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协调多通道协议车辆自组织网络
Yunmin Kim, Mingyu Lee, and Tae-Jin Lee, Member, IEEE
1、引言
最近在车辆环境中的无线通信对司机的安全感兴趣，娱乐和便利。车辆自组织网络（VANET）是ad-hoc网络连接工具。路边单元（RSU）和车载单元（OBU）的组成VANET的。一个基础设施，包括受限制股份单位，授予互联网接入，并提供有用的道路车辆信息，这是市场的主要动力。OBU安装在车辆作为一个装置移动节点。车辆到基础设施（V2I）通信是一种形式的RSU和OBU之间的通信。通信在OBU是归类为车辆（V2V）通信。
在车辆环境中的无线接入（波）是一个对VANET协议。波由IEEE 802.11p和IEEE 1609系列。IEEE 802.11p是基于IEEE802.11a PHY / MAC标准和改良的高速车辆运动。IEEE 1609系列包括IEEE 1609.1，IEEE 1609.2，IEEE 1609.3和IEEE 1609.4。波的定义七渠道：一个控制信道（CCH）和六个服务信道（SCH）。多通道操作IEEE 1609.4提供的同步间隔每个同步间隔长度为100ms，进一步分为CCH间隔（CCHI）和SCH间隔（精神分裂症）。在CCHI，所有车辆应调到CCH用于发送和接收安全和控制消息作为波服务公告（WSA）框架。SCH区间CCH间隔后开始。在SCH间隔，车辆可以切换到特定的地位来交换数据帧。车辆可以在分别保持在CCH和监测报告。在每个通道中的传输通过增强的分布式信道访问（EDCA）在IEEE 802.11e算法。
在传输的安全信息是道路CCHI发送消息的安全性和所需的频率是约10Hz。每辆车发出安全信息在CCHI定期。安全消息包含送车速度与位置信息。车辆节点随机选择自己的退避计数器在确定的竞争窗口中信息优先。自安全消息属于对高优先级消息类型，竞争窗口安全信息的大小通常是小的。在一个密集的网络环境下，频繁的消息冲突可能由于小的竞争窗口大小发生。因为频繁的碰撞产生的安全消息的低接收率，道路安全可能无法得到保证。
基于TDMA的安全信息传输方法。车辆交换的时隙占用信息为自己的安全消息传输获得空闲时隙。这个计划需要一个附加的信息IEEE 802.11p不兼容。长度自适应的安全消息传输的时间间隔确定。通过确定适当的时间间隔为基础在车辆的数量上，可以有效地利用时间间隔。然而，数据包冲突的安全消息可能不会在拥挤的交通中得到缓解。安全的频率改变消息传输。车辆节点发送额外的安全信息在CCH在分别增加安全信息的可靠性。事实上，在一些分别，车辆节点的可能不听安全组织在CCH。安全性的固定率不同数量的车辆可能不具有鲁棒性。
在本文中，我们提出了一个协调的多通道苹果（C-MAC）与自由竞争的广播协议安全信息。在我们的C-MAC，车辆发送通道在通道预留时隙中的预订请求动态帧时隙ALOHA（DFSA）在精神分裂症。然后，一个RSU坐标传输的顺序从预订信息中的安全消息专用间隔而不需要额外的交流信息。自从每一个车辆广播他们的信息在一个自由竞争CCHI使用过程中的安全性信息的方式，安全邮件的接收率提高。该C-MAC协议使用更少的时间播放没有竞争的安全消息并分配更多的时间利用多通道数据传输带。因此，CMAC协议提高吞吐量和延迟性能在动态交通环境中。其余的纸张是组织如下。第二节介绍有关作品与动机。第三节介绍了CMAC协议。第四节给出了数学分析吞吐量和延迟。第五节介绍模拟结果为了验证所提出的C-MAC的效果协议。最后，我们的结论在第六节。
2. 相关作品
有许多作品在传输的网络安全信息。以前的作品可以分为非基于TDMA和TDMA方案。非基于TDMA方案[ 18 ]模型的安全性信息通过限制标准对传统广播网IEEE802.11。他们提出了一个折衷的传输范围，安全消息传输速率和延迟绑定。在模型中，车辆决定安全信息延迟约束下的传输速率。在[ 19 ]中提出了自适应竞争参数选择算法提高安全报文的接收能力。车辆用平均车速估算交通密度周围车辆。然后，从车辆密度，竞争窗口的大小和通信范围是确定。在[ 20 ]，一个拥塞控制方案的安全性消息被呈现。车辆测量碰撞事件的安全消息，以反映拥塞状态一个网络。安全消息传输速率随着碰撞计数的增加而减小。由于安全消息被广播，它可能不容易测量安全信息冲突。
