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基于IEEE 802.11p的车载自组网MAC层关键技术研究

袁涛  
【摘要】:近年来,车辆数量的快速增长给城市交通带来了很多问题,这使得智能交通系统下的车载自组网(VehicularAd hoc Network, VANET)技术越来越受到人们的关注。车载自组网通过车辆之间以及车辆和路边基础设施之间的通信来传输不同类型的业务流信息,从而可以提高交通安全和效率,减轻交通拥堵、提供车载娱乐等。本文主要研究应用于VANET中的IEEE802.11p MAC协议,主要研究工作包括如下三点: 第一,通过对IEEE802.11p控制信道上的广播性能研究和仿真,发现在不同的最小竞争窗口(Minimum contention window, CWmin)值和车辆密度下,广播性能变化较大,而将CWmin设置成固定值又不符合车辆密度的动态变化,影响MAC层广播的可扩展性。然后,针对不同的车辆密度对IEEE802.11p业务信道上单播性能的影响作了研究和仿真分析,发现车辆密度的变化对网络性能有较大影响,而IEEE802.11p采用的BEB(Binary Exponential Backoff)算法不能适应车辆密度的快速变化。 第二,为了解决802.11p控制信道上广播的可扩展性问题,本文提出了一种基于邻居节点数估计的最小竞争窗口调整算法。首先,在IEEE802.11广播退避的马尔可夫模型基础上,以最小化碰撞概率为目的,通过推导CWmin和活跃节点数n之间的关系,提出了一种实时估计邻居节点数的最小竞争窗口调整算法。最后,对提出的算法和IEEE802.11p固定CWmin方法进行仿真比较,结果表明本文提出的算法在广播接收率上优于原始方法。 第三,针对IEEE802.11p采用的BEB算法不能准确反映网络状况的缺陷,本文提出了一种基于竞争节点数和车辆密度的自适应退避算法CVSBA(Contending nodes number andVehicle density based Self-adaptive Backoff Algorithm)。首先,该算法以最大化网络的吞吐量为目的,结合IEEE802.11p的传输特性参数,通过估计车载网络中的竞争节点数来实现优化的CWmin选择。其次,基于节点对周边车辆密度的动态检测,根据节点当前周边车辆密度和车辆密度阀值的关系来动态调整竞争窗口。最后,将CVSBA算法和原始的BEB算法进行仿真比较,结果表明CVSBA算法在一定程度上减少了时延,提高了网络的吞吐量,改善了IEEE802.11p协议的性能。


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