇頭能夠維護(hù)相關(guān)的路由信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ軌蜉^大化簇的穩(wěn)定性，降低由于拓?fù)渥兓瘞淼挠绊?，減少了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，便于對整個網(wǎng)絡(luò)的管理，適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。
[0004]基于競爭的MAC協(xié)議最為主要的優(yōu)點(diǎn)在于它能很好的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的變化，工作方式十分的靈活，節(jié)點(diǎn)之間不需要進(jìn)行精確的同步。而它所帶來的最大的弊端在于該機(jī)制下由于沖突而造成的信息丟失是這類協(xié)議所無法完全解決的。而基于分配機(jī)制的MAC協(xié)議，通過將一個信道劃分為多個子信道，再將子信道分配節(jié)點(diǎn)的方式，錯開了節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸，避免了沖突的發(fā)生，但是相對于基于競爭的MAC協(xié)議，此類協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)變化的適應(yīng)性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法，具體包括了一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法、車載自組織網(wǎng)絡(luò)中簇的更新方法和車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，包括以下步驟:步驟一:節(jié)點(diǎn)通過GPS及周期性的基本控制消息獲取車輛節(jié)點(diǎn)的位置、速度、加速度、節(jié)點(diǎn)類型信息；步驟二:根據(jù)獲取的節(jié)點(diǎn)位置、速度信息確定節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)間的平均鏈路持續(xù)時間；步驟三:根據(jù)節(jié)點(diǎn)的歷史鄰居集合和當(dāng)前鄰居集合確定該節(jié)點(diǎn)的連通度；步驟四:根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的平均鏈路持續(xù)時間和連通度的大小選取優(yōu)先級最大的節(jié)點(diǎn)作為簇頭；步驟五:根據(jù)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級選取僅次于簇頭的節(jié)點(diǎn)成為備用簇頭；步驟六:簇頭向其簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)廣播分簇控制消息，宣告自己成為簇頭，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的位置和收到狀態(tài)消息確定自己是簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)，并向簇頭回復(fù)。
[0008]進(jìn)一步，所述根據(jù)獲取的節(jié)點(diǎn)位置、速度信息確定節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)間的平均鏈接時間，具體為:[0009]節(jié)點(diǎn)i通過GPS獲取當(dāng)前位置S1、速度V1、加速度Bi信息；
[0010]節(jié)點(diǎn)i通過周期性的基本控制消息獲取鄰居節(jié)點(diǎn)j的當(dāng)前位置Sj、速度Vj、加速度Sj fg 息；
[0011]節(jié)點(diǎn)i根據(jù)下述公式計算與節(jié)點(diǎn)j能夠通信的位置關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，其特征在于:包括以下步驟: 節(jié)點(diǎn)通過GPS及周期性的基本控制消息獲取車輛節(jié)點(diǎn)的位置、速度、加速度、節(jié)點(diǎn)類型信息； 根據(jù)獲取的節(jié)點(diǎn)位置、速度信息確定節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)間的平均鏈路持續(xù)時間； 根據(jù)節(jié)點(diǎn)的歷史鄰居集合和當(dāng)前鄰居集合確定該節(jié)點(diǎn)的連通度； 根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的平均鏈路持續(xù)時間和連通度的大小選取優(yōu)先級最大的節(jié)點(diǎn)作為簇頭； 根據(jù)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級選取僅次于簇頭的節(jié)點(diǎn)成為備用簇頭； 簇頭向其簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)廣播分簇控制消息，宣告自己成為簇頭，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的位置和收到狀態(tài)消息確定自己是簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)，并向簇頭回復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，其特征在于:所述根據(jù)獲取的節(jié)點(diǎn)位置、速度信息確定節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)間的平均鏈接時間，具體為: 節(jié)點(diǎn)i通過GPS獲取當(dāng)前位置S1、速度V1、加速度ai信息； 節(jié)點(diǎn)i通過周期性的基本控制消息獲取鄰居節(jié)點(diǎn)j的當(dāng)前位置Sj、速度Vj、加速度&」信息； 節(jié)點(diǎn)i根據(jù)下述公式計算與節(jié)點(diǎn)j能夠通信的位置關(guān)系:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，其特征在于:所述根據(jù)節(jié)點(diǎn)的歷史鄰居集合和當(dāng)前鄰居集合確定節(jié)點(diǎn)的連通度具體為: 節(jié)點(diǎn)通過周期性地交互狀態(tài)信息，記錄h時刻鄰居節(jié)點(diǎn)集合Ntl (i)，和當(dāng)前時刻h鄰居節(jié)點(diǎn)集合N1 (i)，預(yù)測鄰居節(jié)點(diǎn)變化頻繁程度；節(jié)點(diǎn)i根據(jù)下述公式計算與鄰節(jié)點(diǎn)間的連通度:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的基于鏈路持續(xù)時間的成簇方法，其特征在于:所述選取平均鏈路持續(xù)時間最高的節(jié)點(diǎn)作為簇頭，包括: 根據(jù)節(jié)點(diǎn)的平均鏈路持續(xù)時間確定節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級，鏈路持續(xù)時間越大，節(jié)點(diǎn)連通度越小，則優(yōu)先級越大，將具有最高鏈路持續(xù)時間的節(jié)點(diǎn)作為簇頭，優(yōu)先級僅次于簇頭的節(jié)點(diǎn)成為備用簇頭； 簇頭向其簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)廣播分簇控制消息，宣告自己成為簇頭，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的狀態(tài)確定自己是簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)還是備用簇頭，并向簇頭回復(fù)； 節(jié)點(diǎn)周圍沒有其他鄰居節(jié)點(diǎn)，則該節(jié)點(diǎn)形成單獨(dú)的簇，設(shè)定自己簇頭。
