摘 要

车载自组织网络是智能交通系统的重要组成部分。车载自组织网络是一种特殊的移动自组织网络，其中的网络节点主要包括车载单元和路侧单元。由于车载自组织网络的拓扑结构复杂多变性和一些其他的特性，导致普通的移动自组织网络的MAC协议不适用于车载自组织网络，需要重新设计一种MAC来完成信道资源的合理分配。

在分析了MAC协议所面临的问题以及各种MAC协议的优劣势，并且考虑到车载自组织网络的拓扑结构的复杂性后，选择了设计一种基于TDMA的全分散式MAC协议。基于时分多址（TDMA）的MAC协议是一种很好的解决方案。将时间划分为时间帧，再将时间帧划分为时隙，车辆获取获取专门的时隙，在时隙上发送消息，这大大减少了冲突发生的概率，可以满足车载自组织网络中车辆对安全的要求。

本文先介绍了现有的一些基于TDMA的MAC协议，在道路中车辆密度均匀的情况下，这些协议通过划分时隙集能有效地实现冲突避免，保证车辆的安全。但由于道路环境的复杂性，还必须考虑道路中车辆密度不均匀的情况。由于这些协议中划分的时隙集大小是相等且固定的，在车辆密度不均匀时会大大降低了信道资源的利用率并且导致冲突发生的概率大大增加。针对这些协议的不足之处，为了在不同的交通条件中都能实现冲突避免和较高信道资源的利用率，本文提出了一种基于移动感知的TDMA的MAC协议，可以根据车道和车辆密度动态划分时隙集，协议命名为A-MoMAC。

关键词：车载自组织网络；MAC协议；TDMA；冲突避免

Abstract

Vehicular ad-hoc network is an important part of intelligent transportation system. Vehicular ad-hoc network is a special mobile ad-hoc network, in which the network nodes mainly include onboard unit and roadside unit. Due to the complex and variable topology and some other characteristics of the vehicular ad-hoc network, the MAC protocol of the general mobile ad-hoc network is not suitable for the vehicular ad-hoc network, so it is necessary to redesign a MAC protocol to complete the reasonable allocation of channel resources.

After analyzing the problems faced by MAC protocol and the advantages and disadvantages of various MAC protocols, and considering the complexity of the topological structure of the vehicular ad-hoc network, a distributed TDMA MAC protocol is selected. The TDMA MAC protocol is a good solution. Time is divided into time frames, and then time frames are divided into time slots. The vehicle obtains special time slots and sends messages in the time slots, which greatly reduces the probability of collision, and can meet the vehicle safety requirements in the vehicular ad-hoc network.

This paper first introduces some existing TDMA MAC protocols. Under the condition of uniform vehicle density in the road, these protocols can effectively avoid collision and ensure the safety of vehicles by dividing the time slot set. However, due to the complexity of the road environment, it is necessary to consider the uneven density of vehicles in the road. Due to the equal and fixed size of the timeslot set in these protocols, the utilization of channel resources will be greatly reduced and the probability of collision will be greatly increased when the vehicle density is uneven. Aiming at the shortcomings of these protocols, in order to avoid collision and improve the utilization of channel resources in different traffic conditions, this paper proposes a TDMA MAC protocol, which can dynamically divide time slot sets according to lane and vehicle density, named A-MoMAC.

Keywords:vehicular ad-hoc network；MAC protocol；TDMA；collision avoidance

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 论文的主要工作与章节安排 3

第2章 车载自组织网络及其基于TDMA的MAC协议概述 5

2.1 车载自组织网络概述 5

2.2 MAC协议面临的问题 6

2.3 基于TDMA的MAC协议 7

2.4 本章小结 8

第3章 基于车道和车辆密度动态划分时隙集的TDMA协议 10

3.1 引言 10

3.2 基于车道和车辆密度动态划分时隙集的TDMA协议 12

3.2.1 网络模型 12

3.2.2 时隙集的划分 12

3.2.3 时隙预约过程 13

3.2.4 基于车辆密度动态划分时隙集的过程 14

3.3 仿真实验与结果分析 15

3.3.1 车辆密度均匀 15

3.3.2 车辆密度不均匀 16

3.4 本章小结 17

第4章 总结与展望 19

参考文献 20

致 谢 21

第1章 绪论

本章首先介绍论文的研究背景和意义，然后总结了国外和国内车载自组织网络的研究现状，最后介绍论文所做的一些工作以及论文的结构。

1.1 研究背景与意义

从十九世纪八十年代第一辆汽车诞生至今，这100多年来汽车工业飞速发展，汽车制造技术不断成长越来越完善。同时伴随着我国城镇化和人民经济水平的提高，汽车这一代步工具已经广泛的普及开来，为人们的出行提供了巨大的帮助。但随着汽车数量快速增长的同时，也带来了许许多多的交通问题，交通堵塞和交通事故就是其中最为主要的问题，这给现代化的城市管理和人们的生命财产安全带来了巨大的影响，阻碍了社会经济的发展。因此，减少交通堵塞，降低交通事故，提高交通效率，已经成为政府部门、工商企业和学术界共同关心的问题和努力突破的方向。

面对上述存在的问题，在车辆数量较少的发展阶段，可以通过不停的新建大量的交通道路设施和制定完善的法律法规来缓解，但是这无法从根本上来解决这些问题。比如在车辆的数量增长到非常庞大时，这些方法已经很难解决这些问题了。与此同时，上个世纪末的互联网技术的出现大大的促进了第三次科技革命发展的速度，其中计算机技术、传感器、通信技术等信息科技飞速发展，这为物联网的发展奠定了坚实的基础。现如今，我们的手机、电脑、家用电器、可穿戴电子产品已经能够很好的互联在一起融入到我们的日常生活中的方方面面。毋庸置疑的，与我们平时生活出行密不可分的汽车也会在未来通过网络与我们的生活连接的更加紧密。