一種高動(dòng)態(tài)無線車載網(wǎng)絡(luò)中基于tdma協(xié)議的移動(dòng)預(yù)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高動(dòng)態(tài)無線車載網(wǎng)絡(luò)中基于TDM協(xié)議的移動(dòng)預(yù)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 車載無線網(wǎng)絡(luò)是傳統(tǒng)的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（Mobile Ad Hoc Network，MANET)在交 通道路上的應(yīng)用，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)是在道路上行駛的汽車。由于汽車節(jié)點(diǎn)具有高速移動(dòng)而 軌跡規(guī)則的特點(diǎn)，車載無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁，但又具有可預(yù)測性。在車載無線網(wǎng)絡(luò) 中，緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)等應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)延和可靠性要求十分嚴(yán)格，要求消息能快速、高效地 實(shí)現(xiàn)多跳廣播。目前，在車載無線網(wǎng)絡(luò)的高移動(dòng)環(huán)境下，很多文獻(xiàn)在接入控制層對設(shè)計(jì)低延 時(shí)、高可靠性的快速消息傳播機(jī)制進(jìn)行了深入研究。
[0003] TDM協(xié)議是把時(shí)間分割成周期性的幀，進(jìn)而將幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙并分配給每 個(gè)節(jié)點(diǎn)。與采用隨機(jī)信道接入的IEEE 802. Ilp協(xié)議相比，TDMA協(xié)議通過時(shí)隙預(yù)約機(jī)制，不 但能避免信道的沖突，提高了傳輸?shù)目煽啃裕欢夷鼙ＷC嚴(yán)格的傳輸延時(shí)上限，減少了端到 端傳輸跳數(shù)和傳輸延時(shí)。
[0004] ADHOC MAC協(xié)議是一種基于TDMA的車載無線自組網(wǎng)協(xié)議，采用了 TDMA方式劃分無 線信道，以及RR-ALOHA信道訪問機(jī)制。其中，節(jié)點(diǎn)在幀信息FI中記錄自己所觀察到的鄰居 節(jié)點(diǎn)占用時(shí)隙的情況，并在所占用的時(shí)隙中周期性廣播FI信息。周期性廣播的FI幀信息 使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠了解兩跳之內(nèi)的時(shí)隙占用情況，從而使得一跳和兩跳節(jié)點(diǎn)之間都不會(huì)發(fā) 生沖突。ADHOC MAC協(xié)議的問題在于采用隨機(jī)的方法來選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，無法依據(jù)實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來優(yōu)化傳輸路由，可能不必要的增加轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)，造成較大的傳輸延時(shí)。
[0005] VeMAC是一種基于TDMA的多信道車載無線網(wǎng)MAC協(xié)議。其中，每個(gè)車輛節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽 控制信道獲取鄰居節(jié)點(diǎn)信息，并根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)信息選擇距離當(dāng)前轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)作為 轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。該轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)在一幀時(shí)間后，通過業(yè)務(wù)信道來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。