车载网中面向信标消息的退避算法研究

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车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Network,VANET)由移动自组织网络(Mobile Ad hoc Networks,MANET)技术发展而来,旨在通过车辆信息的交互来降低交通事故、减少交通拥堵。信标消息是车载网中最基本、最重要的消息类型,包含了车辆节点的行驶状态和通信状态等信息。由于车载自组织网络具有拓扑结构变化剧烈,车辆节点移动速度快、无线信道环境复杂等特点,难以保证高效可靠的信标消息广播,这使得车载网的整体网络性能下降。研究者针对这些特性进行了广泛且深入的研究,通过寻找信标消息广播机制的优化依据和优化方法来提高车辆节点的信标消息广播性能。本文对车载网络媒体访问控制(Media Access Control,MAC)层的退避机制进行了深入研究,详细分析了车载网络MAC层协议存在的问题。车载网的媒体访问控制层协议是基于IEEE 802.11修改而来,其问题在于车辆无法根据车辆密度动态调整退避策略,导致传输性能在高密度场景表现不佳。因此本文主要的研究工作如下:车辆密度是信标消息广播机制的优化依据之一,车载网中的车辆在获取周围的车辆密度后,能够根据车辆密度制定相应的退避机制。因此本文提出了一种车辆密度估算机制,车辆能够根据接收到的信标消息,建立和维护邻居节点信息表,并通过邻居节点表中的信息计算出车辆二跳范围内的邻居节点数。根据车辆的随机分布函数建立车辆密度估算模型,通过求取估算模型的最优解得到最佳估计密度。根据车辆密度估算机制得到的车辆密度,本文提出一种基于车辆密度的自适应退避方案。方案中提出了一种最佳初始窗口选择机制,使得车辆能通过车辆密度快速选择最佳初始窗口,以提高车辆在不同车辆密度下的通信效率。在此基础之上又设计了一种基于网络忙碌因子的退避算法,使得车辆在选择最佳初始窗口值后,能够根据网络状态进一步调整竞争窗口。仿真结果表明提出的方案在信标消息的接收率上有更优的表现,虽然其平均接入时延会有所上升,但整体时延仍小于广播周期。
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