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专利号: 2019100679405
申请人: 辽宁大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-08-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.车载自组织网络中基于分簇的多优先级MAC协议制定方法,其特征在于:其步骤为:

1)、工作部署:

1.1)节点:网络中的节点完成分簇过程后,由簇头结点,簇成员节点以及其他孤儿节点组成,每个簇头节点代表簇内活动节点预约服务信道,通过存储的簇成员信息表、簇活动成员预约表及信道可用表完成对服务信道的无竞争访问;

1.2)时间异步:不进行服务信息收发的节点,继续监听控制信道;进行服务信息收发的节点按照所提出的预约信道方法对服务信道进行无竞争的访问;当节点预约信道完成时,转到已预约的信道上,进行有关服务信息的传输;服务信息全部传输完成后,节点转到控制信道继续监听;

1.3)多优先级访问信道机制:将在控制信道上传递的信息分为三种类型:紧急事件驱动型信息,一般信标信息和非紧急控制信息,优先级依次降低;通过该机制,将控制周期分为以下三个阶段:紧急阶段,周期阶段,服务阶段;

2)初始时刻:网络中的节点如有紧急的安全消息将会在控制信道上广播,所有紧急的安全消息广播结束后,进入到周期阶段;

3)周期阶段:节点广播其扩展的信标帧,路侧单元RSU协助网络中的节点完成簇头选举过程;

4)簇头选举完成后,簇头将在其传输范围内广播簇头消息完成节点入簇过程;此时如有新节点进入网络,则执行步骤5);否则执行步骤6);

5)新节点入网后,将会监听信道是否收到簇头信息,如是,加入到该簇;否则,进行新节点入簇过程;

6)同步周期进入到服务阶段:WAVE服务提供商向网络中所有节点广播其分组;

7)对该服务该兴趣的节点会预约服务信道,按照所排顺序成功预约后,相应的节点立即切换到已预约的服务信道进行服务消息的传输;若节点没有服务信息进行传输,继续监听控制信道CCH。

2.根据权利要求1所述的车载自组织网络中基于分簇的多优先级MAC协议制定方法,其特征在于:所述的步骤1)中,所述的簇成员信息表中包括簇成员ID,可用信道编号,簇头系数,实际位移及其它如加速度、速度和方向等基本信息;

所述的簇活动成员预约表中包括活动成员ID,预约信道编号,预约信道时隙及传输数据开始时间;

所述的信道可用表中包括可用信道编号及信道可用时隙。

3.根据权利要求1所述的车载自组织网络中基于分簇的多优先级MAC协议制定方法,其特征在于:所述的1.3)多优先级访问信道机制具体如下:网络中的节点均采用IEEE 802.11e增强型分布式协调接入机制;在该机制中,不同优先级接入类型使用可变的仲裁帧间间隔和竞争窗口来获得不同的访问信道机会;当信道空闲时,对于竞争信道的节点,改变AIFS和竞争窗口的大小执行延时退避,仲裁帧间间隔为:其中:

ACi为第i种优先级接入类型;

AIFSN为仲裁帧间间隔数;

SlotTime为一个时隙的长度;

SIFS为常量短帧帧间间隔;

设置AC1,AC2,AC3的AIFSN值分别为2,2,3;竞争窗口分别为7,15,15;相较于AC2和AC3的分组,AC1的分组具有较小的AIFS和CW值,其在传输前将获得较高的传输概率和较少的退避时间;

根据多优先级访问机制,控制周期包括以下三个阶段:紧急阶段,用来传输紧急的安全信息;周期阶段,用来广播扩展的Beacon;服务阶段,用来传输新增节点的扩展Beacon和WSA服务、发送请求帧以及确认帧。

4.根据权利要求1所述的车载自组织网络中基于分簇的多优先级MAC协议制定方法,其特征在于:所述的步骤3)中,簇头选举参数的计算:

3.1)簇头系数的提出及其量化标准:

3.1.1)簇头系数的提出:

提出簇头选择参数:簇头系数CCP,并将此参数写入信标帧中;在周期阶段,每个节点在信标帧中扩展以下三个部分来完成簇头的选举过程:(1)自身ID;(2)所属簇簇头ID;(3)簇头参数;

3.1.2)簇头系数的量化标准

(1)位置信息:网络中每辆车计算其最佳簇头位置及距最佳簇头的距离,第i个节点以自身的位置为原点,自身的行驶方向为x轴正半轴建立直角坐标系;假设第i个节点的传输范围内有ni个邻居节点,每个邻居节点的位置通过坐标表示出来;最佳簇头的坐标和第i个节点到最佳簇头的距离的计算方法,如下:其中:xOC为最佳簇头的横坐标;

yOC为最佳簇头的纵坐标;

xk为k个节点的横坐标;

yk为第k个节点的纵坐标;

ni为第i个节点传输范围内的邻居节点数量;

di为第i个节点到最佳簇头的距离;