自适应确定的安全消息间隔根据车辆节点的数量。如果节点密度是稀疏的，小的间隔时间是协调的节点有效利用同步间隔的休息时间。这个节点广播的安全信息和两次CCHI分别增加在[ 17 ]安全消息的可靠性。一些节点可能不会收到安全信息分别如果他们切换到学校来交换数据服务。此外，在CCHI和分裂的安全信息的碰撞发生。上述研究主要集中在控制安全消息的速率或竞争参数，这可能很容易通过IEEE 802.11车载自组织网络。然而，基于竞争的机制可能会受到从一个密集的车辆的安全消息的碰撞环境。
其他类型的广播的安全消息是与预约时隙TDMA机制。自定期发送安全消息并要求可靠性，TDMA与预订也吸引。在[ 21 ]，一个高效、可靠的提出TDMA MAC。
通过分配给不同的车辆的不相交的时间槽位置和方向，碰撞问题是缓解移动车辆环境。在[ 22 ]中，作者提出了一个RSU预定的MAC协议。一个RSU的交通措施在它的覆盖区域和调整的时间时隙资源优化性能。RSU安排车辆居住在其覆盖范围，以减轻碰撞问题和确保公平。
基于表的安全消息广播提出方案。实现基于表的广播协议，时隙占用的信息交换由安全信息。节点获得信息通过监听邻居节点的消息。自时隙占用信息更新和交付的节点间的分组交换，该算法在一个分布式的方式。然而，附加信息的插槽占用是必需的。预订的主要开销TDMA方式是需要额外的信息。如何构建和维护一个额外的开销移动车辆的环境是重要的，有效的通信。
Non-TDMA的方案不可能完全缓解碰撞而保留基于TDMA方案有效地减少发送的数据包之间的碰撞。TDMA预订需要额外的处理开销不得与IEEE 802.11p相容标准。随着朋友的帮助下，性能研究通信可以进一步改善。因此，我们关注的焦点关于扩大RSU的功能协调车辆通讯。在这个意义上，我们提出的目标一个RSU辅助和IEEE 802.11p的MAC协议信道预留。
根据IEEE 1609.4，车辆可以切换到学校或在分别保持在CCH。剩余的车辆
CCH是允许发送安全消息时精神分裂而在多通道数据传输带服务。因此，我们提出了一个多通道的协议，以保护安全邮件槽在CCH在CCHI动态框架时隙ALOHA（DFSA）[ 24 ]，在多个发送服务数据在分裂的地位。车辆在CCH鉴定在分别在列出保留车辆RSU覆盖。他们参与的自动机识别通过在保留中发送安全消息处理请求时隙。后成功传输的通过综合安全信息，服务数据信道预约带传动是由多。此外，金额对业务数据传输间隔进行了优化。
- 提出方案
在本节中，我们提出我们的建议的C-MAC协议无竞争的安全消息广播和服务数据传输。我们认为智能汽车与无线沟通能力。车辆定期播放信息支持一些重要的VANET的应用如后碰撞通知和合作碰撞警告。广播消息也可用于收集车辆遥感信息的周围环境平台。车辆可以通过发送和接收数据娱乐或数据通信的互联网接入车辆之间。
在这种情况下，广播信息起着重要的维护安全或收集周边环境的作用信息。确保安全信息的可靠性为了提高数据采集速率，一个适当的协议对于广播消息是必需的。然而，传统的基于竞争的广播方案可能不是有效的在目标场景。广播不确认操作可能不支持可靠性。在这方面，援助受限制股份单位需要解决的问题。通过协调受限制股份单位还可以减轻对业务数据的传输延迟。
所提出的C-MAC CCHI由三间隔长度信息广播相（型）、安全消息相（SMP）和信道预约阶段（CRP）。在公司，一个RSU广播信息包长度（李）宣布CCHI协调和调度在SMP的插槽信息。车知道在CCHI和传输顺序的协调SMP通过接收里包。公司后，SMP开始。根据车辆广播的安全消息中包的顺序。CRP在SMP开始结束。包括在一个李包信息中的车辆主张保留数据传输带。在在CCH分别，新进入的车辆节点广播安全信息和抗衡获得的传输机会在CCHI由DFSA。
安全信息传输
图2显示了基于自动机的识别过程。我们假定进入车辆6至10个不指定
他们的传输命令在第一个数据包。所以他们有获得传递安全信息的机会。以为安全邮件传输分配机会识别过程是由图2中一个RSU进行。
图2（a）显示第一帧（1帧）在DFSA程序。一个框架由一个控制槽（政务司司长）和随后的时隙。一种新的RSU估计数进入的车辆。我们假设一个RSU知道平均道路车辆的速度和平均密度。然后，进入车辆的数量在每个同步间隔是
nnew = V D TSI ;
其中V，D，和TSI表示车辆的平均速度，平均密度的车辆，和长度的同步区间。由于帧的大小是已知的最佳的在帧中的时隙数等于竞争节点[ 27 ]，一个RSU确定初始帧尺寸为新和广播在查询包在CS。然后，相同数量的时隙分配后，政务司司长。接收查询包后，车辆选择其随机在一个帧内的时隙。车辆发送在选定的时隙中的安全消息被识别受限制股份单位。在图2（1）1（1）2碰撞发生只有一辆车被RSU识别。
