车联网MAC层退避算法与信道预留策略研究

摘要

随着汽车在普通家庭中的普及，交通安全、效率以及行车体验慢慢得到了人们的关注。车联网属于智能交通，实现了车辆之间的相互通信，可以为用户提供安全行车与舒适的行车体验。它不仅可以提供安全信息来减少事故的发生，而且可以为车辆用户提供非安全的多媒体等娱乐信息。目前，它已经成为了智能交通领域的重要研究课题。车联网采用固定大小的竞争窗口以及二进制指数退避策略，不适应于不同车流密度的车辆环境。当车流密度较大时，固定的窗口和退避策略会导致大量的碰撞，增大了时延，影响了安全信息的传输;当车流密度较小时，固定的窗口和退避策略又会导致大量的空闲时间，造成信道资源的浪费。此外，在多信道协作方面，车联网采用了固定的切换周期。当车流密度较小时，安全信息相对较少，产生了大量的空闲时隙，导致了信道资源的浪费。
　　针对车联网中固定窗口和传统退避策略引起的信道接入问题，本文设计了一种自适应窗口的退避算法。通过建立广播的一维马尔科夫链模型，利用饱和吞吐量公式计算最优竞争窗口与节点数量的关系，设计基于节点数量自适应窗口的退避算法。仿真结果表明，该算法可以有效降低车联网的通信时延，增大了系统的吞吐量，并适用于不同的车流密度环境。针对信道切换引起的资源浪费问题，本文提出了一种基于信道预留的RCMAC协议。为了提高车流密度较少时信道资源的利用率，通过划分业务的优先级，建立信道状态表，利用空闲的控制信道时隙对服务信道进行预约，实现一种近似无竞争的服务信道接入方式。仿真结果表明，在车流密度小的情况下，该协议可以有效增加服务信道的吞吐量，降低不同优先级业务的传输时延。