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分布式VANETs中車流自適應的低沖突TDMA-MAC協(xié)議

信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全 6期

程凱，張信明

(中國科學技術(shù)大學計算機科學與技術(shù)學院，安徽合肥230026)

摘要： 在分布式車載自組織網(wǎng)絡(luò)中，動態(tài)變化的雙向車流會嚴重影響基于slot分組的TDMA-MAC協(xié)議降低沖突的效果以及整體協(xié)議的安全性與可靠性，對此設(shè)計一種車流自適應的低沖突TDMA-MAC協(xié)議TALC-MAC。采用slot占用率作為分組調(diào)整的判斷依據(jù)，設(shè)計詳細的分組擴展與收縮策略以適應車流實際分布。同時優(yōu)化幀內(nèi)slot分組方案與節(jié)點預約slot的策略，進一步降低網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生沖突的概率。仿真實驗結(jié)果表明TALC-MAC能有效適應雙向車流的動態(tài)變化，保持協(xié)議整體低沖突的特性。

關(guān)鍵詞： TDMA機制 slot占用率融入沖突率車載自組織網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP393
文獻標識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.06.014
引用格式：程凱，張信明. 分布式VANETs中車流自適應的低沖突TDMA-MAC協(xié)議[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全，2022，41(6)：84-93.

A traffic adaptive and low collision TDMA-MAC protocol in distributed VANETs

Cheng Kai，Zhang Xinming

(School of Computer Science and Technology，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China)

Abstract： In distributed vehicular ad hoc networks, the dynamically changing two-way traffic flow seriously affects the collision reduction effect of Time Division Multiple Access based Medium Access Control(TDMA-MAC) protocol using the slot grouping scheme, and the security and reliability of the overall protocol. To this end, a traffic adaptive and low collision TDMA-MAC protocol, named TALC-MAC, is designed. The slot occupancy rate is used as the judgment basis for group adjustment, and a detailed group expansion and contraction strategy is designed to adapt to the actual distribution of traffic flow. The intra-frame slot grouping scheme and the node reservation slot strategy are optimized to further reduce the probability of collision in the network. The simulation results show that TALC-MAC can effectively adapt to the dynamic changes of two-way traffic flow, and maintain the low-collision characteristic of the protocol.

Key words : TDMA mechanism；slot occupancy rate；merge collision rate；vehicular ad hoc networks

0 引言

車載自組織網(wǎng)絡(luò)(Vehicular Ad Hoc Networks，VANETs)作為智能交通系統(tǒng)不可或缺的組成部分，自被提出以來就因其在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的廣闊應用前景而受到學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注[1]。它是一種在移動車輛之間或車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間通過短距離通信技術(shù)實現(xiàn)互連的專用網(wǎng)絡(luò)，能夠為交通參與者所需要的安全類、服務(wù)類、管理類等豐富的上層應用提供網(wǎng)絡(luò)支持[2]。

在分布式VANETs中，車輛節(jié)點在控制信道上周期性廣播的基礎(chǔ)安全消息（Basic Safety Message，BSM）是整體網(wǎng)絡(luò)高效、可靠運行的重要一環(huán)[3]。一方面安全類應用可以據(jù)此進行事故規(guī)避、風險評估以及駕駛輔助等諸多決策，另一方面依據(jù)該消息中車輛信息進行上層協(xié)議的優(yōu)化也能提高非安全類應用的各項性能指標[4]。因此如何在多節(jié)點之間合理、高效、低沖突地分配控制信道資源，實現(xiàn)BSM的可靠傳輸是分布式場景中媒體訪問控制層（Medium Access Control，MAC）協(xié)議設(shè)計至關(guān)重要的問題[5]。時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）機制被認為是一種能確保節(jié)點及時、可靠傳輸各類消息的高效方案，尤其是在中高節(jié)點密度場景中表現(xiàn)突出，然而在VANETs中，由于節(jié)點高速移動、網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化等特性所導致的接入沖突與融入沖突，將影響沖突節(jié)點傳輸BSM的時效性，進而降低整體網(wǎng)絡(luò)的安全性與穩(wěn)定性[6]。

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作者信息：

程凱，張信明

(中國科學技術(shù)大學計算機科學與技術(shù)學院，安徽合肥230026)

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