一種基于路側(cè)單元協(xié)助的多信道協(xié)同mac接入方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于路側(cè)單元協(xié)助的多信道協(xié)同MAC接入方法。該方法中，在RSU時(shí)隙，路側(cè)單元廣播前一個(gè)同步周期SCH時(shí)隙的預(yù)約信息，所有節(jié)點(diǎn)收到該信息之后更新本地SCH預(yù)約表-2，隨后把預(yù)約表-2中的信息合并到預(yù)約表-1。在RFS時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全信息發(fā)送或進(jìn)行本周期SCH時(shí)隙業(yè)務(wù)信道預(yù)約。在SCH時(shí)隙，完成信道預(yù)約的節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)約表-1在業(yè)務(wù)信道上進(jìn)行無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的非安全數(shù)據(jù)傳輸；其他節(jié)點(diǎn)將監(jiān)聽CCH信道或在CCH信道上進(jìn)行下一周期SCH時(shí)隙的信道預(yù)約，預(yù)約成功的信息會(huì)被路側(cè)單元保存在預(yù)約表-2中并在下一周期的RSU時(shí)隙進(jìn)行廣播。本發(fā)明提高了數(shù)據(jù)傳輸效率和信道預(yù)約及業(yè)務(wù)信道接入效率，并消除了預(yù)約沖突。
【專利說明】—種基于路側(cè)單元協(xié)助的多信道協(xié)同MAC接入方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車載自組織網(wǎng)絡(luò)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于路側(cè)單元協(xié)助的車載自組織網(wǎng)絡(luò)多信道協(xié)同MAC接入方法。

【背景技術(shù)】
[0002]車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET)作為智能交通系統(tǒng)(ITS)的重要組成部分，也是最重要的無(wú)線通信技術(shù)之一，其功能是通過車和車(V2V)以及車和路側(cè)單元(V2R)的相互通信來(lái)實(shí)現(xiàn)一系列的安全和非安全的應(yīng)用。車載自組織網(wǎng)絡(luò)采用了專用短距離無(wú)線通信技術(shù)(DSRC)來(lái)實(shí)現(xiàn)V2V及V2R通信。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)在5.9GHz頻段為采用DSRC的車載自組織網(wǎng)絡(luò)分配了 75MHz的頻帶，并且進(jìn)一步把75MHz帶寬分割成7個(gè)信道，即一個(gè)控制信道(CCH)和6個(gè)業(yè)務(wù)信道(SCH)。為了充分利用這7個(gè)信道，車聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議IEEE802.1lp和IEEE 1609協(xié)議族定義了一種多信道介質(zhì)訪問控制協(xié)議。即:路側(cè)單元和各車載終端通過一個(gè)協(xié)同的世界時(shí)鐘(UTC)在控制信道(CCH)時(shí)隙和業(yè)務(wù)信道(SCH)時(shí)隙之間交替，每一個(gè)交替周期為100ms，即:所有節(jié)點(diǎn)同步后，在CCH時(shí)隙，所有的路側(cè)單元和車載終端均調(diào)整到控制信道，持續(xù)時(shí)間為50ms，用于安全和控制相關(guān)信息交互；當(dāng)在業(yè)務(wù)信道時(shí)隙，所有的路側(cè)單元和車載終端均調(diào)整到某一個(gè)業(yè)務(wù)信道，持續(xù)時(shí)間為50ms，用于非安全相關(guān)信息的傳輸。
[0003]由上述內(nèi)容可見，現(xiàn)有的多信道協(xié)議存在幾個(gè)明顯的不足。首先，CCH和SCH時(shí)隙的周期交互使得在SCH時(shí)隙，控制信道處于閑置狀態(tài)，反之亦然。這就導(dǎo)致了在每個(gè)同步間隔中，控制信道和業(yè)務(wù)信道的利用率均只有50%。第二，同步跳轉(zhuǎn)使得每周期只有一個(gè)業(yè)務(wù)信道在被使用，造成業(yè)務(wù)信道資源浪費(fèi)，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大的情況下容易出現(xiàn)擁塞，導(dǎo)致系統(tǒng)性能急劇下降。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，同時(shí)為了提高業(yè)務(wù)信道接入效率，提升業(yè)務(wù)信道的總體吞吐量，提出了一種基于路側(cè)單元協(xié)助的多信道協(xié)同MAC接入方法，即基于路側(cè)單元協(xié)助的車載自組織網(wǎng)絡(luò)多信道協(xié)同MAC (介質(zhì)訪問控制)接入方法。
