一種基于自適應(yīng)時(shí)隙分配的車載網(wǎng)接入方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于自適應(yīng)時(shí)隙分配的車輛自組織網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱車載網(wǎng)）接入方 法，該方法用于車輛節(jié)點(diǎn)在車載網(wǎng)中的接入，屬于通信技術(shù)中的媒體接入領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 可靠低時(shí)延的廣播服務(wù)對(duì)于車載網(wǎng)的安全應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用，網(wǎng)絡(luò)中的車 輛節(jié)點(diǎn)通過(guò)周期性地廣播自身的位置、速度、方向等信息來(lái)與一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 信息交互。通過(guò)這些信息的交互車載網(wǎng)中的一些安全應(yīng)用比如碰撞避免、碰撞預(yù)測(cè)和輔助 駕駛等才得以實(shí)現(xiàn)。
[0003] IEEE 802. lip 標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)分復(fù)用（TDMA，Time Division Multiple Access)方法是 車載網(wǎng)中常用的兩種接入方法。以IEEE 802. lip標(biāo)準(zhǔn)作為接入?yún)f(xié)議的車輛節(jié)點(diǎn)通過(guò)競(jìng)爭(zhēng) 的方法接入信道，以時(shí)分復(fù)用為接入方法的車輛節(jié)點(diǎn)通過(guò)隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的方法獲取時(shí)隙，在這 些時(shí)隙上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)碰撞傳輸，每個(gè)用戶固定獲取一個(gè)時(shí)隙。相較于IEEE802. 11標(biāo)準(zhǔn)而 言，TDMA方法解決了車輛節(jié)點(diǎn)可能長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法接入信道的問(wèn)題，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在一個(gè)TDMA幀內(nèi) 始終占用一個(gè)時(shí)隙用于安全信息的廣播。
[0004] 在已有的基于TDMA的車載網(wǎng)接入方法中，車輛節(jié)點(diǎn)一般都是一個(gè)幀占有一個(gè)時(shí) 隙，這造成了時(shí)隙的很大浪費(fèi)。如果一個(gè)車輛節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)隙傳輸失敗，它必須等上一個(gè)幀 間隔才能開(kāi)始新一次的數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)于時(shí)延要求非常高的車載網(wǎng)安全應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這種等待 是不能接受的。雖然已有一些方法針對(duì)TDMA中的時(shí)隙浪費(fèi)問(wèn)題做了改進(jìn)，比如協(xié)作自組織 媒體接入?yún)f(xié)議（CAH-MAC，Cooperative Ad Hoc Media Access Control)，該協(xié)議把未分配 的時(shí)隙應(yīng)用于點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)可靠傳輸，源節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)利用空閑的時(shí)隙協(xié)作傳輸源節(jié)點(diǎn) 傳輸失敗的數(shù)據(jù)包，該方法有效地提高了車載網(wǎng)的吞吐量，但是它是針對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)應(yīng)用的，而 對(duì)于廣播服務(wù)來(lái)說(shuō)，廣播數(shù)據(jù)包傳輸?shù)某晒εc否源節(jié)點(diǎn)并不能獲知。
[0005] 上述TDMA接入方法的第二個(gè)缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入時(shí)延比較高，對(duì)于周期性狀 態(tài)信息廣播而言，接入時(shí)延的最佳值是TDMA的幀間隔，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足車載網(wǎng)實(shí)時(shí)通信的需 求，而且如果當(dāng)前幀間隔內(nèi)節(jié)點(diǎn)所占有的時(shí)隙用于周期性狀態(tài)信息的廣播，當(dāng)車輛拋錨、緊 急剎車等突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，節(jié)點(diǎn)只能于下一個(gè)幀間隔通知周圍鄰居節(jié)點(diǎn)緊急狀況的發(fā)生。
