分布式VANETs中车流自适应的低冲突TDMA-MAC协议
信息技术与网络安全 6期
程 凯，张信明
(中国科学技术大学 计算机科学与技术学院，安徽 合肥230026)
摘要：在分布式车载自组织网络中，动态变化的双向车流会严重影响基于slot分组的TDMA-MAC协议降低冲突的效果以及整体协议的安全性与可靠性，对此设计一种车流自适应的低冲突TDMA-MAC协议TALC-MAC。采用slot占用率作为分组调整的判断依据，设计详细的分组扩展与收缩策略以适应车流实际分布。同时优化帧内slot分组方案与节点预约slot的策略，进一步降低网络中发生冲突的概率。仿真实验结果表明TALC-MAC能有效适应双向车流的动态变化，保持协议整体低冲突的特性。
中图分类号：TP393
文献标识码：A
DOI：10.19358/j.issn.2096-5133.2022.06.014
引用格式： 程凯，张信明. 分布式VANETs中车流自适应的低冲突TDMA-MAC协议[J].信息技术与网络安全，2022，41(6)：84-93.
文献标识码：A
DOI：10.19358/j.issn.2096-5133.2022.06.014
引用格式： 程凯，张信明. 分布式VANETs中车流自适应的低冲突TDMA-MAC协议[J].信息技术与网络安全，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
车载自组织网络(Vehicular Ad Hoc Networks，VANETs)作为智能交通系统不可或缺的组成部分，自被提出以来就因其在车联网领域的广阔应用前景而受到学术界和工业界的广泛关注[1]。它是一种在移动车辆之间或车辆与路边基础设施之间通过短距离通信技术实现互连的专用网络，能够为交通参与者所需要的安全类、服务类、管理类等丰富的上层应用提供网络支持[2]。
在分布式VANETs中，车辆节点在控制信道上周期性广播的基础安全消息（Basic Safety Message，BSM）是整体网络高效、可靠运行的重要一环[3]。一方面安全类应用可以据此进行事故规避、风险评估以及驾驶辅助等诸多决策，另一方面依据该消息中车辆信息进行上层协议的优化也能提高非安全类应用的各项性能指标[4]。因此如何在多节点之间合理、高效、低冲突地分配控制信道资源，实现BSM的可靠传输是分布式场景中媒体访问控制层（Medium Access Control，MAC）协议设计至关重要的问题[5]。时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）机制被认为是一种能确保节点及时、可靠传输各类消息的高效方案，尤其是在中高节点密度场景中表现突出，然而在VANETs中，由于节点高速移动、网络拓扑动态变化等特性所导致的接入冲突与融入冲突，将影响冲突节点传输BSM的时效性，进而降低整体网络的安全性与稳定性[6]。
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作者信息：
程 凯，张信明
(中国科学技术大学 计算机科学与技术学院，安徽 合肥230026)
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