[0006]本發(fā)明的目的至少通過如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。
[0007]—種基于路側(cè)單元協(xié)助的車載自組織網(wǎng)絡(luò)多信道協(xié)同MAC信道接入方法，該方法在一個(gè)同步周期中，CCH時(shí)隙被進(jìn)一步劃分為RSU (路側(cè)單元)時(shí)隙和RFS (預(yù)約服務(wù))時(shí)隙，路側(cè)單元均配有兩個(gè)收發(fā)機(jī)，其中一臺(tái)收發(fā)機(jī)始終監(jiān)聽CCH，另一臺(tái)收發(fā)機(jī)則能在CCH和SCH之間進(jìn)行自由切換，以實(shí)現(xiàn)在CCH上廣播預(yù)約信息以及在SCH上進(jìn)行非安全信息的交互。在RSU時(shí)隙，路側(cè)單元首先根據(jù)前一個(gè)周期的SCH時(shí)隙中在CCH信道上是否發(fā)生了預(yù)約行為來(lái)決定是否廣播預(yù)約信息。如果前一個(gè)SCH時(shí)隙中有節(jié)點(diǎn)在CCH信道進(jìn)行了 RFS/CTR (預(yù)約服務(wù)/清除預(yù)約)的握手行為，即進(jìn)行了成功的SCH信道預(yù)約，那么這些預(yù)約信息會(huì)被路側(cè)單元監(jiān)聽到并且保存在路側(cè)單元的SCH預(yù)約表-2中，并在當(dāng)前的RSU時(shí)隙，把SCH預(yù)約表-2中存儲(chǔ)的預(yù)約信息廣播出去，路側(cè)單元通信覆蓋范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)收到該預(yù)約信息之后立即更新本地SCH預(yù)約表-2中的信息，隨后把預(yù)約表-2中的信息合并到預(yù)約表-1中。在RFS時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全信息發(fā)送或進(jìn)行本周期SCH時(shí)隙業(yè)務(wù)信道預(yù)約，預(yù)約信息保存在各節(jié)點(diǎn)的SCH預(yù)約表-1中。在接下來(lái)的SCH時(shí)隙，已完成SCH預(yù)約的節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的本地SCH預(yù)約表-1的預(yù)約情況依次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；其余節(jié)點(diǎn)將監(jiān)聽CCH信道并且可以在CCH信道上進(jìn)行下一周期SCH時(shí)隙的SCH信道預(yù)約，預(yù)約成功之后，他們的預(yù)約信息會(huì)被路側(cè)單元保存在預(yù)約表-2中并在下一周期的RSU時(shí)隙進(jìn)行廣播。
[0008]進(jìn)一步，RFS/CTR包中的預(yù)約信息包括被預(yù)約的業(yè)務(wù)信道號(hào)、預(yù)約的起止時(shí)間以及收發(fā)節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)。節(jié)點(diǎn)的本地SCH預(yù)約表中保存這些來(lái)自RFS/CTR中的預(yù)約信息，其作用是用來(lái)作為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道預(yù)約的參考依據(jù)以及實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)信道的預(yù)約接入。預(yù)約的起始時(shí)間由三部分構(gòu)成:傳輸數(shù)據(jù)包所需的時(shí)間、短時(shí)幀間隔(SIFS)、數(shù)據(jù)接收方成功接收數(shù)據(jù)后返回給發(fā)送方的ACK包傳輸所需時(shí)間。