[0006] 因此，很有必要提出一種新的接入方法來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛自組織網(wǎng)絡(luò)低延時(shí)、高可靠的 廣播服務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明提供一種解決傳統(tǒng)TDMA方法時(shí)隙浪費(fèi)的問(wèn)題，充分地利用網(wǎng)絡(luò) 的時(shí)隙資源，降低接入時(shí)延的基于自適應(yīng)時(shí)隙分配的車載網(wǎng)接入方法。
[0008] 技術(shù)方案：首先給出下面幾個(gè)定義：
[0009] 單跳節(jié)點(diǎn)集（OHS，One-Hop Set):車載網(wǎng)中相互之間均能進(jìn)行無(wú)線通信的車輛節(jié) 點(diǎn)組成的集合。
[0010] 兩跳節(jié)點(diǎn)集（THS，Two-Hop Set):最多通過(guò)兩跳能夠進(jìn)行無(wú)線通信的車輛節(jié)點(diǎn)組 成的集合。一個(gè)車輛節(jié)點(diǎn)可以屬于兩個(gè)不同的兩跳節(jié)點(diǎn)集。
[0011] 主時(shí)隙與主時(shí)隙號(hào)：一個(gè)幀間隔內(nèi)車輛節(jié)點(diǎn)占有的時(shí)隙中時(shí)隙號(hào)最小的時(shí)隙是該 節(jié)點(diǎn)的主時(shí)隙，這個(gè)時(shí)隙號(hào)稱為該節(jié)點(diǎn)的主時(shí)隙號(hào)。主時(shí)隙用于時(shí)隙分配過(guò)程的車輛節(jié)點(diǎn) 間的信息交互以及節(jié)點(diǎn)位置、速度、方向等安全信息的廣播。車輛節(jié)點(diǎn)鄰居節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)和 其占用的時(shí)隙信息存放于主時(shí)隙廣播數(shù)據(jù)包的包頭。在每一個(gè)幀間隔內(nèi)，車輛節(jié)點(diǎn)在主時(shí) 隙廣播其最新的本地消息。
[0012] 備用時(shí)隙與備用時(shí)隙號(hào)：一個(gè)幀間隔內(nèi)車輛節(jié)點(diǎn)除主時(shí)隙外占有的時(shí)隙稱為該節(jié) 點(diǎn)的備用時(shí)隙，這些時(shí)隙的序號(hào)稱為該節(jié)點(diǎn)的備用時(shí)隙號(hào)。備用時(shí)隙可以用于車輛節(jié)點(diǎn)間 的協(xié)作數(shù)據(jù)傳輸、主時(shí)隙的廣播重傳或者突發(fā)事件的緊急廣播。
[0013] 標(biāo)記時(shí)隙：車輛節(jié)點(diǎn)在接入過(guò)程中隨機(jī)選擇的一個(gè)幀時(shí)隙，如果接入過(guò)程成功，該 時(shí)隙將被該車輛節(jié)點(diǎn)占有。
[0014] 用戶數(shù)指示變量Iu:車輛節(jié)點(diǎn)在其MAC層維護(hù)的變量，用于指示一個(gè)幀間隔內(nèi)該 節(jié)點(diǎn)接收到的廣播用戶數(shù)。該變量在每一個(gè)幀時(shí)隙均進(jìn)行更新。
[0015] 時(shí)隙數(shù)指示變量Is:車輛節(jié)點(diǎn)在其MAC層維護(hù)的變量，用于指示當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)被車 輛節(jié)點(diǎn)占用的總時(shí)隙數(shù)。該變量在每一個(gè)幀時(shí)隙通過(guò)解析收到的廣播數(shù)據(jù)包包頭進(jìn)行更 新。
[0016] 本發(fā)明的基于自適應(yīng)時(shí)隙分配的車載網(wǎng)接入方法中，車輛節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配過(guò)程根 據(jù)網(wǎng)絡(luò)的整體狀況自適應(yīng)地調(diào)整，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)較低的時(shí)候，車輛節(jié)點(diǎn)嘗試占有更多的 幀時(shí)隙，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)隙資源緊缺時(shí)，車輛節(jié)點(diǎn)調(diào)度時(shí)隙釋放過(guò)程釋放部分備用時(shí)隙供新加 入的車輛節(jié)點(diǎn)使用。
[0017] 本發(fā)明的基于自適應(yīng)時(shí)隙分配的車載網(wǎng)接入方法，包括以下步驟：