VeMC利用了多信道來協(xié) 調(diào)發(fā)送時(shí)序，避免了信道的沖突，但同時(shí)需要硬件設(shè)備的支持，造成了較大的部署開銷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述車載無線網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議選取轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)時(shí)未考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的 傳輸延時(shí)和傳輸跳數(shù)過高等問題，本發(fā)明提供了一種高動(dòng)態(tài)無線車載網(wǎng)絡(luò)中基于TDM的 移動(dòng)預(yù)測方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0008] 將高動(dòng)態(tài)無線車載網(wǎng)絡(luò)的信道劃分時(shí)幀，該時(shí)幀包括控制幀和和業(yè)務(wù)幀，再分別 將控制幀和業(yè)務(wù)幀劃分成若干個(gè)子時(shí)隙，將每輛車定義為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理流程 如下：
[0009] 步驟一：節(jié)點(diǎn)初始化；
[0010] 步驟二：節(jié)點(diǎn)持續(xù)監(jiān)聽信道至一個(gè)完整幀結(jié)束后選擇空的控制時(shí)隙作為其預(yù)約控 制時(shí)隙i，選擇空的業(yè)務(wù)時(shí)隙作為其預(yù)約業(yè)務(wù)時(shí)隙j ;
[0011] 步驟三：判斷節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前時(shí)隙類型，如果是控制時(shí)隙則轉(zhuǎn)入步驟四；如果是業(yè)務(wù) 時(shí)隙則轉(zhuǎn)入步驟五；
[0012] 步驟四；如果當(dāng)前時(shí)隙是預(yù)約控制時(shí)隙i，根據(jù)所有節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前經(jīng)度坐標(biāo)X、煒度 坐標(biāo)y、移動(dòng)速度V和移動(dòng)方向心預(yù)測一幀后各節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)標(biāo)志位F為1的節(jié)點(diǎn) 的距離d SR，并將更新到節(jié)點(diǎn)集合Node中；同時(shí)，將節(jié)點(diǎn)的編號id、經(jīng)度坐標(biāo)X、煒度坐標(biāo) y、移動(dòng)速度V、移動(dòng)方向P所在路段編號road、預(yù)約的控制時(shí)隙i和預(yù)約的業(yè)務(wù)時(shí)隙編號j 寫入控制包，并在發(fā)送該控制包后，進(jìn)入下一時(shí)隙，轉(zhuǎn)入步驟三；如果當(dāng)前時(shí)隙不是預(yù)約控 制時(shí)隙i，則節(jié)點(diǎn)在該時(shí)隙接收控制包，依據(jù)該控制包更新節(jié)點(diǎn)集合Node的信息，進(jìn)入下一 時(shí)隙，并轉(zhuǎn)入步驟三；
[0013] 步驟五；如果當(dāng)前時(shí)隙是預(yù)約業(yè)務(wù)時(shí)隙j，判斷其轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)志位F是否為1，如果是， 則在該時(shí)隙轉(zhuǎn)發(fā)所收到的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)入步驟六；如果不是則直接轉(zhuǎn)入步驟六；如果當(dāng)前 時(shí)隙不是預(yù)約業(yè)務(wù)時(shí)隙j，則節(jié)點(diǎn)在該時(shí)隙接收業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，進(jìn)入下一時(shí)隙，并轉(zhuǎn)入步驟三；
[0014] 步驟六：在節(jié)點(diǎn)集合Node中，從具有相同道路編號的節(jié)點(diǎn)中選擇dSR最大的節(jié)點(diǎn)為 對應(yīng)道路的下一幀轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，并將被選定為下一幀轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)標(biāo)志位F設(shè)為1，其 他節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)標(biāo)志位F設(shè)為0,進(jìn)入下一時(shí)隙，并返回步驟三。
[0015] 所述步驟一中：當(dāng)前節(jié)點(diǎn)初始化包括：節(jié)點(diǎn)集合Node初始化為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的信息， 其中編號id、經(jīng)度坐標(biāo)X、煒度坐標(biāo)y、移動(dòng)速度V、移動(dòng)方向費(fèi)和所在路段編號road信息初 始化為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息；轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)標(biāo)志位F、預(yù)約的控制時(shí)隙i和預(yù)約的業(yè)務(wù)時(shí)隙編號 j初始化為空。