[0009]進(jìn)一步，為了實(shí)現(xiàn)SCH信道無(wú)競(jìng)爭(zhēng)訪問進(jìn)而達(dá)到多個(gè)信道協(xié)同進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)SCH信道預(yù)約機(jī)制，具體流程如下:首先發(fā)起預(yù)約的節(jié)點(diǎn)根據(jù)本地SCH預(yù)約表情況選擇一個(gè)被預(yù)約時(shí)間占用最少的業(yè)務(wù)信道，并且該信道的剩余時(shí)間足以用來(lái)傳輸所要發(fā)送的數(shù)據(jù)包，那么在RFS時(shí)隙發(fā)起預(yù)約的節(jié)點(diǎn)在CCH信道上廣播RFS數(shù)據(jù)包，接收到RFS數(shù)據(jù)包的目的節(jié)點(diǎn)立即檢查該信道號(hào)的預(yù)約時(shí)間與自己的本地SCH預(yù)約表中相應(yīng)的信道剩余時(shí)間是否均是空閑，如果是，則回復(fù)CTR，否則，不回復(fù)CTR。其他收到CTR的節(jié)點(diǎn)，立即更新自己的SCH預(yù)約表，并存儲(chǔ)所有信道的預(yù)約情況，至此完成了一次成功的業(yè)務(wù)信道預(yù)約。該方法保證了節(jié)點(diǎn)間的SCH預(yù)約實(shí)時(shí)準(zhǔn)確且避免了多個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)時(shí)間段選了同一個(gè)業(yè)務(wù)信道而發(fā)生碰撞，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)信道的預(yù)約協(xié)調(diào)，保證了 SCH的無(wú)競(jìng)爭(zhēng)訪問。
[0010]進(jìn)一步的，發(fā)起預(yù)約節(jié)點(diǎn)執(zhí)行以下步驟:
(I)判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)隊(duì)列中是否有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送。如果沒有，繼續(xù)監(jiān)聽控制信道；否則，計(jì)算需要發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)長(zhǎng)L。
[0011](2)判斷當(dāng)前的時(shí)間處于CCH時(shí)隙還是SCH時(shí)隙；如果是CCH時(shí)隙，計(jì)算出當(dāng)前同步周期的截止時(shí)間，即本周期SCH時(shí)隙的終止時(shí)間，記作ends I。比較預(yù)約表_1中的6個(gè)業(yè)務(wù)信道被預(yù)約的終止時(shí)間，得出最小值，即該業(yè)務(wù)信道被預(yù)約所占用的時(shí)間是最少的，記作endml ;否則,跳轉(zhuǎn)到(5)；
(3)判斷L+endml的和是否小于endsl，如果是，則發(fā)送RFS數(shù)據(jù)包，設(shè)置等待回復(fù)CTR定時(shí)器；否則，放棄預(yù)約；
(4)判斷CTR定時(shí)器是否超時(shí)，如果是，那么該節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備在本周期SCH時(shí)隙發(fā)起第二次預(yù)約，返回(2);否則，把此次成功預(yù)約的信息保存到預(yù)約表-1，返回(I)；
(5)如果是SCH時(shí)隙，計(jì)算出當(dāng)前周期的截止時(shí)間，即本同步周期的終止時(shí)間，記作ends2。比較預(yù)約表_2中的6個(gè)業(yè)務(wù)信道被預(yù)約的終止時(shí)間，計(jì)算出最小的值，記作endm2 ；
(6)判斷L+endm2的和是否小于ends2，如果是，則發(fā)送RFS，設(shè)置等待回復(fù)CTR定時(shí)器；否則，放棄預(yù)約；
(7)判斷CTR定時(shí)器是否超時(shí)，如果是，那么該節(jié)點(diǎn)放棄在本次同步周期進(jìn)行預(yù)約；否貝U，把此次成功預(yù)約的信息保存到預(yù)約表-2 ； 進(jìn)一步的，被預(yù)約的節(jié)點(diǎn)執(zhí)行以下步驟:
(I)接收到RFS之后，從RFS中提取出預(yù)約時(shí)長(zhǎng)L，并判斷當(dāng)前的時(shí)間處于CCH時(shí)隙還是SCH時(shí)隙；若為CCH時(shí)隙跳轉(zhuǎn)到(2)，否則，跳轉(zhuǎn)到(3)。
[0012](2) CCH時(shí)隙，判斷L+endml的和是否小于endsl,如果是，則發(fā)送CTR，保存此次成功預(yù)約的信息保存到預(yù)約表-1 ;否則，丟棄RFS，放棄此次預(yù)約；
(3)SCH時(shí)隙，判斷L+endm2的和是否小于ends2，如果是，則發(fā)送CTR，保存此次成功預(yù)約的信息保存到預(yù)約表-2 ;否則，丟棄RFS，放棄此次預(yù)約；
