【摘 要】
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车载自组织网络（Vehicular Ad Hoc Network,VANET）作为智能交通系统中重要组成部分之一,可以支持行人、车辆、基础设施之间实时高效可靠的通信。VANET通过交换与安全类相关的消息告知其他车辆当前的交通状况和危险事故等信息,并为道路安全和交通管理等提供安全可靠的信息传输通信方案。媒体访问控制协议（Media Access Control,MAC）协议主要负责VANET信息传输
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车载自组织网络（Vehicular Ad Hoc Network,VANET）作为智能交通系统中重要组成部分之一,可以支持行人、车辆、基础设施之间实时高效可靠的通信。VANET通过交换与安全类相关的消息告知其他车辆当前的交通状况和危险事故等信息,并为道路安全和交通管理等提供安全可靠的信息传输通信方案。媒体访问控制协议（Media Access Control,MAC）协议主要负责VANET信息传输过程中信道资源共享和冲突（碰撞）管理,是实现高效可靠信息传输的保障。然而,由于车辆节点快速移动、网络通信拓扑结构变化频繁等特性,传统移动自组织网络中的MAC协议已无法满足信息快速、准确、安全传输需求,设计与VANET高度匹配的MAC协议迫在眉睫。为提高消息传输的高效性和可靠性,VANET现有多数MAC协议基于时分多址（Time Division Multiple Access,TDMA）机制对信道资源进行分配,其中将信道资源划分成时隙,为每个车辆节点分配一个时隙用于传输信息,从而降低节点之间的时隙碰撞。由于VANET中车辆节点的传输范围有限,不能获取通信范围以外的时隙占用情况,所以车辆在接入时隙时极易产生接入碰撞。同时,移动节点在接入信道后,由于其相对速度较大,网络拓扑结构变化频繁引发合并碰撞。值得注意的是,接入碰撞和合并碰撞的出现均会影响消息传输,特别是安全类相关消息。为了减少节点之间的时隙碰撞问题、提高通信效率,本文基于TDMA针对MAC协议进行改进,具体内容如下:（1）针对车辆随机接入空闲时隙导致的接入碰撞问题,基于TDMA设计了分布式时隙接入MAC协议。节点接入时隙前侦听一帧时间获取两跳通信范围内时隙使用信息,一帧后选择对应时隙集合中空闲时隙接入,并记录接入时隙的时间称为竞争时间戳;发生接入碰撞时,竞争节点不再同时放弃时隙重新选择空闲时隙接入,而是根据竞争时间戳大小选择其中一个节点接入时隙。仿真结果证明,所提出的分布式时隙接入MAC协议可有效提高时隙接入率,减小接入时延。（2）针对车辆移动过程中产生的合并碰撞问题,基于合并碰撞预测改进了MAC协议。根据四跳通信范围内所有节点行驶信息对占用相同时隙的节点进行合并碰撞预测;对预测到的碰撞进行处理,选择速度最大的节点继续使用时隙,其他节点重新接入时隙;发生合并碰撞节点在重新接入时隙时有较高优先级。仿真结果表明,所提出的基于合并碰撞预测的MAC协议可以有效降低碰撞数量,提高时隙效率。（3）针对非均衡交通流场景下,固定划分时隙导致时隙资源耗尽或时隙浪费问题设计了自适应时隙接入MAC协议。节点收集两跳通信范围内道路两侧节点密度,判断两个行驶方向上节点数量是否均衡。若均衡,根据行驶方向接入对应时隙集合;若不均衡,则允许节点数高的一侧节点按一定顺序接入反方向上时隙集合中的空闲时隙。实验结果证明,所提出的分布式自适应时隙接入MAC协议可有效降低车辆之间时隙碰撞问题,提高数据包接收率。
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