一种新的车联网MAC层的媒体接入机制和信道协作方法技术

本发明专利技术涉及一种新的车联网MAC层的媒体接入机制和信道协作方法，属于车联网技术领域。该方法包括对RSU路测单元的重新定位以到达能够让网络统筹调度，合理分配资源；新的时隙区域划分，拥有更好的适应性的同时满足性能要求，即使车辆节点密度趋于饱和，也能够在一定程度上保证安全消息的传输；非及时异步的预约通信方式，更加节省信道资源，同时避免不同消息的干扰和碰撞；同时提出一种主动补偿的策略来进一步加强安全消息传输的可靠性。本发明专利技术通过控制单元将整个WBSS网络资源和信息进行统一管理，相比于传统的IEEE1609.4信道协作模式，能在很大程度上提升安全性能，避免数据碰撞的基础上，进一步利用空闲信道资源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于车联网
，涉及一种新的车联网MAC层的媒体接入机制和信道协作方法。
技术介绍
2004年，DSRC标准化工作正式转入IEEE工作组，随后IEEE在之前工作的基础上提出了一套名为WAVE/DSRC的标准，该标准的主要目的是让它可以适用于高速移动的环境，为交通管理，行车安全和娱乐等提供服务。VANET系统包含3个实体,包括路侧单元(Road-Side Units，RSU)、车载单元(On Board Unit，OBU)以及专用短距离无线通信协议(Dedicated Short Range Communication，DSRC)。因此根据直接数据交换双方的类型不同，存在4种通信方式。1)车与车之间的通信(V2V)，车与车之间通过车载单元进行通信。2)车辆与路侧单元通信(V2I)，路侧单元相当于车载自组织网络的接入点，它们被架设在道路两旁，与道路内行驶的车辆进行通信。3)路侧单元与交通管理部门通信，路侧单元将收集到的车辆信息通过接入网关传递给道路管理部门，做出一些紧急的调度。4)车内电子设备与OBU通信。上述的四种通信方式，实际一般是前两种情况较为普遍，第一种是车辆间自组网络的通信，第二种是车辆与RSU之间组网通信(这里传统的RSU工作方式其实质是充当了基站的角色)，本专利技术的重点之一是在于把RSU设定为中央主控单元,在新的模式下RSU将对车辆节点进行控制(这种控制和通信方式3中的紧急调度并不是同一个概念)，而不仅仅限于充当一个基站的角色。WAVE中的多信道协议IEEE1609.4是一类基于时间分割的多信道接入方式。车辆在控制信道时隙将天线统一切换到控制信道，在控制信道上广播安全服务信息和控制帧，需要通信的节点通过发送WSA帧预约数据交换的信道。IEEE1609.4基于这一类方法设计的最主要原因，就是考虑到在WAVE的实际应用，安全服务信息的传播是放在首要位置的，要想保证安全服务信息在最短的时间内通知到临近所有车辆，就必须要求车辆在某个时间切换到统一的信道上，否则，在安全服务信息广播时不处于该信道上的车辆就可能错过这条关键信息，从而引发严重的交通事故。标准的多信道协作通信方式如图1，图2所示。显然，信道协作的重点之一是需要保证安全消息的传递，网络中所有节点都需要的在一个SYNC中发布自己的安全消息，同时接收其他节点的安全消息，有时还需要进行预约通信。为了保证所有beacon的顺利收发，一般的改进都会采取将beacon广播和预约消息分区传输即把CCHI又分为两个时隙，一个只用来传输beacon，一个用来进行SCH信道的预约(他们都采用CSMA/CA的随机竞争方式)，从而达到减少干扰的目的。因此传统WAVE的MAC工作方式，虽然在很大程度上提升了车辆之间通信的性能和安全性，但是仍然会带来如下的几个方面问题：带宽浪费问题：1)车辆在CCHI的CCH信道交互时，SCH信道完全浪费，而SCHI(SCH interval)的CCH也存在一定程度上的浪费；2)车辆密度小时，早以完成CCH交互的节点，也必须持续等待SCHI的到来，而在换之前不能有其他动作。带宽裕度不足问题：车辆密度大时，不仅不能够稳定提供足够的SCH信道资源，甚至可能导致CCH信道长度不能满足节点的使用，从而造成安全消息的丢失。碰撞退避机制问题：1)WAVE采用了CSMA/CA的退避机制，是一种先监听后传输的机制，只要监听到信道忙，就会发生退避，直到计数器变为0之后继续监听，达到空闲阈值时间之后才能传输，这种方式大大增加了延迟；2)退避后的节点，可能会在计时结束后再次碰撞，从而导致碰撞双方再次退避，产生信道资源的浪费，甚至使得某个节点得不到传输机会；3)在CCH时隙的CCH信道，一般至少需要进行两种数据类型的发布和接收，安全数据和信道预约数据，这样两种类型的数据，本身就会相互干扰，车辆节点多时，预约消息甚至会占用安全消息的发布，从而引发严重的安全事故。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种新的车联网MAC层的媒体接入机制和信道协作方法，具体包括如下技术方案：一种新的车联网MAC层的媒体接入机制和信道协作方法，在本方法中，将RSU路测单元设定为网络中的主控单元，采用该主控单元来进行统一的调度安排，即把车辆自由发送消息，竞争信道资源的权利进行统一管理，最大程度的在避免消息碰撞的同尽可能利用更多的信道资源。进一步，所述信道协作的过程包括：1)按照1609.4的标准把时间划分为100ms的同步时隙，包含50ms的CCH和50ms的SCH；50ms的CCH时隙被进一步划分为控制时隙和预约时隙，这两个时隙的长度并不是固定的，而是根据网络中节点密度来统筹分配；2)RSU作为主控单元，以其为中心建立的WBSS网络，多用于设立在道路交汇处，事故频发处，以及交通拥挤路段，RSU对整个网络有唯一控制权；3)RSU对过往的车辆节点，收集它们的信息，包括车辆基本信息和车辆临时信息，来唯一确定车辆节点身份，同时邀请节点快速加入WBSS网络；4)加入网络后的车辆节点，不再采取CSMA/CA的随机信道资源竞争策略，而是长期处于监听状态；5)每个同步时隙RSU会在控制时隙依次发布控制命令给处于监听状态的车辆节点，收到控制命令的节点，才会根据指令切换信道发布安全消息，在预约时隙RSU同样会发出控制命令来控制提出非安全应用申请的节点使用SCH信道；6)RSU会整理综合所有车辆发布的安全信息，在全信道内发布，同时若出现紧急安全信息，RSU会停止当前所有控制命令的发布，同时在全信道广播该紧急消息。进一步，在本方法中，信道协作过程约束如下：1)安全消息的发布不再单一发生在CCH信道，而是通过RSU调度使节点在全信道内发布，最大程度的利用信道资源；2)同一网络中同一时刻，能够容纳多个节点发布安全消息，并且他们处在不同信道，也不会产生任何干扰；3)预约SCH信道资源的申请消息和确认消息完全独立，即非立即接入，全部由RSU统一控制，不会产生不同数据的干扰；4)传统的在CCH信道预约SCH信道的流程是即时同步通信，即发送申请后需要立即回复和确认，而且同一时间只能有一个节点预约，本方法中的预约策略是非及时异步的，即多个节点同时预约，而且申请和确认申请可以分别在合适的时间独立完成；5)依赖中央控制单元，实时监听SCH信道资源，使整个网络即使处在SCH时隙，车辆节点也能够接受命令切换到指定的信道资源；6)采取容忍补偿机制，即在容忍时隙内允许节点一定的延迟来响应控制命令，节点如果因为其他原因出现意外不能及时发布消息，则该次消息由控制单元来进行补偿，保证其他节点正常接收安全消息；7)采取非传统的优先级策略来分配SCH信道资源，正常情况下所有的SCH资源申请都能被控制单元接收，只有在SCH信道资源不够分配给提出申请的节点时，控制单元才会增加未被分配节点的优先级，同时该优先级单向只存在与控制单元一侧，而对于节点本身来说是没有优先级的策略。本专利技术的有益效果在于：1、消息的传输完全交由主控单元决策，避免车辆节点随机发送消息而产生的碰撞现象，保证了安全消息的传输。2、预约好的节点能够在CCHI就直接进入非安全应用传输，避免了CCHI和SCHI的切换碰撞。3、大量利用了CCHI中的SC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新的车联网MAC层的媒体接入机制和信道协作方法，其特征在于：在本方法中，将RSU路测单元设定为网络中的主控单元，采用该主控单元来进行统一的调度安排，即把车辆自由发送消息，竞争信道资源的权利进行统一管理，最大程度的在避免消息碰撞的同尽可能利用更多的信道资源。

