车载自组织网络(VANET)是车联网理想的通信与组网技术,能够实现丰富多样的安全应用与非安全应用。作为VANET的关键技术,媒体接入控制(MAC)协议直接决定了无线网络的信道利用率、延时、使用公平性等性能,一直是VANET研究的热点。然而,VANET具有网络密度大、节点高速移动等特点,为MAC协议的设计带来诸多挑战。IEEE 802.11p是目前车载网络广泛采用的MAC协议之一,在网络负载较高时,接入延时和吞吐量等性能恶化严重,同时由于车速差异,易导致访问信道的不公平性。此外,其广播方式存在缺乏确认重传机制等问题,难以保证广播的可靠性和实时性。本文以提高VANET接入的吞吐量、公平性与可靠性等为目标,对IEEE 802.11p MAC协议进行研究和优化,主要工作如下:首先,详述了VANET及其MAC层相关的IEEE 802.11p/1609.4协议。概述了VANET的架构、特点、接入技术、主要应用和仿真工具。介绍了IEEE 802.11p标准的物理层和MAC层内容,指出了其单播机退避算法存在的问题和常用改进策略。描述了IEEE 1609.4的多信道协调机制,说明了控制信道上IEEE 802.11p广播方式及其存在的缺陷。其次,提出了基于移动性的最优窗口调节退避算法(MBAOW)。车辆节点能够根据自身速度以及从路边单元获取的网络状态信息,计算出最优竞争窗口以参与信道竞争。模型分析和仿结果表明,该算法能够最大化系统吞吐量,较好地解决了因车速差异造成的信道访问不公平性问题,提高了接入可靠性。再次,提出了基于QoS保障和移动性的EDCA机制(QAM-EDCA)。针对不同优先级业务的通信,在保证两类高优先级业务实时性的前提下,通过选取最优竞争窗口,最大限度地提高两类低优先级业务的吞吐量;同时借鉴MBAOW算法的思想,考虑车辆移动性进行窗口调节,进一步确保两类低优先级业务公平地接入信道。建模分析和仿真结果验证了提出机制的优越性。最后,提出了一种面向VANET安全应用的可靠广播协议。该协议包含3种机制:一是基于地理信息的异步时分复用(GLATDM),将道路划分成不同的子小区,每个子小区内的车辆采用不同的时间段发送广播包,可以有效克服隐藏终端问题;二是信道状态信息反馈(CSFB),通过后广播的节点夹带先前广播节点发送数据包是否成功的状态信息,从而使协议具备了确认和重传机制,提高了广播的可靠性。三是自适应动态竞争窗口调节(ADCW),根据子小区内的车辆数,动态调整竞争窗口大小,从而降低广播包的碰撞概率,减少广播完成时间。建立了分析模型。仿真结果表明提出的协议能够有效弥补IEEE 802.11p广播方式的不足。