[0016] 所述步驟四中：dSR計(jì)算方法如下：
[0017] 首先，初始時(shí)刻Tci,轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)S、鄰居節(jié)點(diǎn)R的位置分別是.v〗）、(X^W)，移動(dòng) 方向分別是滅、爲(wèi)，移動(dòng)速度分別是4、Ivt p時(shí)刻轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)s、鄰居節(jié)點(diǎn)R的位置分 別是(XK)、（λΚ)，Tp為幀長時(shí)間，T JTp時(shí)刻節(jié)點(diǎn)S和節(jié)點(diǎn)R的位置計(jì)算方法如下：
[0020] 然后，根據(jù)TJTp時(shí)刻節(jié)點(diǎn)S、R的坐標(biāo)位置計(jì)算節(jié)點(diǎn)S和R之間的距離，距離計(jì)算 公式如下：
[0018]
[0019]
[0022] 本發(fā)明的技術(shù)效果在于：我們提出的高動(dòng)態(tài)無線車載網(wǎng)絡(luò)中基于TDM的移動(dòng)預(yù) 測方法根據(jù)當(dāng)前車輛運(yùn)動(dòng)方向、速度、地理位置信息，預(yù)測下一幀最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，使車載無 線網(wǎng)絡(luò)避免過高的數(shù)據(jù)傳播延遲，減少轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼w性能。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0024] 圖2為車輛密度從50vel/km到200vel/km變化時(shí)，不同協(xié)議端到端的傳輸延時(shí)；
[0025] 圖3為車輛密度從50vel/km到200vel/km變化時(shí)，不同協(xié)議端到端的傳輸跳數(shù)；
[0026] 圖4為車輛速度從20m/s到40m/s變化時(shí)，不同協(xié)議端到端的傳輸延時(shí)；
[0027] 圖5為車輛速度從20m/s到40m/s變化時(shí)，不同協(xié)議端到端的傳輸跳數(shù)；
[0028] 圖6為數(shù)據(jù)傳輸范圍從200m到400m變化時(shí)，不同協(xié)議端到端的傳輸延時(shí)；
[0029] 圖7為數(shù)據(jù)傳輸范圍從200m到400m變化時(shí)，不同協(xié)議端到端的傳輸跳數(shù)；
[0030] 圖8為車輛速度變化范圍從25m/s-35m/s到15m/s-45m/s變化時(shí)，不同協(xié)議端到 端的傳輸延時(shí)；
[0031] 圖9為車輛速度變化范圍從25m/s-35m/s到15m/s-45m/s變化時(shí)，不同協(xié)議端到 端的傳輸跳數(shù)；
[0032] 圖10、圖11、圖12分別是城市網(wǎng)格型道路場景中，不同協(xié)議下，消息從中心點(diǎn)傳播 到頂點(diǎn)處的延時(shí)分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 參見圖1，本發(fā)明的流程如下：
[0034] 節(jié)點(diǎn)初始化包括：節(jié)點(diǎn)集合Node初始化為節(jié)點(diǎn)的信息，其中編號id、經(jīng)度坐標(biāo)X、 煒度坐標(biāo)y、移動(dòng)速度V、移動(dòng)方向於和所在路段編號road信息初始化為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)信 息；轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)標(biāo)志位F、預(yù)約的控制時(shí)隙i和預(yù)約的業(yè)務(wù)時(shí)隙編號j初始化為空。
[0035] 在各項(xiàng)參數(shù)初始化后，節(jié)點(diǎn)持續(xù)監(jiān)聽信道至一個(gè)完整幀結(jié)束后選擇空的控制時(shí)隙 作為其預(yù)約控制時(shí)隙i，選擇空的業(yè)務(wù)時(shí)隙作為其預(yù)約業(yè)務(wù)時(shí)隙j。
[0036] 節(jié)點(diǎn)判斷當(dāng)前時(shí)隙類型，如果當(dāng)前時(shí)隙是預(yù)約控制時(shí)隙i，節(jié)點(diǎn)根據(jù)所有節(jié)點(diǎn)的 義、7^和輕，預(yù)測一幀后各節(jié)點(diǎn)距離當(dāng)前轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的距離d SR，并將dSR更新到Node中；同時(shí)， 將id、X、y、V、road、i和j寫入控制包，并在發(fā)送該控制包后判斷下一時(shí)隙類型。如果 當(dāng)前時(shí)隙不是預(yù)約控制時(shí)隙i，則在該時(shí)隙接收控制包，依據(jù)該控制包更新節(jié)點(diǎn)集合Node 的信息，并判斷下一時(shí)隙類型。其中，