车载自组织网络MAC协议及性能分析研究

发布时间：2018-12-16 04:01

【摘要】：车载自组织网络是一种为车辆问通信而设计的无线自组织网络。车载自自组织网络不仅能够用于降低交通事故和交通拥堵等问题的发生,而且能够提供多种娱乐应用。由于车载自组织网络广泛的应用前景,近年来引起了世界各国工业界和学术界的高度关注,目前已成为通信网络领域的一个研究热点。本论文研究车载自组织网络的媒介接入控制(Medium Access Control, MAC)层协议,重点研究MAC层协议的性能分析,论文的主要工作和创新之处包括以下四个方面：首先,论文研究了车载自组织网络标准IEEE 802.11p的增强分布式信道接入(Enhanced Distributed Channel Access, EDCA)机制,并建立性能模型分析IEEE 802.11p EDCA机制的接入性能。在建立性能模型时,首先采用一个2维马尔科夫模型对一个接入类型(Access Category, AC)队列的退避过程进行描述,并建立该AC队列发送概率和碰撞概率之间的关系。然后,采用一个1维的马尔科夫模型对一个AC队列的竞争时期进行描述,并建立该AC队列发送概率和竞争概率之间的另一个关系。与大多数相关文献中所建立模型不同的是,该模型采用无限状态的1维马尔科夫模型对一个AC队列的在饱和状态和非饱和状态下的竞争时期进行建模。这两个马尔科夫模型考虑了能够影响IEEE 802.11p EDCA机制接入性能的主要影响因素,包括饱和状况、标准参数、退避冻结以及内部碰撞。基于这两个马尔科夫模型,论文进一步推导出一个AC队列的参数和该AC队列接入性能(包括发送概率、碰撞概率、归一化吞吐量以及平均接入延迟)之间的关系,并通过仿真结果验证性能模型的有效性和准确性。然后,论文研究了车载自组织网络中的公平接入问题,分析了非饱和状态下基于IEEE 802.11分布式协作功能(Distributed Coordination Function, DCF)机制的公平信道接入协议接入性能。在建立性能模型时,首先推导出非饱和状态下一个车辆的发送概率和最小竞争窗口之间的关系以及一个车辆的速度和最小竞争窗口之间的关系。基于该性能模型,在给定速度的情况下,车辆能够确定最小竞争窗口实现不同车辆之间的公平接入。在此基础上,进一步分析非饱和状态下公平信道接入协议的吞吐量性能,并通过仿真结果验证性能模型的有效性和准确性。之后,论文研究了一个基于时分多址(Time Division Multiple Access, TDMA)的经典MAC协议—ADHOC MAC协议,并建立性能模型对ADHOCMAC协议的接入性能进行了分析。在建立性能模型时,首先采用一个马尔科夫模型描述使用ADHOC MAC协议时在一帧结束时已经成功接入一个时隙的车辆的数目。基于该马尔科夫模型,推导出使用ADHOC MAC协议时帧长和信道利用率之间的关系。基于推导出的这一关系,可以计算出最大化信道利用率的帧长。最后,论文针对车载自组织网络中车辆数目变化频繁这一特征,提出了一种基于动态帧长分配的广播MAC协议。采用该协议,当网络中车辆数目增加的时候,帧长会自适应增加。当网络中车辆数目减少的时候,帧长会自适应减少。仿真结果表明,与VeMAC协议相比,基于动态帧长分配的广播MAC协议能使网络中车辆的未接入时隙次数始终为零,并且在初始帧长大于网络中车辆数目时能够有效提升网络的信道利用率。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5

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本文编号：2381787