[0018] 步驟1)車輛節(jié)點(diǎn)首先判斷接入指示變量C是否為1，如果為1，則直接進(jìn)入步驟 2)，否則，車輛節(jié)點(diǎn)判斷當(dāng)前幀時(shí)隙是否為標(biāo)記時(shí)隙：
[0019] 如果為標(biāo)記時(shí)隙，則將接入指示變量C設(shè)為1，然后該車輛節(jié)點(diǎn)通過(guò)以標(biāo)記時(shí)隙為 首尾時(shí)間點(diǎn)的一個(gè)幀間隔內(nèi)收到的所有鄰居節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙信息判定上次接入過(guò)程的成功與 否，如果成功，則更新本節(jié)點(diǎn)占有的主時(shí)隙和備用時(shí)隙信息；
[0020] 如果當(dāng)前時(shí)隙不是標(biāo)記時(shí)隙，則結(jié)束本時(shí)隙的接入；
[0021] 步驟2)進(jìn)入時(shí)隙接入釋放過(guò)程的車輛節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前幀時(shí)隙更新本地存儲(chǔ)的車輛節(jié) 點(diǎn)所處的兩跳節(jié)點(diǎn)集節(jié)點(diǎn)數(shù)1"和時(shí)隙數(shù)指示變量I s，如果所有時(shí)隙已經(jīng)被完全分配，即更 新后的時(shí)隙數(shù)指示變量Is等于一個(gè)幀間隔的總時(shí)隙數(shù)，則結(jié)束本時(shí)隙的的接入；否則，進(jìn)入 步驟3);
[0022] 步驟3)如果該車輛節(jié)點(diǎn)不是第一次嘗試接入信道，即該車輛節(jié)點(diǎn)已占有時(shí)隙，則 進(jìn)入步驟4);反之，如果該車輛節(jié)點(diǎn)為第一次嘗試接入信道，即該車輛節(jié)點(diǎn)沒(méi)有占有任何 時(shí)隙，則隨機(jī)選擇一個(gè)未分配的時(shí)隙進(jìn)行接入，更新標(biāo)記時(shí)隙的值，同時(shí)將接入指示變量C 設(shè)為0后結(jié)束本時(shí)隙的的接入；
[0023] 步驟4)如果該車輛節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙數(shù)指示變量Is小于或等于網(wǎng)絡(luò)的最小期望占有時(shí) 隙數(shù)，則該車輛節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的廣播數(shù)據(jù)包隨機(jī)選擇一個(gè)未分配的時(shí)隙進(jìn)行接入，更新 標(biāo)記時(shí)隙的值，同時(shí)將接入指示變量C設(shè)為0后結(jié)束本時(shí)隙的接入；否則進(jìn)入步驟5);所述 最小期望時(shí)隙數(shù)是指單用戶平均期望時(shí)隙數(shù)a與該車輛節(jié)點(diǎn)所處的兩跳節(jié)點(diǎn)集節(jié)點(diǎn)數(shù)I" 的乘積；
[0024] 步驟5)如果該車輛節(jié)點(diǎn)時(shí)隙數(shù)指示變量Is大于網(wǎng)絡(luò)的最大期望占有時(shí)隙數(shù)，則 節(jié)點(diǎn)結(jié)束本時(shí)隙的接入，進(jìn)入時(shí)隙釋放過(guò)程，否則節(jié)點(diǎn)無(wú)需執(zhí)行時(shí)隙釋放過(guò)程，直接結(jié)束本 時(shí)隙的接入，所述最大期望時(shí)隙數(shù)是指網(wǎng)絡(luò)最大時(shí)隙占有因子b與幀時(shí)隙總數(shù)N的乘積。
[0025] 本發(fā)明的優(yōu)選方案中，步驟1)中，車輛節(jié)點(diǎn)判定上次接入過(guò)程成功與否的具體方 法為：如果該車輛節(jié)點(diǎn)在一個(gè)幀間隔內(nèi)接收到的所有鄰居節(jié)點(diǎn)時(shí)隙信息的廣播數(shù)據(jù)包中均 認(rèn)為該時(shí)隙屬于本節(jié)點(diǎn)，則判定接入過(guò)程成功，否則判定接入失敗。
[0026] 本發(fā)明的優(yōu)選方案中，所述步驟4)中的單用戶平均期望時(shí)隙數(shù)a取值為2或者3。
[0027] 本發(fā)明的優(yōu)選方案中，所述步驟5)中時(shí)隙釋放過(guò)程按如下步驟實(shí)施：
[0028] (1)進(jìn)入時(shí)隙釋放過(guò)程的車輛節(jié)點(diǎn)首先判斷當(dāng)前占有的時(shí)隙數(shù)是否為1，如果不 為1，則該節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇一個(gè)備用時(shí)隙R進(jìn)行釋放，否則結(jié)束時(shí)隙釋放過(guò)程；
[0029] (2)車輛節(jié)點(diǎn)重新構(gòu)造廣播數(shù)據(jù)包的包頭，將備用時(shí)隙R從本節(jié)點(diǎn)占有的時(shí)隙信 息中刪除，得到更新的本地時(shí)隙信息；
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