【技术特征摘要】
1.一种新的车联网MAC层的媒体接入机制和信道协作方法，其特征在于：在本方法中，将RSU路测单元设定为网络中的主控单元，采用该主控单元来进行统一的调度安排，即把车辆自由发送消息，竞争信道资源的权利进行统一管理，最大程度的在避免消息碰撞的同尽可能利用更多的信道资源。2.根据权利要求1所述的一种新的车联网MAC层的媒体接入机制和信道协作方法，其特征在于：所述信道协作的过程包括：1)按照1609.4的标准把时间划分为100ms的同步时隙，包含50ms的CCH和50ms的SCH；50ms的CCH时隙被进一步划分为控制时隙和预约时隙，这两个时隙的长度并不是固定的，而是根据网络中节点密度来统筹分配；2)RSU作为主控单元，以其为中心建立的WBSS网络，多用于设立在道路交汇处，事故频发处，以及交通拥挤路段，RSU对整个网络有唯一控制权；3)RSU对过往的车辆节点，收集它们的信息，包括车辆基本信息和车辆临时信息，来唯一确定车辆节点身份，同时邀请节点快速加入WBSS网络；4)加入网络后的车辆节点，不再采取CSMA/CA的随机信道资源竞争策略，而是长期处于监听状态；5)每个同步时隙RSU会在控制时隙依次发布控制命令给处于监听状态的车辆节点，收到控制命令的节点，才会根据指令切换信道发布安全消息，在预约时隙RSU同样会发出控制命令来控制提出非安全应用申请的节点使用SCH信道；6)RSU会整理综合所有车辆发布的安全...

【专利技术属性】
技术研发人员：林峰，周显东，王洋，王茜竹，彭大芹，雒江涛，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50