解析车载自组网的发展与应用情况

要将中心式结构的UTRA.TDD应用到分布式系统中，所以要在很多方面做出调整和改进。首先对MAC层的帧结构进行重新设计，每一帧的时长为10ms，每一帧由15个时隙构成，每4帧又构成一个超级帧，如图2所示。

　　为了避免在随机信道接入机制下的保留请求冲突，一种电路交换广播连接（CSBC，circuit.switched broadcast channe1）被引入，它主要用来作为信令目的。如果在帧中没有足够的容量来支撑数据的发送，节点就可以利用CSBC来发送额外容量保留请求，如图3所示。

　　4.2 接入方式

　　MAC层主要是完成无线资源分布式仲裁和管理的工作，其接入方式首先需要考虑的是一个公平性的问题，可以从两个角度进行考虑：①从节点的角度出发，力图保证节点之间占用的信道带宽相等。②从业务流的角度考虑，力图保证业务流之间占用的信道带宽相等。但是，不论从哪个角度考虑该问题，最终都归结为如何在MAC协议中确保每个网络节点的公平接入。

　　4.2.1 802.11DCF

　　目前，应用较为广泛的自组网MA C 协议是IEEE 802.11DCFt2sl协议。该协议基于CSMA／CA，节点首先通过竞争进行 rS，CTS信息的交互，在此基础上实现信道的分配，过程如图4 所示。

　　802.11DCF协议在本质上是以较小的RTS，CTS分组的交互，分配较大的无线资源，从而提高无线资源的利用率。

　　图中发送方在发送数据之前应先发控制帧RTS；如果接收方收到RTS，在SIFS时间后用控制帧CTS对RTS进行确认；发送方收到确认的CTS，在等待SIFS时间后发数据包；接收方收到数据包，在等待SIFS时间后用ACK确认；发送方收到ACK后，数据包发送完毕。

　　然而，802.11DCF协议是为支持分组突发业务而设计的，它不支持实时业务。另外，802.11DCF协议采用的时间随机退避机制不适用于同步网络。

　　而车载自组网对数据的实时性要求很高，适合采用基于预约方式的同步MAC协议，因此基于竞争方式的802.11DCF不太适合在车载自组网中应用。

　　4.2.2 RR—ALOHA

　　在车间通信中要求具备较多的是广播特性，因此对MAC层的可靠性要求非常严格。目前，对无连接业务的可靠性保证研究不多，针对车载自组网的可靠广播研究也很少，目前提出的方法有：在广播中增加控制帧划分路段转发数据包等。为了实现上述的分布式接入策略，根据车载自组网的特点提出了一种新的随机接入方式RR—ALOHA [ （reliable reservation AL OHA），该协议在R—ALOHA基础上改进：

　　①解决了隐藏终端和暴露终端的问题；

　　② 通过每帧周期广播帧信息（FI，frame information），使所有的邻节点都知道每一个时隙的信道使用状况，从而使RR—AL OHA协议能够在车载自组网中正确运行。FI是发送节点感知的前一帧的时隙状态信息。RR—AL OHA 可以在不同的物理层标准下使用，尤其适合采用时隙结构的物理层。当有节点加入时，先侦听一帧的时间，然后选择一个空闲时隙发送一个分组，来预约这个时隙。如果邻节点正确接收到了该分组，则在它的FI中标示出来。当新加入的节点从一帧时间内收到的所有FI中知道邻节点都正确接受到分组时，即认为预约成功，从而将每帧的该时隙作为它的基本信道（BC，base channe1），直到节点离开网络，在这期间其他节点不能访问该时隙。其中，BC 信道用于传送FI、其他信令信息和承载有效载荷。在每一帧中，节点都必须在自己的BC中发送FI信息，并根据邻节点的FI和自己的信道使用情况及时更新FI信息。当BC信道提供的带宽不能满足业务的要求时，节点可以通过预约附加信道的方式占用其他空闲信道，以满足业务要求。如果是点对点通信，节点还可以预约点对点（P2P，point—to—point）信道进行传送，以实现相邻一跳群中的时隙复用，提高信道的利用率。图5显示了节点交换FI信息的示例。

　　4.2.3 CSM CA和RR—AL OHA 的比较

　　对于常见自组网一般采用两种类型的MAC协议：一种是基于CSMMCA的异步竞争式MAC协议，另一种是基于时隙的同步预约式MAC协议。

　　不过对于车载自组网的特殊性，预约式的同步MAC协议效果可能更好些。表2对CSMA／CA 和RR—ALOHA 这两种MAC协议进行了简单的比较。

　　这两种MAC协议各有利弊，通过进一步分析，似乎RR—AL OHA更适合于在车载自组网中使用，但是在RR—ALOHA中不能忽视的一点是，节点通信范围内的邻居节点数不能超过1帧中的时隙数。

　　4.2.4 令牌环

除了基于CSMA／CA和时隙类的MAC协议外，还有一些其他类型的MAC协议，如令牌环。在具备GPS系统的车辆问可以使用基于非竞争性的令牌环接入方式（如WTRP协议），以提高信道利用率，避免信道冲突，更能满足车辆间安全预警通