5.一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中簇的更新方法，其特征在于:具體包括: 簇頭節(jié)點(diǎn)CH、簇成 員節(jié)點(diǎn)CM和備用簇頭BKCH根據(jù)自身位置的變化和優(yōu)先級的變化進(jìn)行更新； 簇頭節(jié)點(diǎn)周期性的進(jìn)行檢測，如果簇成員CM的平均鏈路持續(xù)時間大于自身，則該成員節(jié)點(diǎn)成為簇頭，并廣播分簇控制消息，原簇頭節(jié)點(diǎn)成為成員節(jié)點(diǎn)；如果簇頭節(jié)點(diǎn)CH的平均鏈路持續(xù)時間仍為最大，則簇頭節(jié)點(diǎn)只需維持自己的狀態(tài)，更新其簇成員的速度、位置等信息；如果簇頭節(jié)點(diǎn)沒有收到某成員節(jié)點(diǎn)周期性的廣播狀態(tài)信息，那么簇頭把該成員節(jié)點(diǎn)從它的成員表中刪除； 如果超過10%的簇成員離開簇頭的范圍，但是沒有離開備用簇頭的范圍，就把備用簇頭轉(zhuǎn)化為簇頭；如果簇頭進(jìn)入到鄰居簇頭傳輸范圍的1/3，就設(shè)定備用簇頭為簇頭，若備用簇頭仍在鄰居簇頭傳輸范圍的1/3，就發(fā)送最后一個信息，宣布合并到鄰居簇，其他簇成員或者加入鄰居簇，或者回到未定狀態(tài)。
6.一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議，其特征在于:包括: 簇建立完成后，進(jìn)入簇的穩(wěn)定階段，在簇的穩(wěn)定階段開始業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的收發(fā)；在分層網(wǎng)絡(luò)中，簇頭節(jié)點(diǎn)必須和自己簇內(nèi)的普通節(jié)點(diǎn)保持時間上的同步，使數(shù)據(jù)有序的上傳； 簇MAC協(xié)議中簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)采用CSMA/TDMA混合機(jī)制和簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信； 簇MAC協(xié)議中簇頭節(jié)點(diǎn)采用CSMA/CA機(jī)制和鄰居簇頭進(jìn)行通信； 簇MAC協(xié)議中根據(jù)簇間融合機(jī)制解決兩個簇相遇時所產(chǎn)生的預(yù)約時隙分配沖突問題。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議，其特征在于:在同步時段，簇頭節(jié)點(diǎn)向簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)廣播簇頭控制消息，該消息為每個簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)分配與簇頭通信的具體時刻，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)根據(jù)簇頭發(fā)布的控制消息，安排自己的活動，當(dāng)需要自己通信就開啟通信模塊，不需求自己通信時，則關(guān)閉通信模塊進(jìn)入休眠狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議，其特征在于:簇頭向簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)廣播TDMA通信時隙表，簇成員收到廣播后，在屬于自己的時隙內(nèi)競爭信道，向簇頭發(fā)送監(jiān)測到的數(shù)據(jù)；簇頭負(fù)責(zé)接收簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)和對收到的簇內(nèi)信息進(jìn)行融合，并與相鄰簇頭進(jìn)行通信；簇頭生成的時間幀，由若干個時隙和一個廣播時隙組成；在每個時間幀內(nèi)，簇內(nèi)成員各分到一個時隙，成員節(jié)點(diǎn)只有在自己的時隙內(nèi)才能優(yōu)先占用信道向簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)；簇頭在廣播時隙中發(fā)布下一輪時隙的分配、新的時鐘同步信號，簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)都處于偵聽狀態(tài)，完成與簇頭的通信，并更新時隙和時鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議，其特征在于:簇頭收到簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息后，采用CSMA/CA機(jī)制實(shí)現(xiàn)與鄰居簇頭之間的通信； 簇頭在發(fā)送數(shù)據(jù)前，向下一跳鄰居簇頭先發(fā)送請求幀，其鄰居簇頭收到RTS后發(fā)送CTS進(jìn)行應(yīng)答，簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)給鄰居簇頭，當(dāng)鄰居簇頭收到數(shù)據(jù)包后，向源簇頭發(fā)送ACK幀確認(rèn)數(shù)據(jù)包被正確接收；其他鄰居簇頭偵聽到RTS或CTS后等待，直到本次數(shù)據(jù)包發(fā)送結(jié)束后在競爭信道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路持續(xù)時間的簇MAC協(xié)議，其特征在于:根據(jù)節(jié)點(diǎn)在簇中的不同位置將節(jié)點(diǎn)分為三種不同的角色:簇頭前節(jié)點(diǎn)、簇頭節(jié)點(diǎn)和簇頭后節(jié)點(diǎn)；不同位置的節(jié)點(diǎn)在選擇自己的預(yù)約時隙時采用不同的規(guī)則，如果節(jié)點(diǎn)選擇預(yù)約時隙η作為自己的基本時隙，則簇頭前節(jié)點(diǎn)要求η%2=0，簇頭后節(jié)點(diǎn)要求η%2=1 ； 兩簇相遇之后，首先相遇的兩個節(jié)點(diǎn)如果發(fā)現(xiàn)兩個簇內(nèi)時隙分配有沖突的情況就在自身的FI中將相應(yīng)的時隙設(shè)為空閑，通知沖突的節(jié)點(diǎn)申請新的時隙以解決時隙分配沖突，實(shí)現(xiàn)簇的融合。`
【文檔編號】H04L29/08GK103873485SQ201410133166
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】唐倫, 郜寧, 陳前斌 申請人:重慶郵電大學(xué)