進(jìn)一步，每個(gè)節(jié)點(diǎn)以及路側(cè)單元均維護(hù)兩個(gè)本地SCH預(yù)約表，即預(yù)約表-1和預(yù)約表-2。預(yù)約表-1記錄著RFS時(shí)隙在CCH上所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的信道預(yù)約信息。預(yù)約表-2記錄著SCH時(shí)隙在CCH上所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的信道預(yù)約信息。由于路側(cè)單元始終有一個(gè)收發(fā)機(jī)一直監(jiān)聽CCH,因此，路側(cè)單元記錄了發(fā)生在上一個(gè)SCH時(shí)隙的全部預(yù)約信息，并寫入在RSU包中。當(dāng)其他節(jié)點(diǎn)收到RSU包之后，從中提取出預(yù)約信息來(lái)更新自己的預(yù)約表_2，隨后把預(yù)約表-2中的信息合并到預(yù)約表-1中，最后，各節(jié)點(diǎn)清除預(yù)約表-2中的所有預(yù)約信息。
[0013]進(jìn)一步，預(yù)約表-1和預(yù)約表-2中包括三方面信息。信道號(hào):范圍從I號(hào)到6號(hào)總共6個(gè)業(yè)務(wù)信道；信道狀態(tài):分別為“O”和“ I ”兩種狀態(tài)，“O”狀態(tài)代表該信道未被當(dāng)前預(yù)約表所屬的節(jié)點(diǎn)預(yù)約，“I”狀態(tài)代表該信道已經(jīng)被當(dāng)前預(yù)約表所屬的節(jié)點(diǎn)預(yù)約；預(yù)約起始時(shí)間:根據(jù)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度計(jì)算出在無(wú)線信道中所需的時(shí)間、短時(shí)幀間時(shí)隙時(shí)長(zhǎng)以及接收方確認(rèn)收到數(shù)據(jù)包之后發(fā)送的ACK (確認(rèn)幀)所需的時(shí)長(zhǎng)。
[0014]為了改善現(xiàn)有車載自組織網(wǎng)絡(luò)多信道MAC協(xié)議在控制信道的利用率、業(yè)務(wù)信道的接入效率以及業(yè)務(wù)信道的總體吞吐量等方面的性能。本發(fā)明提出了基于路側(cè)單元協(xié)助的多信道協(xié)同MAC接入方法，該方法是基于車載自組織網(wǎng)絡(luò)多信道框架之上，進(jìn)一步把CCH時(shí)隙分為RSU時(shí)隙和RFS時(shí)隙。與現(xiàn)有方法不同的是，業(yè)務(wù)信道的接入采用預(yù)約的機(jī)制，并允許節(jié)點(diǎn)在SCH時(shí)隙在控制信道上進(jìn)行業(yè)務(wù)信道預(yù)約，然后在下一個(gè)同步周期的RSU時(shí)隙利用路側(cè)單元來(lái)協(xié)助廣播這些在當(dāng)前SCH時(shí)隙產(chǎn)生的預(yù)約信息。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:
(I)、允許節(jié)點(diǎn)在SCH時(shí)隙進(jìn)行信道預(yù)約，減少了因僅局限于CCH時(shí)隙進(jìn)行信道預(yù)約引起的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，提高了節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道預(yù)約和業(yè)務(wù)信道接入的效率，不僅充分利用了控制信道，而且對(duì)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量也有所提升。
[0016](2)、該方法通過路側(cè)單元的協(xié)同處理，在RSU時(shí)隙廣播前一個(gè)SCH時(shí)隙的預(yù)約信息，避免了數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)在SCH時(shí)隙的業(yè)務(wù)信道傳輸數(shù)據(jù)時(shí)丟失控制信道其他節(jié)點(diǎn)預(yù)約信息的影響，消除了預(yù)約沖突。
[0017](3)、該方法的信道預(yù)約機(jī)制實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)在業(yè)務(wù)信道上進(jìn)行無(wú)競(jìng)爭(zhēng)接入和多個(gè)業(yè)務(wù)信道并行使用，消除了在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大的情況下現(xiàn)有的業(yè)務(wù)信道競(jìng)爭(zhēng)的接入方式容易出現(xiàn)擁塞，導(dǎo)致系統(tǒng)性能急劇下降的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的信道訪問機(jī)制時(shí)序圖；
圖2為本發(fā)明的路側(cè)單元協(xié)同接入流程示意圖；
