車輛自組織網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議的研究.pdf

1、車輛自組織網(wǎng)絡(luò)（Vehicular Ad Hoc Network，VANET）是移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)(MobileAd Hoc Network，MANET)在道路交通中的一種應(yīng)用，VANET具有節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度快、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁、節(jié)點(diǎn)密度變化大等特點(diǎn)。本學(xué)位論文針對(duì)VANET的特點(diǎn)，以提高M(jìn)AC層接入的性能，保證車輛間通信的可靠性與實(shí)時(shí)性為目標(biāo)，重點(diǎn)研究了VANET中周期性廣播的建模與性能分析、控制信道中廣播的建模與性能分析、動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)窗口機(jī)制、

2、基于MAC層時(shí)延要求的分簇算法、基于分簇的時(shí)分多址接入方法等內(nèi)容。
　　論文的主要研究成果如下:
　　(1)VANET中周期性廣播的建模方法以及動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)窗口機(jī)制
　　為了分析VANET中周期性廣播的性能，提出一種一維Markov模型來(lái)對(duì)周期性廣播進(jìn)行建模。該模型在非飽和狀態(tài)下引入一個(gè)新的空閑狀態(tài)來(lái)代表車輛節(jié)點(diǎn)的緩存隊(duì)列中沒(méi)有消息要發(fā)送的情況，同時(shí)考慮了退避過(guò)程中退避時(shí)間計(jì)數(shù)器的暫停與恢復(fù)，使用離散時(shí)間D/M/I隊(duì)列來(lái)建

3、模每個(gè)節(jié)點(diǎn)的緩存隊(duì)列。通過(guò)對(duì)所提模型的理論分析，發(fā)現(xiàn)VANET中周期性廣播的性能在車輛密度增加時(shí)變差，因而提出一種根據(jù)車輛節(jié)點(diǎn)密度的變化來(lái)實(shí)施動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)窗口的機(jī)制。對(duì)所提模型和機(jī)制進(jìn)行理論分析和仿真，結(jié)果表明在周期性廣播中，本文提出的動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)窗口DCW機(jī)制的碰撞概率小于IEEE802.11p中固定競(jìng)爭(zhēng)窗口的碰撞概率，同時(shí)也驗(yàn)證了所提Markov模型的準(zhǔn)確性。
　　(2)VANET中控制信道廣播優(yōu)先級(jí)接入的建模方法
　　針對(duì)IE

4、EE802.11p標(biāo)準(zhǔn)中EDCA機(jī)制以及不同優(yōu)先級(jí)消息接入控制信道的特點(diǎn)，提出使用離散時(shí)間D/M/1和M/M/1隊(duì)列分別對(duì)周期性消息和緊急消息接入信道進(jìn)行建模的方法。該建模方法在前述一維Markov模型的基礎(chǔ)上增加消息優(yōu)先級(jí)的分析，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)的原則，在接入信道時(shí)考慮兩種優(yōu)先級(jí)消息之間的相互影響。分析控制信道中的消息碰撞概率、周期性消息的接入時(shí)延、緊急消息的接入時(shí)延以及動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)窗口DCW機(jī)制在控制信道中的性能，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果

5、表明，在同時(shí)考慮周期性消息和緊急消息接入的情況下DCW機(jī)制仍能有效降低其碰撞概率，同樣適用于控制信道中不同優(yōu)先級(jí)消息并存的情況。
　　(3)VANET中基于MAC層時(shí)延要求的分簇算法
　　針對(duì)VANET中MAC層協(xié)議在車輛密集情況下性能變差的問(wèn)題，提出一種基于MAC層時(shí)延要求的自適應(yīng)分簇算法MDBA。該算法在MAC層消息傳輸?shù)臅r(shí)延要求限制下，在簇頭選舉時(shí)綜合考慮車速、加速度、位置和目的地這四種因素，并能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓赃m

6、應(yīng)地進(jìn)行簇維護(hù)。使用交通流仿真軟件VISSIM對(duì)MDBA分簇算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明，隨著車流量的增加簇頭CH平均生存時(shí)間和簇成員CM平均生存時(shí)間均有所下降，與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中的傳統(tǒng)分簇算法相比，MDBA分簇算法的性能更優(yōu)，更加適用于車輛自組織網(wǎng)絡(luò)。
　　(4)VANET中基于分簇的時(shí)分多址接入方法
　　針對(duì)VANET時(shí)分多址接入機(jī)制在車輛密集場(chǎng)景下時(shí)隙不夠分配的問(wèn)題，提出一種基于分簇的時(shí)分多址接入方法。該