(2)速度信息:网络中车辆计算其平均相对速度,第i个节点的传输范围内有ni个邻居节点,其邻居节点的速度为 那么平均相对速度和最大相对速度,如下式计算:其中: 为第i个节点的平均相对速度;

vi为第i个节点的速度;

vk为第i个节点传输范围内第k个节点的速度;

ni为第i个节点传输范围内的邻居节点数量;

vmax为第i个节点的最大相对速度;

(3)行驶方向信息:每辆车计算其传输范围内与之同向的车辆个数,第i个节点的传输范围内有ni个邻居节点,速度同2),那么其同向车个数可通过下面的公式求得:其中:Nsd为第i个节点传输范围内行驶方向相同的节点数量;

ni为第i个节点传输范围内邻居节点数量;

vi为第i个节点的速度;

为第i个节点传输范围内邻居节点的速度;

(4)簇头系数的计算方法:为在未来时刻使簇头和簇内成员仍处于彼此通信范围内,避免频繁变换簇结构,此刻应选择簇头系数较大的节点,簇头系数越大代表其成为簇头的可能性越大;公式如下:其中:α,β,λ为感知位置量化标准的三个权值,且设置α=0.4,β=λ=0.3;

Ps为位置量化标准;Po为速度量化标准;Pc为方向量化标准;

R为节点的传输半径;

di为第i个节点到最佳簇头的距离;

vi为第i个节点的速度;

vk为第i个节点传输范围内第k个邻居节点的速度;

vmax为第i个节点传输范围内最大的相对速度;

ni为第i个节点传输范围内邻居节点的数量。

5.根据权利要求1所述的车载自组织网络中基于分簇的多优先级MAC协议制定方法,其特征在于:所述的步骤5)新节点入簇的过程,具体步骤如:

5.1)新节点进入该网络时,将会发送请求CFR;

5.2)在设定时间内,节点是否收到CFA;若收到,节点立即在CCH上广播其信标信息,CH监听到其信标信息会自动更新簇成员信息表,节点成为该簇的成员,新节点成功加入簇;如该节点的CCP符合簇头选举标准,节点将会被选举为新的簇头;如果节点收到不止一个CFA包,选择簇头ID号较小的簇加入,否则,执行步骤5.3);

5.3)新节点将暂时成为一个孤儿节点,不属于任何簇也不属于此网络;判断节点是否收到CFR,若收到,该节点将会与发送CFR的源节点组成一个新簇,簇头可随机选取;否则,转回步骤5.1)。

6.根据权利要求1所述的车载自组织网络中基于分簇的多优先级MAC协议制定方法,其特征在于:步骤7)服务信道的预约与选择过程,如下:

7.1)活动节点的预约:其它节点监听到该WSA分组,若对该服务感兴趣,就会向CH发送一个预约声明,表明自己有信息要在服务信道SCH上传输,执行步骤7.2);否则,节点将会继续监听CCH。

7.2)CH完善簇活动成员预约表:CH将会收集簇内所有活动节点声明,首先为活动节点分配可用信道:对照簇成员信息表中活动节点传输所用信道编号与WSA分组的信道编号,取其编号相同的信道来完成预约过程;如有多个,可随机选取一个;CH就会为该节点预约此信道进行服务消息的传输;之后CH将为活动节点分配可用时隙:基于CUL的信道可用时隙,按照所排顺序为节点预约信道。在预约信息写入ARL之前,CH会检查预约信道号是否与预约表中已有预约信道号有冲突。如有冲突,就会在其开始传输时间上加一个等待时隙,等待时隙为信道释放时间加上保护间隔。

7.3)CH向服务提供商发送RTS:簇内所有活动节点的预约信息全部写入ARL后,CH将从[0,We]中随机选择一个时隙向服务提供商发送包括活动成员预约表及服务提供商ID的RTS并在簇内广播ARL;其它CH监听到RTS根据帧内信息更新自己的CUL;其中We为安全消息的竞争窗口。

7.4)服务提供商向CH回复CTS;帧中包括自身ID和簇头ID;若CTS成功接收,表明信道预留成功;相应节点立即切换到已预约SCH进行服务信息的传输,传输完成后,立即释放信道,继续监听控制信道。

7.根据权利要求1所述的车载自组织网络中基于分簇的多优先级MAC协议制定方法,其特征在于:所述的步骤7)中所述信道内活动节点的排序具体如下:将簇头指定为参照物,簇头前方节点到簇头的距离为正,反之为负;与簇头同向的方向系数为1,反之为-1;

定义a_dis为实际位移,其意义为簇成员离开本簇的可能性,由下式计算:a_dis=μ·s

其中μ表方向系数,s代表簇头到簇成员真正距离。a_dis值越大的节点离开簇的可能性越大,因此要先为a_dis值大的节点预约信道,当a_dis值相同时将会看μ的取值,将μ值为负的节点顺序排到前面。