车载自组织网络下的介质访问控制协议研究

摘要

车载自组织网络（Vehicular Ad-hoc Network, VANET）作为智慧交通系统的重要组成部分，能够为用户带来安全舒适的行车体验。而VANET的网络性能取决于介质访问控制（Medium Access Control, MAC）协议。由于VANET网络具有车辆移动速度快、网络拓扑快速变化等特点，使得原有的IEEE802.11p协议中基于载波侦听多路访问/冲突避免的MAC协议无法满足安全应用的要求。因此，如何针对VANET的特点来改进现有的MAC协议，使其满足安全应用对广播消息的平均到达时延和接收率的要求是十分必要的。本文针对以上问题进行深入探究，主要工作如下：
　　首先，建立车载自组织网络中具有优先级的安全消息传输性能分析模型，通过该模型分析出状态消息存在的情况下紧急消息的平均传输时延；仿真结果验证了该模型的正确性，该模型对选取合适的网络参数来减小紧急消息的传输时延及进一步研究VANET的其他性能具有一定的参考价值。
　　其次，针对IEEE802.11p的MAC层协议以及现有的改进协议在车辆密度较高的情况下性能较差的问题，研究了一种基于多数据速率的MAC协议（Multiple-Data-Rate MAC, MDR-MAC）。该协议通过引入多数据速率的方式减小了消息的传输时间，降低了网络拥塞；通过集中式时隙分配的方式减小了消息之间的碰撞，从而保证了信标消息的有效广播；仿真结果表明该协议在信标消息的接收率和平均到达时延方面的性能均有所提升。
　　最后，为进一步优化紧急消息传输的有效性和可靠性，本文研究了紧急消息的时隙预约机制和协作传输机制。时隙预约机制通过减小紧急消息接入信道的时延，提高了紧急消息的传输有效性；协作传输机制通过识别接收紧急消息失败的节点、选择辅助节点、重传消息这一过程提升了紧急消息的接收率，从而提高了紧急消息的传输可靠性。仿真结果表明该机制能够保证紧急消息的实时可靠传输。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要研究内容

1.4论文的主要章节安排

第二章 相关背景知识介绍

2.1车载自组织网络

2.2车载自组织网络MAC协议概述

2.3 IEEE 802.11p MAC层工作机制

2.4本章小结

第三章 VANET中紧急消息的广播性能分析

3.1系统模型

3.2仿真工具介绍

3.3模型验证

3.4本章小结

第四章 VANET中基于多数据速率的MAC协议研究

4.1基于分簇与协作的MAC协议

4.2 MDR-MAC基本思想

4.3 MDR-MAC具体流程

4.4 MDR-MAC协议仿真验证

4.5本章小结

第五章 紧急消息的传输性能优化

5.1紧急消息的传输有效性优化

5.2紧急消息的传输可靠性优化

5.3紧急消息传输性能仿真验证

5.4本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录1攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