分析IEEE 802.11p和IEEE 1609.4协议中的多信道MAC协议.doc

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1、分析IEEE802.11p和IEEE1609.4协议中的多信道MAC协议“摘要：车用无线自组织网络的设计目标是提供开放的公共道路交通安全服务和提高车辆驾驶的舒适性与高效性，它使用多个信道来分别传输安全告警信息和非安全告警信息。详细分析了车用自组织网络相关协议，并提出了改进的多信道MAC协同方案。基于网络仿真软件NS2，设计了车用自组织无线网络的仿真模型，在原NS2中添加多信道支持模型和应用层模块，并对多信道和单信道及改进后的MAC协议进行仿真。结果显示，多信道对比单信道在相同的带宽下可以获得更高的吞吐量。对比原有标准，改进后的MAC协议能够获得更低的延时和报文碰撞率。”0引言车载自

2、组织网络(VehicularAd-hocNetwork，VANET)采用基于IEEE802.11协议的专用短距离通信(DedicatedShortRangeCommunications，DSRC)技术来增强道路交通系统的安全性[1]。IEEE1609.4和IEEE802.11p标准草案为VANET提供了统一的多信道访问控制框架[2]。但由于采用单一信道竞争访问方式，使其对流量敏感业务或实时的支持程度都非常有限。本文对车载环境无线接入（WAVE）系统中涉及的协议进行分析，讨论了相关的MAC协议细节，并提出了固定长度的控制信道（CCH）时隙和业务信道（SCH）时隙协调方式的改进策略。在

3、网络仿真软件NS2[3]现有的版本中通过修改源代码实现多信道仿真模块和应用层模块，并在此基础上对提出的多信道MAC协同改进机制进行仿真。多信道仿真模块的添加为以后对VANET及其他涉及多信道的网络仿真奠定了坚实的基础。1CCH和SCH协调方式的改进策略VANET被认为是今后智能交通系统的重要组成部分[4]。1999年，美国联邦通信委员会(FederalCommunicationsCommission，FCC)将5.9GHz上的75MHz带宽分配为DSRC频段，专门用于车辆间通信以及车辆到路边通信的智能交通系统(IntelligentTransportSystems，ITS)通信[4

4、]。WAVE系统就是为支持5.9GHz上的ITS而设计的。整个WAVE系统由IEEEP1609家族和IEEE802.11p协议组成，前者规定了系统的上层，后者描述了基本的MAC层和物理层协议[5]。系统的频谱划分如图1所示，其中一个信道为控制信道，在这个信道上传输安全信息和服务发布信息；其他几个信道为服务信道，可以在其上传递一些与安全无关的增值应用信息[3]。IEEE工作组在原先协议的基础上，专门为VANET设计了一套新的标准，即IEEE802.11p标准[6]。IEEE802.11p协议中引入的WBSS不同于其他IEEE802.11协议的BSS，它不需要验证和关联就可以传送数据[

5、7]，非常适合VANET这种具有快速动态变化拓扑的网络。IEEE1609.4协议作为WAVE系统的一部分，它描述了多信道无线电操作、WAVE模式、CCH和SCH、优先访问参数、信道切换和路由、服务管理和多信道操作原语设计[8]。为了协调对CCH和SCH的信道访问，IEEE1609.4采用一种基于通用协调时间（CoordinatedUniversalTime，UTC）的全局同步信道访问策略[2]，如图2所示。这种同步信道访问策略使安全无关业务和安全相关业务在不同信道、不同时间段上传输，期望所有的节点不遗漏每个安全信息帧，并且在不影响安全信息传播的条件下进行安全无关业务传输。2改进的多

6、信道MAC协同方案设计IEEE1609.4协议对于多信道协同只规定了大体的框架，即节点何时必须切换到控制信道上去收发安全信息帧和服务信息发布帧，何时可以选择切换到特定的服务信道上收发与安全信息无关的应用帧[2]。对于具体的协同机制，协议中并没有描述。在原先的协议中，由于是基于IEEE802.11协议，节点要发送数据时首先侦听信道，如果信道空闲才可以发送。这种基于竞争的信道访问机制加大了数据包的碰撞几率，加重了VANET的网络负担。本文提出的改进机制是基于无竞争的，以期降低网络中的数据包碰撞率，并提升网络性能。在本文改进的MAC协议中，节点在控制信道上依然传输安全信息帧和服务信息发布

7、帧，但需要统计一些额外的信息。本文改进的MAC协议如图3所示，节点在控制信道上依然传输安全信息帧和服务信息发布帧，但需要统计一些额外的信息。节点在控制信道上的工作过程如下：(1)CCH时隙开始时，网络中的所有服务提供节点广播发送WSA帧，帧中包含一个字段表明本节点将在下一个服务周期的某个信道上发布服务。(2)所有节点侦听网络中发布的WSA帧，从中提取服务提供者和将要使用的信道号并保存。(3)所有节点根据自身情况广播发送安全信息，如刹车、告警信息等。(4)根据此次CCH