一种基于自适应时隙分配的车载网接入方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自适应时隙分配的车载网接入方法，以解决车辆用户接入时隙浪费的问题。该方法为：车辆节点的时隙分配过程根据网络的整体状况自适应地调整，在一次接入过程完成后，节点根据接收到的广播数据包计算网络用户数指示变量和时隙指示变量，当网络中用户数较低的时候，车辆节点尝试占有更多的帧时隙，当网络中时隙资源紧缺时，车辆节点调度时隙释放过程释放部分备用时隙供新加入的车辆节点使用。此方法通过自适应时隙分配过程解决了车载网传统TDMA接入方法的时隙浪费问题，降低了节点广播数据的接入时延，通过合理使用节点的备用时隙，车辆自组织网络的性能得到大幅度提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于自适应时隙分配的车辆自组织网络（简称车载网）接入方 法，该方法用于车辆节点在车载网中的接入，属于通信技术中的媒体接入领域。
技术介绍
可靠低时延的广播服务对于车载网的安全应用起着至关重要的作用，网络中的车 辆节点通过周期性地广播自身的位置、速度、方向等信息来与一跳范围内的邻居节点进行 信息交互。通过这些信息的交互车载网中的一些安全应用比如碰撞避免、碰撞预测和辅助 驾驶等才得以实现。 IEEE 802. lip 标准和时分复用（TDMA，Time Division Multiple Access)方法是 车载网中常用的两种接入方法。以IEEE 802. lip标准作为接入协议的车辆节点通过竞争 的方法接入信道，以时分复用为接入方法的车辆节点通过随机竞争的方法获取时隙，在这 些时隙上实现数据的无碰撞传输，每个用户固定获取一个时隙。相较于IEEE802. 11标准而 言，TDMA方法解决了车辆节点可能长时间无法接入信道的问题，每个节点在一个TDMA帧内 始终占用一个时隙用于安全信息的广播。 在已有的基于TDMA的车载网接入方法中，车辆节点一般都是一个帧占有一个时 隙，这造成了时隙的很大浪费。如果一个车辆节点在当前时隙传输失败，它必须等上一个帧 间隔才能开始新一次的数据传输，对于时延要求非常高的车载网安全应用来说，这种等待 是不能接受的。虽然已有一些方法针对TDMA中的时隙浪费问题做了改进，比如协作自组织 媒体接入协议（CAH-MAC，Cooperative Ad Hoc Media Access Control)，该协议把未分配 的时隙应用于点到点的数据可靠传输，源节点的邻居节点利用空闲的时隙协作传输源节点 传输失败的数据包，该方法有效地提高了车载网的吞吐量，但是它是针对点到点应用的，而 对于广播服务来说，广播数据包传输的成功与否源节点并不能获知。 上述TDMA接入方法的第二个缺点是数据业务的接入时延比较高，对于周期性状 态信息广播而言，接入时延的最佳值是TDMA的帧间隔，远远不能满足车载网实时通信的需 求，而且如果当前帧间隔内节点所占有的时隙用于周期性状态信息的广播，当车辆抛锚、紧 急刹车等突发事件发生时，节点只能于下一个帧间隔通知周围邻居节点紧急状况的发生。 因此，很有必要提出一种新的接入方法来实现车辆自组织网络低延时、高可靠的 广播服务。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供一种解决传统TDMA方法时隙浪费的问题，充分地利用网络 的时隙资源，降低接入时延的基于自适应时隙分配的车载网接入方法。 技术方案：首先给出下面几个定义： 单跳节点集（OHS，One-Hop Set):车载网中相互之间均能进行无线通信的车辆节 点组成的集合。 两跳节点集（THS，Two-Hop Set):最多通过两跳能够进行无线通信的车辆节点组 成的集合。一个车辆节点可以属于两个不同的两跳节点集。 主时隙与主时隙号：一个帧间隔内车辆节点占有的时隙中时隙号最小的时隙是该 节点的主时隙，这个时隙号称为该节点的主时隙号。主时隙用于时隙分配过程的车辆节点 间的信息交互以及节点位置、速度、方向等安全信息的广播。车辆节点邻居节点的节点号和 其占用的时隙信息存放于主时隙广播数据包的包头。在每一个帧间隔内，车辆节点在主时 隙广播其最新的本地消息。 备用时隙与备用时隙号：一个帧间隔内车辆节点除主时隙外占有的时隙称为该节 点的备用时隙，这些时隙的序号称为该节点的备用时隙号。备用时隙可以用于车辆节点间 的协作数据传输、主时隙的广播重传或者突发事件的紧急广播。 标记时隙：车辆节点在接入过程中随机选择的一个帧时隙，如果接入过程成功，该 时隙将被该车辆节点占有。 用户数指示变量Iu:车辆节点在其MAC层维护的变量，用于指示一个帧间隔内该 节点接收到的广播用户数。该变量在每一个帧时隙均进行更新。 时隙数指示变量Is:车辆节点在其MAC层维护的变量，用于指示当前时间点被车 辆节点占用的总时隙数。该变量在每一个帧时隙通过解析收到的广播数据包包头进行更 新。 