RSU获得进入的车辆信息和槽的使用在帧1。RSU确定下一基于时隙使用信息的帧大小。这个竞争节点的数量可以估算的比例碰撞槽的总槽或比的空闲时隙总数。例如，在计划中在空闲时隙与总时隙数的比率竞争的车辆可以估计为在L和pidle是帧大小的RSU宣布在政务司司长插槽和空闲时隙的总数的比例在一个框架中。1帧结束后，RSU分配优化帧2帧的大小，并在该数据包中播放它。在框架2中，车辆没有成功识别帧1选择他们的插槽和广播的安全消息如在帧1。这个识别过程是重复的，直到最后分别或全部车辆被确定为在图2（c）。然后，车辆可以保留的传输顺序为安全信息。
RSU收集确定车辆信息使李包为下一个同步间隔。在分裂的两端，RSU广播里包中在新的公司宣布同步间隔每个阶段的长度信息和传输在SMP的秩序。由于公司是固定的，只有对于RSU广播，所有车辆受到里包。然后，SMP启动后公司。SMP由时隙和每个时隙分配给车辆。自李包包含传输的顺序为安全信息在SMP，接收车辆李包可以确定自己的插槽传输。SMP的长度是相等的时隙数，这与所识别车辆的数量相同RSU直到最后同步时间间隔。
所用的LI数据包具有C反应蛋白的区间信息和分裂。由于车辆在C反应蛋白和传输在SCH间隔，SCH间隔应足够长，以适应所有的保留在C-反应蛋白。如果CRP的间隔时间太短，只有几个保留做，和分裂的可能容纳全部保留。
然而，SCH间隔可能没有被充分利用。如果CRP间隔太长，不可能容纳所有的精神预订。因此，最佳的比例之间的CRP和分别是必需的。的最佳比例使
保留在CRP的数目是相同的在SCH间隔传输。详细计算最佳比例是在第四节中解释。
在车辆节点抗衡保留服务数据传输的通道，他们被确定的RSU。服务渠道是由三保留握手请求（REQ），响应（RES），和RSU协调（钢筋混凝土）包。要发送的节点数据发送一个请求数据包到目的节点。如果目的节点收到请求成功，那么它发送一个数据包。RSU听到这些包广播一个钢筋混凝土包，以宣布成功预订到所有的车辆节点内覆盖面积。所有节点维护信息每一个服务渠道的预订。竞争结发送一个请求数据包选择一个服务通道包括数据包中的信息。节点选择服务通道中的最小拥挤通道。如果所有的不选择服务通道，节点选择通道随机。本程序结束后的CRP。
在精神分裂症，以保留的渠道的服务节点切换到服务通道。因为每个节点都知道基于收到的SCH精确传输顺序在CCHI在CCH包，车辆节点发送按订单数据。在图3中，第一个数据传输从车辆4到车辆5的预订SCH 1。自从车辆5在车辆后预定4，车辆5的传输后进行车辆传动4。车辆2作预订汽车4数据传输在SCH 2预订，2车辆在SCH 2数据传输。传输后车辆2，车辆3将数据传输到RSU。分别后结束，另一个新的同步间隔开始。图3显示了一个例子，C-MAC协议。我们认为网络在图1。车辆1通过6车辆的识别和分配方案槽，使车辆广播他们的安全消息分配的时隙中的SMP。有些车辆可能不传递安全信息，因为他们离开了RSU覆盖。车辆1，它仍然被分配一个插槽的李包，不会发送安全信息。RSU通过听所有的时间槽来区分这些车辆。如果车辆1插槽闲置的反复，RSU决定车辆1已不再在其覆盖区域内不包括它在下一个数据包。
发送数据包是李公司的协调开销。然而，这一时期只需要一小部分的长度相比，硅，而可靠性和广播信息量有明显改善。用于车辆识别，RSU执行期间分别在CCH DFSA。由于服务数据传输在学院，鉴定过程不影响服务数据的性能。渠道预订CRP可能是另一部分的开销，这可以处理和最小化通过优化的相位长度RSU。
4.性能分析
广播在这一节中，我们提出的吞吐量和分析所提出的C-MAC协议延迟。我们假设一个RSU和N的争用的节点在网络中。所有节点在RSU的覆盖，这是目的节点他们。节点被假定为在饱和流量下所有节点都有数据传输的情况成功传输后的要求。传输在CCH率和SCH是不变的。RSU是假定接收来自氮节点的数据。数据传输在学校具有相同的大小，这表明数据传输占用相同的时间。的分别是
确定为单位传输时间的倍数。这个在SCH可能的数据传输的数量是有限的在SCH数据传输的最大数目。一成功的节点选择方案随机。此外，我们允许节点发送数据包，同时在不同的学院低复杂度。我们排除了在第五节的假设。在表一中的参数进行了总结。
5.结论
在本文中，我们提出了一个C-MAC协议VANET。该C-MAC协议提供了一个的基础是自由竞争的DFSA广播
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