圖3a和圖3b分別為本發(fā)明的發(fā)起預(yù)約和被預(yù)約節(jié)點(diǎn)的信道預(yù)約流程示意圖； 圖4為本發(fā)明SCH預(yù)約表示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]上述內(nèi)容僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清晰明白，以下結(jié)合具體的實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式做進(jìn)一步地詳細(xì)說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。
[0020]下文通過一個(gè)實(shí)施例，同時(shí)結(jié)合附圖1來(lái)描述本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過程:
實(shí)施例
如圖1、圖2所示，CCH時(shí)隙被進(jìn)一步劃分為RSU時(shí)隙和RFS時(shí)隙，在RFS時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)nl有非安全信息需要和n6進(jìn)行傳輸，那么節(jié)點(diǎn)nl會(huì)首先計(jì)算出需要預(yù)約業(yè)務(wù)信道的時(shí)間，預(yù)約流程如圖3a所示。圖4列出了節(jié)點(diǎn)nl的SCH預(yù)約表-1的實(shí)例。假設(shè)第一個(gè)同步時(shí)隙的起始時(shí)間為0，那么該同步時(shí)隙的結(jié)束時(shí)間為0.ls，第一個(gè)SCH時(shí)隙的開始時(shí)間為0.05s。信道號(hào)范圍從I號(hào)到6號(hào)總共6個(gè)業(yè)務(wù)信道。信道狀態(tài)I代表節(jié)點(diǎn)Ill和他的目的節(jié)點(diǎn)預(yù)約了 I號(hào)業(yè)務(wù)信道，預(yù)約時(shí)長(zhǎng)為4ms (即從0.054s到0.058s)。2號(hào)業(yè)務(wù)信道的狀態(tài)為O說明該預(yù)約表-1所屬的節(jié)點(diǎn)并未預(yù)約過2號(hào)業(yè)務(wù)信道，同時(shí)也說明2號(hào)信道已經(jīng)被其他的節(jié)點(diǎn)選擇并且預(yù)約的時(shí)間區(qū)間為0.54s到0.88s。如果節(jié)點(diǎn)叫在RFS時(shí)隙欲與另一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)發(fā)起本周期第二次預(yù)約。根據(jù)節(jié)點(diǎn)1^的預(yù)約表-1，節(jié)點(diǎn)n i發(fā)起的第二次預(yù)約時(shí)間被限制在0.58s到0.1s之間。依上所述，當(dāng)節(jié)點(diǎn)叫完成預(yù)約業(yè)務(wù)信道的選擇之后，通過競(jìng)爭(zhēng)在CCH上廣播一個(gè)攜帶預(yù)約服務(wù)信道的時(shí)間、服務(wù)信道ID以及目的節(jié)點(diǎn)ID的RFS數(shù)據(jù)包。如圖3b，節(jié)點(diǎn)n6接收到RFS之后會(huì)立即檢查節(jié)點(diǎn)n i選擇的信道號(hào)在預(yù)約時(shí)間區(qū)間是否空閑。如果是，則等待SIFS時(shí)長(zhǎng)后，回復(fù)CTR給節(jié)點(diǎn)Ii1，這樣通過成功交換RFS/CTR之后，成功預(yù)約業(yè)務(wù)信道的信息會(huì)被保存在各自的預(yù)約表-1中。等到了 SCH時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)Ii1和節(jié)點(diǎn)η 6根據(jù)預(yù)約信息表-1在SCH上采用無(wú)競(jìng)爭(zhēng)信道接入的方式完成非安全數(shù)據(jù)傳輸。
[0021]進(jìn)一步，如圖1所示，在RFS時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)η3和節(jié)點(diǎn)η4同時(shí)在CCH發(fā)送了預(yù)約信息RFS,結(jié)果導(dǎo)致兩個(gè)RFS預(yù)約包發(fā)生碰撞，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)均未能成功完成預(yù)約；本次發(fā)生碰撞的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)在SCH時(shí)隙進(jìn)行二次預(yù)約。