wave網(wǎng)絡(luò)中多信道m(xù)ac協(xié)議探討

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1、WAVE網(wǎng)絡(luò)中多信道MAC協(xié)議探討　　摘要：WAVE網(wǎng)絡(luò)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。文章綜述了WAVE網(wǎng)絡(luò)的IEEE802.11p/1609協(xié)議標(biāo)準，重點分析了現(xiàn)有的多信道MAC協(xié)議中存在的問題，并在此基礎(chǔ)上提出了能夠彌補現(xiàn)有MAC協(xié)議中存在的問題的改進型多信道MAC協(xié)議，為今后完善WAVE網(wǎng)絡(luò)中多信道MAC協(xié)議提供了理論依據(jù)。　　關(guān)鍵詞：WAVE；多信道MAC協(xié)議；DCF機制；CCH時隙；SCH信道　　引言　　近年來，隨著通信技術(shù)和交通業(yè)的發(fā)展，智能交通系統(tǒng)（IntelligentTransportSystems，ITS）受到了越來越廣泛的關(guān)注。

2、ITS通過利用先進的科學(xué)技術(shù)和方法來達到提高交通運輸網(wǎng)絡(luò)的安全性和高效性的目的。WAVE網(wǎng)絡(luò)是ITS的重要組成部分。　　MAC協(xié)議是移動終端能夠公平高效地共享無線信道的重要保證，WAVE系統(tǒng)中MAC協(xié)議的標(biāo)準為IEEE802.11p和IEEE1609.4[1]。IEEE802.11p和IEEE1609系列協(xié)議標(biāo)準共同組成了WAVE體系架構(gòu)，以適應(yīng)高速環(huán)境下車輛通信的需求?！　∥恼绿接慦AVE網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的MAC協(xié)議標(biāo)準中存在的問題，提出改進型自適應(yīng)多信道MAC協(xié)議?！　?動態(tài)調(diào)整CCH時隙的多信道MAC協(xié)議　　1.1可變CCH時隙MAC協(xié)議　　IEEE1

3、609.4協(xié)議中將同步時隙定義為固定的100ms，其中包含的CCH時隙和服務(wù)信道SCH時隙分別為50ms。在網(wǎng)絡(luò)中傳輸節(jié)點很多的情況下，固定的CCH時隙不能夠滿足擁擠的車載網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中安全信息和控制信息的傳送需求。反之，在網(wǎng)絡(luò)中傳輸節(jié)點較少的情況下，CCH時隙需要傳送的信息也減少，從而導(dǎo)致CCH時隙的浪費，不能夠滿足WAVE網(wǎng)絡(luò)中拓撲結(jié)構(gòu)高動態(tài)性的要求。為此，Q.Wang等[2]提出了可變CCH時隙的MAC協(xié)議，協(xié)議框架如圖1所示?！　】勺僀CH時隙MAC協(xié)議將CCH時隙分為安全時隙和服務(wù)廣播時隙，在CCH上的節(jié)點通過預(yù)約的方式在SCH上無競爭的傳送，

4、并利用CCH時隙上節(jié)點預(yù)約服務(wù)信道所需的平均時間長度來確定CCH時隙長度，從而動態(tài)調(diào)整CCH時隙，提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。然而，節(jié)點預(yù)約SCH所需的平均時間長度僅僅是一個平均值，它與實際預(yù)約SCH的時間長度之間存在著很大的差異，無法實現(xiàn)在動態(tài)車輛環(huán)境下優(yōu)化配置CCH和SCH資源的目標(biāo)?！　?.2自適應(yīng)多信道MAC協(xié)議　　文獻[3]在上述可變CCH時隙MAC協(xié)議基礎(chǔ)上，提出了通過獲取節(jié)點在CCH上預(yù)約SCH所需時間的概率分布，從而實現(xiàn)最優(yōu)CCH時隙和SCH時隙值的動態(tài)分配的自適應(yīng)多信道MAC協(xié)議。　　自適應(yīng)多信道MAC協(xié)議基于DCF機制構(gòu)建分析模型，通過利

5、用概率生成函數(shù)的分析方法，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整CCH時隙。即網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)增加時，減少用來傳送服務(wù)數(shù)據(jù)的SCH時隙，同時增加CCH時隙來保證安全信息的傳送；服務(wù)數(shù)據(jù)包長度增大時，相應(yīng)地減少CCH時隙長度，同時增加SCH時隙長度以提高SCH的利用率。　　自適應(yīng)多信道MAC協(xié)議與可變CCH時隙MAC協(xié)議和IEEE.1609.4協(xié)議相比，獲得了更高的吞吐量。但是該協(xié)議采用的DCF機制中，所有終端和業(yè)務(wù)在競爭接入信道時都處于平等地位，沒有優(yōu)先級的區(qū)分，不能有效地減小節(jié)點接入信道的時延。　　1.3基于EDCA機制的MAC協(xié)議　　為了改善自適應(yīng)多信道MAC協(xié)

6、議中沒有優(yōu)先級區(qū)分的問題，文獻[4]提出了一種基于EDCA機制的多信道MAC協(xié)議?！　DCA機制是IEEE802.11e協(xié)議標(biāo)準規(guī)定的對原有的DCF機制的擴展機制，該機制的每種訪問類型都將傳送信息劃分為不同優(yōu)先級，保證高優(yōu)先級所需的傳送信道，并根據(jù)節(jié)點不同優(yōu)先級的數(shù)量來動態(tài)調(diào)整CCH時隙和SCH時隙長度，有效地保證了高優(yōu)先級信息的傳送效率和服務(wù)質(zhì)量，提高了SCH的利用率，并且有效地避免了節(jié)點之間的沖突，使得節(jié)點接入信道的延遲時間減小?！　?改進型多信道MAC協(xié)議　　上述的三種動態(tài)調(diào)整CCH時隙的多信道MAC協(xié)議，與IEEE802.11p和IEEE1

7、609.4協(xié)議標(biāo)準相比，都有不同程度的改進，在吞吐量和接入時延等方面都有所提高。但是三種協(xié)議里，在CCH時隙中預(yù)約成功的所有節(jié)點都要等到CCH時隙結(jié)束后才在SCH時隙中開始發(fā)送數(shù)據(jù)，使得CCH時隙對應(yīng)的這一段SCH信道始終空閑，導(dǎo)致信道的利用率偏低。為此，文章提出一種改進型多信道MAC協(xié)議。　　在改進型的多信道MAC協(xié)議中，各節(jié)點預(yù)約SCH采用DCF機制。當(dāng)節(jié)點在CCH中通過DCF機制競爭預(yù)約到SCH后，節(jié)點立即轉(zhuǎn)到SCH的空閑信道中任選一個信道進行數(shù)據(jù)傳送，數(shù)據(jù)成功傳送后，又返回到CCH參加下一次競爭；如果節(jié)點成功預(yù)約SCH之后發(fā)現(xiàn)所有SCH都被占

8、用，則該節(jié)點拋棄當(dāng)前數(shù)據(jù)包的傳送，重新返回CCH參加下一次競爭。　　改進型多信道MAC協(xié)議通過采用立即占用S