本专利技术的基于自适应时隙分配的车载网接入方法中，车辆节点的时隙分配过程根 据网络的整体状况自适应地调整，当网络中用户数较低的时候，车辆节点尝试占有更多的 帧时隙，当网络中时隙资源紧缺时，车辆节点调度时隙释放过程释放部分备用时隙供新加 入的车辆节点使用。 本专利技术的基于自适应时隙分配的车载网接入方法，包括以下步骤： 步骤1)车辆节点首先判断接入指示变量C是否为1，如果为1，则直接进入步骤 2)，否则，车辆节点判断当前帧时隙是否为标记时隙： 如果为标记时隙，则将接入指示变量C设为1，然后该车辆节点通过以标记时隙为 首尾时间点的一个帧间隔内收到的所有邻居节点的时隙信息判定上次接入过程的成功与 否，如果成功，则更新本节点占有的主时隙和备用时隙信息； 如果当前时隙不是标记时隙，则结束本时隙的接入； 步骤2)进入时隙接入释放过程的车辆节点在当前帧时隙更新本地存储的车辆节 点所处的两跳节点集节点数1"和时隙数指示变量I s，如果所有时隙已经被完全分配，即更 新后的时隙数指示变量Is等于一个帧间隔的总时隙数，则结束本时隙的的接入；否则，进入 步骤3); 步骤3)如果该车辆节点不是第一次尝试接入信道，即该车辆节点已占有时隙，则 进入步骤4);反之，如果该车辆节点为第一次尝试接入信道，即该车辆节点没有占有任何 时隙，则随机选择一个未分配的时隙进行接入，更新标记时隙的值，同时将接入指示变量C 设为0后结束本时隙的的接入； 步骤4)如果该车辆节点的时隙数指示变量Is小于或等于网络的最小期望占有时 隙数，则该车辆节点根据接收到的广播数据包随机选择一个未分配的时隙进行接入，更新 标记时隙的值，同时将接入指示变量C设为0后结束本时隙的接入；否则进入步骤5);所述 最小期望时隙数是指单用户平均期望时隙数a与该车辆节点所处的两跳节点集节点数I" 的乘积； 步骤5)如果该车辆节点时隙数指示变量Is大于网络的最大期望占有时隙数，则 节点结束本时隙的接入，进入时隙释放过程，否则节点无需执行时隙释放过程，直接结束本 时隙的接入，所述最大期望时隙数是指网络最大时隙占有因子b与帧时隙总数N的乘积。 本专利技术的优选方案中，步骤1)中，车辆节点判定上次接入过程成功与否的具体方 法为：如果该车辆节点在一个帧间隔内接收到的所有邻居节点时隙信息的广播数据包中均 认为该时隙属于本节点，则判定接入过程成功，否则判定接入失败。 本专利技术的优选方案中，所述步骤4)中的单用户平均期望时隙数a取值为2或者3。 本专利技术的优选方案中，所述步骤5)中时隙释放过程按如下步骤实施： (1)进入时隙释放过程的车辆节点首先判断当前占有的时隙数是否为1，如果不 为1，则该节点随机选择一个备用时隙R进行释放，否则结束时隙释放过程； (2)车辆节点重新构造广播数据包的包头，将备用时隙R从本节点占有的时隙信 息中删除，得到更新的本地时隙信息；[0030当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应时隙分配的车载网接入方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1)车辆节点首先判断接入指示变量C是否为1，如果为1，则直接进入步骤2)，否则，车辆节点判断当前帧时隙是否为标记时隙：如果为标记时隙，则将接入指示变量C设为1，然后该车辆节点通过以标记时隙为首尾时间点的一个帧间隔内收到的所有邻居节点的时隙信息判定上次接入过程的成功与否，如果成功，则更新本节点占有的主时隙和备用时隙信息；如果当前时隙不是标记时隙，则结束本时隙的接入；步骤2)进入时隙接入释放过程的车辆节点在当前帧时隙更新本地存储的车辆节点所处的两跳节点集节点数IU和时隙数指示变量IS，如果所有时隙已经被完全分配，即更新后的时隙数指示变量IS等于一个帧间隔的总时隙数，则结束本时隙的的接入；否则，进入步骤3)；步骤3)如果该车辆节点不是第一次尝试接入信道，即该车辆节点已占有时隙，则进入步骤4)；反之，如果该车辆节点为第一次尝试接入信道，即该车辆节点没有占有任何时隙，则随机选择一个未分配的时隙进行接入，更新标记时隙的值，同时将接入指示变量C设为0后结束本时隙的的接入；步骤4)如果该车辆节点的时隙数指示变量IS小于或等于网络的最小期望占有时隙数，则该车辆节点根据接收到的广播数据包随机选择一个未分配的时隙进行接入，更新标记时隙的值，同时将接入指示变量C设为0后结束本时隙的的接入；否则进入步骤5)；所述最小期望时隙数是指单用户平均期望时隙数a与该车辆节点所处的两跳节点集节点数IU的乘积；步骤5)如果该车辆节点时隙数指示变量IS大于网络的最大期望占有时隙数，则节点结束本时隙的接入，进入时隙释放过程，否则无需执行时隙释放过程，直接结束本时隙的接入，所述最大期望时隙数是指网络最大时隙占有因子b与帧时隙总数N的乘积。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈连丰，茆意伟，夏玮玮，胡静，宋铁成，
申请(专利权)人：东南大学，南京东大移动互联技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32