?接入方式 - 車載自組網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用情況

　　MAC層主要是完成無線資源分布式仲裁和管理的工作，其接入方式首先需要考慮的是一個(gè)公平性的問題，可以從兩個(gè)角度進(jìn)行考慮：①從節(jié)點(diǎn)的角度出發(fā)，力圖保證節(jié)點(diǎn)之間占用的信道帶寬相等。②從業(yè)務(wù)流的角度考慮，力圖保證業(yè)務(wù)流之間占用的信道帶寬相等。但是，不論從哪個(gè)角度考慮該問題，最終都?xì)w結(jié)為如何在MAC協(xié)議中確保每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的公平接入。

　　4.2.1 802.11DCF

　　目前，應(yīng)用較為廣泛的自組網(wǎng)MA C 協(xié)議是IEEE 802.11DCFt2sl協(xié)議。該協(xié)議基于CSMA/CA，節(jié)點(diǎn)首先通過競爭進(jìn)行 rS，CTS信息的交互，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信道的分配，過程如圖4 所示。

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　　802.11DCF協(xié)議在本質(zhì)上是以較小的RTS，CTS分組的交互，分配較大的無線資源，從而提高無線資源的利用率。

　　圖中發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)之前應(yīng)先發(fā)控制幀RTS;如果接收方收到RTS，在SIFS時(shí)間后用控制幀CTS對(duì)RTS進(jìn)行確認(rèn);發(fā)送方收到確認(rèn)的CTS，在等待SIFS時(shí)間后發(fā)數(shù)據(jù)包;接收方收到數(shù)據(jù)包，在等待SIFS時(shí)間后用ACK確認(rèn);發(fā)送方收到ACK后，數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢。

　　然而，802.11DCF協(xié)議是為支持分組突發(fā)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)的，它不支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。另外，802.11DCF協(xié)議采用的時(shí)間隨機(jī)退避機(jī)制不適用于同步網(wǎng)絡(luò)。

　　而車載自組網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求很高，適合采用基于預(yù)約方式的同步MAC協(xié)議，因此基于競爭方式的802.11DCF不太適合在車載自組網(wǎng)中應(yīng)用。

　　4.2.2 RR—ALOHA

　　在車間通信中要求具備較多的是廣播特性，因此對(duì)MAC層的可靠性要求非常嚴(yán)格。目前，對(duì)無連接業(yè)務(wù)的可靠性保證研究不多，針對(duì)車載自組網(wǎng)的可靠廣播研究也很少，目前提出的方法有：在廣播中增加控制幀劃分路段轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包等。為了實(shí)現(xiàn)上述的分布式接入策略，根據(jù)車載自組網(wǎng)的特點(diǎn)提出了一種新的隨機(jī)接入方式RR—ALOHA [ (reliable reservation AL OHA)，該協(xié)議在R—ALOHA基礎(chǔ)上改進(jìn)：

　?、俳鉀Q了隱藏終端和暴露終端的問題;

