基于服务质量的架构式车联网媒体访问控制技术研究

车联网是由配备无线通信设备的车辆以及路边无线通信设施构成的一种特殊移动自组织网络，是智能交通系统重要组成部分。与传统的移动Ad Hoc网络比较，车联网具有网络拓扑变化频繁、网络连接不连续性、信道质量差、误码率高等特点，车联网这些特有的网络特征极大降低了无线信道资源利用率，给车联网的媒体访问控制（MAC）协议设计提出了许多挑战。该课题根据架构式车联网的通信特征、道路运行环境、以及不同业务服务质量需求(QoS)需求，针对架构式车联网中路边无线通信设施-车辆、车辆-车辆两种通信模式下的MAC协议进行深入研究，采用基于忙音（Busy Tone）的方法，建立适应不同通信方式的无线信道资源分配机制，以解决实时性、可靠性、隐藏终端、公平性等MAC层问题，提高无线信道资源利用率，改善系统性能，最终满足车联网中安全类业务和多媒体业务的QoS需求。

架构式车联网是由配备无线通信设备的车辆、路边无线通信设施、以及互联网构成的一种特殊混合式网络，是智能交通系统重要组成部分。与传统的移动Ad Hoc网络比较，架构式车联网无线通信具有网络拓扑变化频繁、网络连接不连续性、信道质量差、误码率高等特点，这些特有的网络特征极大降低了资源利用率，严重影响安全类服务和多媒体服务性能。. 该课题根据架构式车联网的通信特征、道路运行环境、以及不同业务服务质量需求(Quality of Service，QoS)需求，针对架构式车联网中路边单元（Road Side Unit, RSU）-车辆通信模式下的MAC协议展开研究。课题针对IEEE 802.11协议混合式协调控制信道访问（Hybrid Coordination function controlled Channel Access，HCCA）难以保证紧急消息实时性的缺点，采用忙音信号协调各种类型服务的信道访问，从而保证紧急消息无论在无争用周期（Contention Free Period，CFP）还是竞争周期（Contention Period，CP）快速地抢占信道资源，从而提高实时性、可靠性等性能指标。. 其次，课题考虑城市道路交通环境的复杂性，设计了车辆-车辆通信模式下紧急消息多跳广播协议UMBP。该协议采用异步竞争、忙音、迭代分割、迷你时隙等机制快速选择邻居节点，大大降低了紧急消息传输延迟和减少消息冗余。基于邻居节点的选择机制，系统设计了双向广播，多向广播、定向广播协议，快速地在每个道路分支选择一个转发节点转发紧急消息，避免紧急消息碰撞，降低信息冗余，从而提高新到资源利用率。. 最后，课题针对RSU-车辆通信模式下端到端数据传输面临网络分割问题、链路层差错问题、拥塞丢包问题、带宽利用不足问题、RSU吞吐量估计问题、网络公平性问题等相关问题，采用跨层的方法进行端到端丢包区分和传输控制，网络拥塞、网络空闲避免机制，以及流量控制和带宽分配机制研究。从而避免错误的发送速率调整降低网络吞吐量，提高 RSU处的带宽利用率，以及增加实时和非实时服务的服务质量。