[发明专利]一种高动态无线车载网络中基于TDMA协议的移动预测方法

说明书

本发明公开了一种高动态无线车载网络中基于TDMA协议的移动预测方法，在车辆节点转发数据时，依据车辆运动方向、速度、地理位置信息，预测车辆节点一帧后的网络拓扑，自适应地选择更优的转发节点。本发明可以最小化参与转发节点数，减少转发次数，避免过高的数据传播延时，从而提高数据传输的整体性能。

技术领域

本发明涉及高动态无线车载网络中基于TDMA协议的移动预测方法。

背景技术

车载无线网络是传统的移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network，MANET)在交通道路上的应用，构成网络的节点是在道路上行驶的汽车。由于汽车节点具有高速移动而轨迹规则的特点，车载无线网络的拓扑结构变化频繁，但又具有可预测性。在车载无线网络中，紧急避险系统等应用对网络服务时延和可靠性要求十分严格，要求消息能快速、高效地实现多跳广播。目前，在车载无线网络的高移动环境下，很多文献在接入控制层对设计低延时、高可靠性的快速消息传播机制进行了深入研究。

TDMA协议是把时间分割成周期性的帧，进而将帧再分割成若干个时隙并分配给每个节点。与采用随机信道接入的IEEE 802.11p协议相比，TDMA协议通过时隙预约机制，不但能避免信道的冲突，提高了传输的可靠性；而且能保证严格的传输延时上限，减少了端到端传输跳数和传输延时。

ADHOC MAC协议是一种基于TDMA的车载无线自组网协议，采用了TDMA方式划分无线信道，以及RR-ALOHA信道访问机制。其中，节点在帧信息FI中记录自己所观察到的邻居节点占用时隙的情况，并在所占用的时隙中周期性广播FI信息。周期性广播的FI帧信息使得每个节点能够了解两跳之内的时隙占用情况，从而使得一跳和两跳节点之间都不会发生冲突。ADHOC MAC协议的问题在于采用随机的方法来选择转发节点，无法依据实时的网络拓扑结构来优化传输路由，可能不必要的增加转发跳数，造成较大的传输延时。

VeMAC是一种基于TDMA的多信道车载无线网MAC协议。其中，每个车辆节点监听控制信道获取邻居节点信息，并根据邻居节点信息选择距离当前转发节点最远的节点作为转发节点。该转发节点在一帧时间后，通过业务信道来转发数据。VeMAC利用了多信道来协调发送时序，避免了信道的冲突，但同时需要硬件设备的支持，造成了较大的部署开销。

发明内容

为了解决上述车载无线网转发协议选取转发节点时未考虑拓扑结构变化导致的传输延时和传输跳数过高等问题，本发明提供了一种高动态无线车载网络中基于TDMA的移动预测方法。

本发明的技术方案包括以下步骤：

将高动态无线车载网络的信道划分时帧，该时帧包括控制帧和和业务帧，再分别将控制帧和业务帧划分成若干个子时隙，将每辆车定义为一个节点，每个节点的处理流程如下：

步骤一：节点初始化；

步骤二：节点持续监听信道至一个完整帧结束后选择空的控制时隙作为其预约控制时隙i，选择空的业务时隙作为其预约业务时隙j；

步骤三：判断节点的当前时隙类型，如果是控制时隙则转入步骤四；如果是业务时隙则转入步骤五；

步骤四；如果当前时隙是预约控制时隙i，根据所有节点的当前经度坐标x、纬度坐标y、移动速度v和移动方向预测一帧后各节点与当前转发节点标志位F为1的节点的距离d_SR，并将d_sr更新到节点集合Node中；同时，将节点的编号id、经度坐标x、纬度坐标y、移动速度v、移动方向所在路段编号road、预约的控制时隙i和预约的业务时隙编号j写入控制包，并在发送该控制包后，进入下一时隙，转入步骤三；如果当前时隙不是预约控制时隙i，则节点在该时隙接收控制包，依据该控制包更新节点集合Node的信息，进入下一时隙，并转入步骤三；