車載自組織網絡中基于鏈路持續時間的簇mac協議實現方法
【專利摘要】本發明公開了一種車載自組織網絡中基于鏈路持續時間的簇MAC協議實現方法，屬于車載自組織網絡【技術領域】，具體包括一種基于鏈路持續時間的成簇方法，通過車輛節點的平均鏈路鏈接時間和節點連通度確定節點的優先級，優先級最大的成為簇頭節點，優先級僅次于簇頭的節點成為備用簇頭，備份簇頭在簇的更新與維護過程中有利于提高簇的穩定性和降低開銷。簇頭向鄰居節點廣播分簇控制消息，邀請鄰居節點加入以當前節點為簇頭的分簇。成簇之后，進行分層管理，把網絡分為多個簇，每個簇內節點采用CSMA/TDMA混合機制與簇頭節點進行通信，減少數據的碰撞，而簇頭節點采用CSMA/CA機制與鄰居簇頭進行通信，明顯提高了數據傳輸的可靠性，能夠有效地降低數據傳輸延遲。
【專利說明】車載自組織網絡中基于鏈路持續時間的簇MAC協議實現方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于車載自組織網絡【技術領域】，涉及一種車載自組織網絡中基于鏈路持續時間的簇MAC協議實現方法，具體來說包括了一種車載自組織網絡中的基于鏈路持續時間的成簇方法，一種車載自組織網絡中簇的更新方法和一種車載自組織網絡中基于鏈路持續時間的簇MAC協議。
【背景技術】
[0002]隨著車載自組織網絡(VANET)向高傳輸速率、高可靠性和高有效性方向發展，車輛之間的信息傳輸機制受到普遍關注和研究。但由于車輛節點移動速度較快，導致網絡拓撲經常發生變化，使得傳統的MAC協議面臨前所未有的挑戰。
[0003]成簇的網絡結構具有良好的等級差異和分工機制，利用成簇算法進行消息的傳遞，能夠產生有效的消息傳輸機制。成簇的主要目的是選取合適的簇頭，使得這個簇頭能夠維護相關的路由信息和網絡拓撲信息，能夠較大化簇的穩定性，降低由于拓撲變化帶來的影響，減少了網絡負載，便于對整個網絡的管理，適用于大規模網絡。
[0004]基于競爭的MAC協議最為主要的優點在于它能很好的適應網絡的變化，工作方式十分的靈活，節點之間不需要進行精確的同步。而它所帶來的最大的弊端在于該機制下由于沖突而造成的信息丟失是這類協議所無法完全解決的。而基于分配機制的MAC協議，通過將一個信道劃分為多個子信道，再將子信道分配節點的方式，錯開了節點間的數據傳輸，避免了沖突的發生，但是相對于基于競爭的MAC協議，此類協議對網絡變化的適應性較差。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種車載自組織網絡中基于鏈路持續時間的簇MAC協議實現方法，具體包括了一種車載自組織網絡中的基于鏈路持續時間的成簇方法、車載自組織網絡中簇的更新方法和車載自組織網絡中基于鏈路持續時間的簇MAC協議。
[0006]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0007]—種車載自組織網絡中的基于鏈路持續時間的成簇方法，包括以下步驟:步驟一:節點通過GPS及周期性的基本控制消息獲取車輛節點的位置、速度、加速度、節點類型信息；步驟二:根據獲取的節點位置、速度信息確定節點與鄰居節點間的平均鏈路持續時間；步驟三:根據節點的歷史鄰居集合和當前鄰居集合確定該節點的連通度；步驟四:根據節點間的平均鏈路持續時間和連通度的大小選取優先級最大的節點作為簇頭；步驟五:根據節點的優先級選取僅次于簇頭的節點成為備用簇頭；步驟六:簇頭向其簇內節點廣播分簇控制消息，宣告自己成為簇頭，簇內節點根據自己的位置和收到狀態消息確定自己是簇內節點，并向簇頭回復。
[0008]進一步，所述根據獲取的節點位置、速度信息確定節點與鄰居節點間的平均鏈接時間，具體為:[0009]節點i通過GPS獲取當前位置S1、速度V1、加速度Bi信息；
[0010]節點i通過周期性的基本控制消息獲取鄰居節點j的當前位置Sj、速度Vj、加速度Sj fg 息；
[0011]節點i根據下述公式計算與節點j能夠通信的位置關系:
【權利要求】
1.一種車載自組織網絡中的基于鏈路持續時間的成簇方法，其特征在于:包括以下步驟: 節點通過GPS及周期性的基本控制消息獲取車輛節點的位置、速度、加速度、節點類型信息； 根據獲取的節點位置、速度信息確定節點與鄰居節點間的平均鏈路持續時間； 根據節點的歷史鄰居集合和當前鄰居集合確定該節點的連通度； 根據節點間的平均鏈路持續時間和連通度的大小選取優先級最大的節點作為簇頭； 根據節點的優先級選取僅次于簇頭的節點成為備用簇頭； 簇頭向其簇內節點廣播分簇控制消息，宣告自己成為簇頭，簇內節點根據自己的位置和收到狀態消息確定自己是簇內節點，并向簇頭回復。
2.根據權利要求1所述的車載自組織網絡中的基于鏈路持續時間的成簇方法，其特征在于:所述根據獲取的節點位置、速度信息確定節點與鄰居節點間的平均鏈接時間，具體為: 節點i通過GPS獲取當前位置S1、速度V1、加速度ai信息； 節點i通過周期性的基本控制消息獲取鄰居節點j的當前位置Sj、速度Vj、加速度&」信息； 節點i根據下述公式計算與節點j能夠通信的位置關系:
3.根據權利要求2所述的車載自組織網絡中的基于鏈路持續時間的成簇方法，其特征在于:所述根據節點的歷史鄰居集合和當前鄰居集合確定節點的連通度具體為: 節點通過周期性地交互狀態信息，記錄h時刻鄰居節點集合Ntl (i)，和當前時刻h鄰居節點集合N1 (i)，預測鄰居節點變化頻繁程度；節點i根據下述公式計算與鄰節點間的連通度:
4.根據權利要求3所述的車載自組織網絡中的基于鏈路持續時間的成簇方法，其特征在于:所述選取平均鏈路持續時間最高的節點作為簇頭，包括: 根據節點的平均鏈路持續時間確定節點的優先級，鏈路持續時間越大，節點連通度越小，則優先級越大，將具有最高鏈路持續時間的節點作為簇頭，優先級僅次于簇頭的節點成為備用簇頭； 簇頭向其簇內節點廣播分簇控制消息，宣告自己成為簇頭，簇內節點根據自己的狀態確定自己是簇內節點還是備用簇頭，并向簇頭回復； 節點周圍沒有其他鄰居節點，則該節點形成單獨的簇，設定自己簇頭。
5.一種車載自組織網絡中簇的更新方法，其特征在于:具體包括: 簇頭節點CH、簇成 員節點CM和備用簇頭BKCH根據自身位置的變化和優先級的變化進行更新； 簇頭節點周期性的進行檢測，如果簇成員CM的平均鏈路持續時間大于自身，則該成員節點成為簇頭，并廣播分簇控制消息，原簇頭節點成為成員節點；如果簇頭節點CH的平均鏈路持續時間仍為最大，則簇頭節點只需維持自己的狀態，更新其簇成員的速度、位置等信息；如果簇頭節點沒有收到某成員節點周期性的廣播狀態信息，那么簇頭把該成員節點從它的成員表中刪除； 如果超過10%的簇成員離開簇頭的范圍，但是沒有離開備用簇頭的范圍，就把備用簇頭轉化為簇頭；如果簇頭進入到鄰居簇頭傳輸范圍的1/3，就設定備用簇頭為簇頭，若備用簇頭仍在鄰居簇頭傳輸范圍的1/3，就發送最后一個信息，宣布合并到鄰居簇，其他簇成員或者加入鄰居簇，或者回到未定狀態。
6.一種車載自組織網絡中基于鏈路持續時間的簇MAC協議，其特征在于:包括: 簇建立完成后，進入簇的穩定階段，在簇的穩定階段開始業務數據的收發；在分層網絡中，簇頭節點必須和自己簇內的普通節點保持時間上的同步，使數據有序的上傳； 簇MAC協議中簇內節點采用CSMA/TDMA混合機制和簇頭節點進行通信； 簇MAC協議中簇頭節點采用CSMA/CA機制和鄰居簇頭進行通信； 簇MAC協議中根據簇間融合機制解決兩個簇相遇時所產生的預約時隙分配沖突問題。
7.根據權利要求6所述的車載自組織網絡中基于鏈路持續時間的簇MAC協議，其特征在于:在同步時段，簇頭節點向簇內節點廣播簇頭控制消息，該消息為每個簇內節點分配與簇頭通信的具體時刻，簇內節點根據簇頭發布的控制消息，安排自己的活動，當需要自己通信就開啟通信模塊，不需求自己通信時，則關閉通信模塊進入休眠狀態。
8.根據權利要求7所述的車載自組織網絡中基于鏈路持續時間的簇MAC協議，其特征在于:簇頭向簇內成員節點廣播TDMA通信時隙表，簇成員收到廣播后，在屬于自己的時隙內競爭信道，向簇頭發送監測到的數據；簇頭負責接收簇內節點發送來的數據和對收到的簇內信息進行融合，并與相鄰簇頭進行通信；簇頭生成的時間幀，由若干個時隙和一個廣播時隙組成；在每個時間幀內，簇內成員各分到一個時隙，成員節點只有在自己的時隙內才能優先占用信道向簇頭發送數據；簇頭在廣播時隙中發布下一輪時隙的分配、新的時鐘同步信號，簇內成員節點都處于偵聽狀態，完成與簇頭的通信，并更新時隙和時鐘。
9.根據權利要求8所述的車載自組織網絡中基于鏈路持續時間的簇MAC協議，其特征在于:簇頭收到簇內節點發送的信息后，采用CSMA/CA機制實現與鄰居簇頭之間的通信； 簇頭在發送數據前，向下一跳鄰居簇頭先發送請求幀，其鄰居簇頭收到RTS后發送CTS進行應答，簇頭發送數據給鄰居簇頭，當鄰居簇頭收到數據包后，向源簇頭發送ACK幀確認數據包被正確接收；其他鄰居簇頭偵聽到RTS或CTS后等待，直到本次數據包發送結束后在競爭信道。
10.根據權利要求9所述的車載自組織網絡中基于鏈路持續時間的簇MAC協議，其特征在于:根據節點在簇中的不同位置將節點分為三種不同的角色:簇頭前節點、簇頭節點和簇頭后節點；不同位置的節點在選擇自己的預約時隙時采用不同的規則，如果節點選擇預約時隙η作為自己的基本時隙，則簇頭前節點要求η%2=0，簇頭后節點要求η%2=1 ； 兩簇相遇之后，首先相遇的兩個節點如果發現兩個簇內時隙分配有沖突的情況就在自身的FI中將相應的時隙設為空閑，通知沖突的節點申請新的時隙以解決時隙分配沖突，實現簇的融合。`
【文檔編號】H04L29/08GK103873485SQ201410133166
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月3日 優先權日:2014年4月3日
【發明者】唐倫, 郜寧, 陳前斌 申請人:重慶郵電大學