在SCH時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)113會(huì)首先計(jì)算出需要預(yù)約業(yè)務(wù)信道的時(shí)間，然后節(jié)點(diǎn)η3通過競(jìng)爭(zhēng)在CCH信道上廣播RFS數(shù)據(jù)包。節(jié)點(diǎn)η 8接收到RFS之后會(huì)立即檢查節(jié)點(diǎn)113選擇的信道號(hào)在預(yù)約的時(shí)間區(qū)間是否空閑。如果是，則等待SIFS時(shí)長(zhǎng)之后，回復(fù)CTR給節(jié)點(diǎn)η3;否則，放棄在本次同步周期預(yù)約。通過成功的交換RFS/CTR之后，預(yù)約業(yè)務(wù)信道的信息會(huì)被保存在各自的預(yù)約表-2中。在第二個(gè)同步周期的RSU時(shí)隙中，路側(cè)單元會(huì)廣播一個(gè)包含節(jié)點(diǎn)η3和節(jié)點(diǎn)η8預(yù)約信息以及其他的發(fā)生在上一周期SCH時(shí)隙的全部預(yù)約信息的RSU包。當(dāng)其他節(jié)點(diǎn)收到該RSU包之后，從中提取出所有的預(yù)約信息來(lái)更新自己的預(yù)約表_2，隨后把預(yù)約表-2中的信息全部復(fù)制到預(yù)約表-1中，最后，各節(jié)點(diǎn)清除預(yù)約表-2中的所有預(yù)約信息。等到SCH時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)η3和節(jié)點(diǎn)η 8根據(jù)各自的預(yù)約信息表-1在SCH上采用無(wú)競(jìng)爭(zhēng)信道接入的方式完成非安全數(shù)據(jù)交換。
[0022]綜上所述，現(xiàn)有車載自組織網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載大、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)迅速變化的車聯(lián)網(wǎng)中易造成業(yè)務(wù)信道訪問擁塞和信道利用率低等問題。本發(fā)明提出的信道預(yù)約機(jī)制實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)在業(yè)務(wù)信道上進(jìn)行無(wú)競(jìng)爭(zhēng)訪問，預(yù)約時(shí)允許節(jié)點(diǎn)在SCH時(shí)隙進(jìn)行信道預(yù)約，減少了因僅局限于CCH時(shí)隙進(jìn)行信道預(yù)約引起的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，提高了節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道預(yù)約和業(yè)務(wù)信道接入的效率，不僅充分利用了控制信道，而且對(duì)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量也有所提升；同時(shí)該方法通過路側(cè)單元的協(xié)同處理，在RSU時(shí)隙廣播前一個(gè)SCH時(shí)隙進(jìn)行信道預(yù)約產(chǎn)生的預(yù)約信息，避免了數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)對(duì)在SCH時(shí)隙的SCH信道傳輸數(shù)據(jù)時(shí)丟失CCH信道其他節(jié)點(diǎn)的預(yù)約信息的影響，消除了預(yù)約沖突，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)健性。
【權(quán)利要求】
1.基于路側(cè)單元協(xié)助的多信道協(xié)同MAC接入方法，其特征在于，CCH時(shí)隙被進(jìn)一步劃分為RSU時(shí)隙和RFS時(shí)隙；在RSU時(shí)隙，路側(cè)單元均配有兩個(gè)收發(fā)機(jī)，其中一臺(tái)收發(fā)機(jī)始終監(jiān)聽CCH，另一臺(tái)收發(fā)機(jī)則能在CCH和SCH之間進(jìn)行自由切換，以實(shí)現(xiàn)在CCH上廣播預(yù)約信息以及在SCH上進(jìn)行非安全信息的交互；在RSU時(shí)隙，路側(cè)單元首先根據(jù)前一個(gè)周期的SCH時(shí)隙中在CCH信道上是否發(fā)生了預(yù)約行為來(lái)決定是否廣播預(yù)約信息；如果前一個(gè)SCH時(shí)隙中有節(jié)點(diǎn)在CCH信道進(jìn)行了 