分布式VANETs中車流自適應的低沖突TDMA-MAC協議
信息技術與網絡安全 6期
程 凱，張信明
(中國科學技術大學 計算機科學與技術學院，安徽 合肥230026)
摘要： 在分布式車載自組織網絡中，動態變化的雙向車流會嚴重影響基于slot分組的TDMA-MAC協議降低沖突的效果以及整體協議的安全性與可靠性，對此設計一種車流自適應的低沖突TDMA-MAC協議TALC-MAC。采用slot占用率作為分組調整的判斷依據，設計詳細的分組擴展與收縮策略以適應車流實際分布。同時優化幀內slot分組方案與節點預約slot的策略，進一步降低網絡中發生沖突的概率。仿真實驗結果表明TALC-MAC能有效適應雙向車流的動態變化，保持協議整體低沖突的特性。
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協議[J].信息技術與網絡安全，2022，41(6)：84-93.
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協議[J].信息技術與網絡安全，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
車載自組織網絡(Vehicular Ad Hoc Networks，VANETs)作為智能交通系統不可或缺的組成部分，自被提出以來就因其在車聯網領域的廣闊應用前景而受到學術界和工業界的廣泛關注[1]。它是一種在移動車輛之間或車輛與路邊基礎設施之間通過短距離通信技術實現互連的專用網絡，能夠為交通參與者所需要的安全類、服務類、管理類等豐富的上層應用提供網絡支持[2]。
在分布式VANETs中，車輛節點在控制信道上周期性廣播的基礎安全消息（Basic Safety Message，BSM）是整體網絡高效、可靠運行的重要一環[3]。一方面安全類應用可以據此進行事故規避、風險評估以及駕駛輔助等諸多決策，另一方面依據該消息中車輛信息進行上層協議的優化也能提高非安全類應用的各項性能指標[4]。因此如何在多節點之間合理、高效、低沖突地分配控制信道資源，實現BSM的可靠傳輸是分布式場景中媒體訪問控制層（Medium Access Control，MAC）協議設計至關重要的問題[5]。時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）機制被認為是一種能確保節點及時、可靠傳輸各類消息的高效方案，尤其是在中高節點密度場景中表現突出，然而在VANETs中，由于節點高速移動、網絡拓撲動態變化等特性所導致的接入沖突與融入沖突，將影響沖突節點傳輸BSM的時效性，進而降低整體網絡的安全性與穩定性[6]。
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作者信息：
程 凱，張信明
(中國科學技術大學 計算機科學與技術學院，安徽 合肥230026)
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