基于RSU协调的车联网MAC层多信道切换方案及其性能分析

摘要

车联网（Internet ofVehicles，IoV）是未来智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）的重要组成部分。车联网中传输的消息可以分为两种：与车辆安全相关的安全消息和为司乘人员提供服务的服务消息，安全消息拥有较高的优先级，而服务消息拥有较低的优先级。车载环境下的无线网络接入（Wireless Access in Vehicular Environments，WAVE）技术就是为了满足在车联网中传输不同需求类型的消息而设计的一套协议体系。IEEE 802.11p和IEEE 1609.4协议是WAVE体系媒体接入控制（Media Access Control，MAC）层的两个重要的协议。 基于IEEE 802.11 p和IEEE 1609.4协议，本论文首先提出了一种基于路边基础设施单元（Roadside Unit，RSU）协调的车联网MAC层多信道切换方案。对于安全消息的传输，为了避免多个节点同时发送安全消息产生冲突，RSU 将基于最新车辆列表确定安全消息的广播顺序。本论文设计了一种基于控制因子的时隙 ALOHA 算法来进行新车辆的认证，实现车辆列表的动态更新。对于服务消息的传输，本论文设计了一种改进的服务信道预约机制来传输服务消息。不同于现有的基于协调的多信道切换（Coordinated multichannel MAC，C-MAC）方案，预约阶段的空闲服务信道可被用来传输服务消息，提高了服务信道的利用率。理论和仿真结果表明，相比于C-MAC方案，本论文所提的多信道切换方案拥有较高的认证成功率，较高的服务信道吞吐量和较低的服务消息传输时延。 此外，本论文设计了一种基于车流量动态调整车联网MAC层多信道切换参数的优化方案。该方案可以使用 ITS 系统和车联网获得的车流量数据，对基于 RSU 协调的MAC层多信道切换方案的相关参数进行动态调整，在保证安全消息和服务消息传输性能的前提下提高多信道切换方案的适应性和灵活性，提升通信资源的使用效率。使用实际道路车流量数据进行仿真得到的验证结果表明，该优化方案可以根据实际车流量数据动态调整多信道切换的参数，在保证安全消息高可靠传输的前提下降低服务消息的传输时延。

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