RFS/CTR的握手行為，即進(jìn)行了成功的SCH信道預(yù)約，則成功預(yù)約的信息會(huì)被路側(cè)單元監(jiān)聽到并且保存在路側(cè)單元的SCH預(yù)約表-2中，并在當(dāng)前的RSU時(shí)隙，把SCH預(yù)約表-2中存儲(chǔ)的預(yù)約信息廣播出去，路側(cè)單元通信覆蓋范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)收到該預(yù)約信息之后立即更新本地SCH預(yù)約表-2中的信息，隨后把預(yù)約表-2中的信息合并到預(yù)約表-1中；在RFS時(shí)隙，所有節(jié)點(diǎn)均能進(jìn)行安全信息發(fā)送或進(jìn)行本周期SCH時(shí)隙業(yè)務(wù)信道預(yù)約，預(yù)約信息保存在各節(jié)點(diǎn)的SCH預(yù)約表-1中；在接下來(lái)的SCH時(shí)隙，已完成SCH預(yù)約的節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的本地SCH預(yù)約表-1的預(yù)約情況依次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其余節(jié)點(diǎn)將監(jiān)聽CCH信道并且能在CCH信道上進(jìn)行下一周期SCH時(shí)隙的SCH信道預(yù)約，預(yù)約成功之后，成功預(yù)約的信息會(huì)被路側(cè)單元保存在預(yù)約表-2中并在下一周期的RSU時(shí)隙進(jìn)行廣播。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路側(cè)單元協(xié)助的多信道協(xié)同MAC接入方法，其特征在于，RSU時(shí)隙路側(cè)單元廣播一個(gè)RSU數(shù)據(jù)包，RSU數(shù)據(jù)包包括了在上一個(gè)同步周期中的SCH時(shí)隙產(chǎn)生的成功預(yù)約信息；各節(jié)點(diǎn)接收到RSU數(shù)據(jù)包之后更新自己的預(yù)約表-1，用來(lái)在RFS時(shí)隙進(jìn)行下一輪業(yè)務(wù)信道預(yù)約時(shí)作為信道選擇的依據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路側(cè)單元協(xié)助的多信道協(xié)同MAC接入方法，其特征在于，在SCH時(shí)隙允許所有節(jié)點(diǎn)在CCH信道發(fā)起下一個(gè)同步周期SCH時(shí)隙業(yè)務(wù)信道預(yù)約，預(yù)約成功的信息保存在預(yù)約節(jié)點(diǎn)自身的預(yù)約表-2中；同時(shí)對(duì)于在本周期RFS時(shí)隙未能成功預(yù)約的節(jié)點(diǎn)對(duì)，允許在SCH時(shí)隙發(fā)起二次預(yù)約。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路側(cè)單元協(xié)助的多信道協(xié)同MAC接入方法，其特征在于，發(fā)起預(yù)約的節(jié)點(diǎn)根據(jù)本地SCH預(yù)約表情況選擇一個(gè)被預(yù)約時(shí)間占用最少的業(yè)務(wù)信道，并且該信道的剩余時(shí)間足以用來(lái)傳輸所要發(fā)送的數(shù)據(jù)包，在RFS時(shí)隙發(fā)起預(yù)約的節(jié)點(diǎn)在CCH信道上廣播RFS數(shù)據(jù)包，接收到RFS數(shù)據(jù)包的目的節(jié)點(diǎn)立即檢查該信道號(hào)的預(yù)約時(shí)間與自己的本地SCH預(yù)約表中相應(yīng)的信道剩余時(shí)間是否均是空閑，如果是，則回復(fù)CTR，否則，不回復(fù)CTR ;其他收到CTR的節(jié)點(diǎn)，立即更新自己的SCH預(yù)約表，并存儲(chǔ)所有信道的預(yù)約情況，至此完成了 一次成功的業(yè)務(wù)信道預(yù)約。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于路側(cè)單元協(xié)助的多信道協(xié)同MAC接入方法，其特征在于，發(fā)起預(yù)約的節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)信道選擇執(zhí)行以下步驟: 步驟1、判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)隊(duì)列中是否有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送，如果沒有，就繼續(xù)監(jiān)聽控制信道；否則，計(jì)算需要發(fā)的數(shù)據(jù)包的時(shí)長(zhǎng)L ； 