　?、?通過每幀周期廣播幀信息(FI，frame information)，使所有的鄰節(jié)點(diǎn)都知道每一個(gè)時(shí)隙的信道使用狀況，從而使RR—AL OHA協(xié)議能夠在車載自組網(wǎng)中正確運(yùn)行。FI是發(fā)送節(jié)點(diǎn)感知的前一幀的時(shí)隙狀態(tài)信息。RR—AL OHA 可以在不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)下使用，尤其適合采用時(shí)隙結(jié)構(gòu)的物理層。當(dāng)有節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，先偵聽一幀的時(shí)間，然后選擇一個(gè)空閑時(shí)隙發(fā)送一個(gè)分組，來預(yù)約這個(gè)時(shí)隙。如果鄰節(jié)點(diǎn)正確接收到了該分組，則在它的FI中標(biāo)示出來。當(dāng)新加入的節(jié)點(diǎn)從一幀時(shí)間內(nèi)收到的所有FI中知道鄰節(jié)點(diǎn)都正確接受到分組時(shí)，即認(rèn)為預(yù)約成功，從而將每幀的該時(shí)隙作為它的基本信道(BC，base channe1)，直到節(jié)點(diǎn)離開網(wǎng)絡(luò)，在這期間其他節(jié)點(diǎn)不能訪問該時(shí)隙。其中，BC 信道用于傳送FI、其他信令信息和承載有效載荷。在每一幀中，節(jié)點(diǎn)都必須在自己的BC中發(fā)送FI信息，并根據(jù)鄰節(jié)點(diǎn)的FI和自己的信道使用情況及時(shí)更新FI信息。當(dāng)BC信道提供的帶寬不能滿足業(yè)務(wù)的要求時(shí)，節(jié)點(diǎn)可以通過預(yù)約附加信道的方式占用其他空閑信道，以滿足業(yè)務(wù)要求。如果是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，節(jié)點(diǎn)還可以預(yù)約點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(P2P，point—to—point)信道進(jìn)行傳送，以實(shí)現(xiàn)相鄰一跳群中的時(shí)隙復(fù)用，提高信道的利用率。圖5顯示了節(jié)點(diǎn)交換FI信息的示例。

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　　4.2.3 CSM CA和RR—AL OHA 的比較

　　對(duì)于常見自組網(wǎng)一般采用兩種類型的MAC協(xié)議：一種是基于CSMMCA的異步競爭式MAC協(xié)議，另一種是基于時(shí)隙的同步預(yù)約式MAC協(xié)議。

　　不過對(duì)于車載自組網(wǎng)的特殊性，預(yù)約式的同步MAC協(xié)議效果可能更好些。表2對(duì)CSMA/CA 和RR—ALOHA 這兩種MAC協(xié)議進(jìn)行了簡單的比較。

　　這兩種MAC協(xié)議各有利弊，通過進(jìn)一步分析，似乎RR—AL OHA更適合于在車載自組網(wǎng)中使用，但是在RR—ALOHA中不能忽視的一點(diǎn)是，節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)不能超過1幀中的時(shí)隙數(shù)。

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　　4.2.4 令牌環(huán)

　　除了基于CSMA/CA和時(shí)隙類的MAC協(xié)議外，還有一些其他類型的MAC協(xié)議，如令牌環(huán)。在具備GPS系統(tǒng)的車輛問可以使用基于非競爭性的令牌環(huán)接入方式(如WTRP協(xié)議)，以提高信道利用率，避免信道沖突，更能滿足車輛間安全預(yù)警通信的時(shí)延要求。在車載自組網(wǎng)中應(yīng)用令牌環(huán)的主要思想：在廣播信道上通過令牌組成邏輯環(huán)來控制信道的接入，為表述方便，稱本車輛(對(duì)應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)中的本地節(jié)點(diǎn))為TS(this station);前一車輛(對(duì)應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)中的上一節(jié)點(diǎn))為PS(previous station);后續(xù)車輛(對(duì)應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)中的后續(xù)節(jié)點(diǎn))稱為NS(next smtion)。考慮實(shí)際車輛隊(duì)列中，設(shè)車輛A，B，C構(gòu)成隊(duì)列，隊(duì)列內(nèi)采用無線令牌環(huán)協(xié)議，三輛車組成邏輯令牌環(huán)，令牌傳遞順序?yàn)锳—B—C—A。設(shè)某一時(shí)刻B為令牌擁有者，令B為TS，相應(yīng)的A為PS，C為NS。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意如圖6所示，圖中箭頭方向表示令牌傳遞方向，當(dāng)車輛持有令牌后才能開始進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，而那些沒有持有令牌的車輛只能進(jìn)行數(shù)據(jù)的接受。當(dāng)傳送完一定的數(shù)據(jù)后，令牌擁有者把令牌傳遞給后續(xù)車輛，開始下一輛車的數(shù)據(jù)傳送。

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