基于自适应帧长的车联网MAC协议研究

作     者：杨佩芝 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐余亮

授予年度：2017年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 0838[工学-公安技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：VANET 成簇算法 自适应MAC协议 

摘      要：车辆自组织网(Vehicular Ad Hoc Network,VANET)是一种特殊的移动自组织网络(MANET:Mobile Ad hoc network),在未来智能交通系统(Intelligent Transport System,ITS)中有广泛的应用前景。在车辆自组织网中,由于节点的高速移动,频繁的网络拓扑变化,通信链路的不稳定性以及信道资源有限等限制,迫切需要研究适应信道高动态变化的信道接入机制。通过引入成簇算法有效控制网络的拓扑,并且采用网络资源的空间复用扩大网络容量,同时设计有效的MAC协议提供公平的信道接入机制。针对目前成簇算法中普遍只考虑车辆当前时刻的状态,且仅由当前时刻的状态并不能很好地反映车辆移动特性的问题,本文提出一种基于移动预测的成簇算法,基于可靠的车辆移动模型预测车辆下一时刻的位置和下一个时刻的速度,将其作为簇头的衡量因子用于衡量车辆的稳定性。稳定性越高的车辆被选作簇头进行簇内管理,以此来提高成簇的稳定性。同时,本文还引入备用簇头用于簇的维护,以此减少簇的解散,提高簇的生命周期。通过仿真验证了算法的可靠性。在基于成簇的基础上,针对802.11p中帧长固定设计带来的资源限制以及碰撞问题,本文提出基于自适应帧长的MAC协议,控制信道根据簇成员数量自适应调整帧长,有效利用信道资源。安全消息以非竞争的方式传输,簇成员的安全消息广播顺序由簇头决定以此保证安全消息的成功传输。同时帧长降低,提高安全消息包的发送速率,有效地提升了车辆的安全可靠性。服务信道则由节点竞争得到,通过合理的帧长设计使得吞吐量最大化。仿真结果表明,本文设计的协议有效地减小了系统接入时延,提高了安全消息包的投递率以及系统的吞吐量。