步驟2、判斷當(dāng)前的時(shí)間處于CCH時(shí)隙還是SCH時(shí)隙；如果是CCH時(shí)隙，計(jì)算出當(dāng)前同步周期的截止時(shí)間，即本周期SCH時(shí)隙的終止時(shí)間，記作endsl ；比較預(yù)約表_1中的6個(gè)業(yè)務(wù)信道被預(yù)約的終止時(shí)間，得出最小值，即該業(yè)務(wù)信道被預(yù)約所占用的時(shí)間是最少的，記作endml ;否則,轉(zhuǎn)到步驟5 ； 步驟3、判斷L+endml的和是否小于endsl，如果是，則發(fā)送RFS數(shù)據(jù)包，設(shè)置等待回復(fù)CTR定時(shí)器；否則，放棄預(yù)約； 步驟4、判斷CTR定時(shí)器是否超時(shí)，如果是，那么該節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備在本周期SCH時(shí)隙發(fā)起第二次預(yù)約，返回步驟2 ;否則，把此次成功預(yù)約的信息保存到預(yù)約表-1，返回步驟I ; 步驟5、如果是SCH時(shí)隙，計(jì)算出當(dāng)前周期的截止時(shí)間，即本同步周期的終止時(shí)間，記作ends2 ；比較預(yù)約表-2中的6個(gè)業(yè)務(wù)信道被預(yù)約的終止時(shí)間，計(jì)算出最小的值，記作endm2 ； 步驟6、判斷L+endm2的和是否小于ends2，如果是，則發(fā)送RFS數(shù)據(jù)包，設(shè)置等待回復(fù)CTR定時(shí)器；否則，放棄預(yù)約； 步驟7、判斷CTR定時(shí)器是否超時(shí)，如果是，那么該節(jié)點(diǎn)放棄在本次同步周期進(jìn)行預(yù)約；否則，把此次成功預(yù)約的信息保存到預(yù)約表-2。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于路側(cè)單元協(xié)助的多信道協(xié)同MAC接入方法，其特征在于，被預(yù)約的節(jié)點(diǎn)在預(yù)約過程執(zhí)行以下步驟: 步驟1、接收到RFS數(shù)據(jù)包之后，從RFS數(shù)據(jù)包中提取出預(yù)約時(shí)長(zhǎng)L，并判斷當(dāng)前的時(shí)間處于CCH時(shí)隙還是SCH時(shí)隙；若為CCH時(shí)隙跳轉(zhuǎn)到步驟2，否則，跳轉(zhuǎn)到步驟3 ； 步驟2、CCH時(shí)隙，判斷L+endml的和是否小于endsl,如果是，則發(fā)送CTR，保存此次成功預(yù)約的信息保存到預(yù)約表-1 ;否則，丟棄RFS，放棄此次預(yù)約； 步驟3、SCH時(shí)隙，判斷L+endm2的和是否小于ends2，如果是，則發(fā)送CTR，保存此次成功預(yù)約的信息保存到預(yù)約表-2 ;否則，丟棄RFS，放棄此次預(yù)約。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路側(cè)單元協(xié)助的多信道協(xié)同MAC接入方法，其特征在于，RFS/CTR數(shù)據(jù)包中信息包括被預(yù)約的業(yè)務(wù)信道號(hào)、預(yù)約的起止時(shí)間以及收發(fā)節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路側(cè)單元協(xié)助的多信道協(xié)同MAC接入方法，其特征在于，每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部維護(hù)兩個(gè)信道列表:預(yù)約表-1和預(yù)約表_2，分別用于記錄節(jié)點(diǎn)在RFS時(shí)隙和SCH時(shí)隙中的控制信道上監(jiān)聽到的成功完成預(yù)約產(chǎn)生的預(yù)約信息，其中包括三方面信息，即信道號(hào):范圍從I號(hào)到6號(hào)總共6個(gè)業(yè)務(wù)信道；信道狀態(tài):分別為“O”和“I”兩種狀態(tài)，“O”狀態(tài)代表該信道未被當(dāng)前預(yù)約表所屬的節(jié)點(diǎn)預(yù)約，“I”狀態(tài)代表該信道已經(jīng)被當(dāng)前預(yù)約表所屬的節(jié)點(diǎn)預(yù)約；預(yù)約起始時(shí)間:傳輸數(shù)據(jù)包所需的時(shí)間、短時(shí)幀間隔(SIFS)、ACK(確認(rèn)幀)包傳輸所需時(shí)間。
【文檔編號(hào)】H04W74/04GK104486838SQ201410720695
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】李曉歡, 唐欣, 胡斌杰, 姚榮彬, 詹益旺, 陳宏濱 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 桂林電子科技大學(xué)