分布式VANETs 中車流自適應的低沖突TDMA-MAC 協議*

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)

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]。

接入沖突是指一跳或兩跳鄰居節點之間由于彼此沒有優先級區分，在同時預約相同時隙（slot）時產生碰撞[7]。融入沖突是指原本能夠復用slot 的節點由于網絡拓撲變化成為兩跳鄰居后產生的沖突[8]。發生融入沖突的節點需要重新預約slot，進而增加接入沖突發生次數。為了降低由復用slot 的節點之間速度差異導致的融入沖突與后續接入沖突，學術界已經提出了較多協議，主流方案是依據運動屬性對節點與幀內slot 進行分組。其中文獻[9]提出的VeMAC 協議依據運動方向劃分幀內slot，節點按照行駛方向預約對應分組內slot，有效降低了不同方向節點隨機預約slot 導致的沖突。為了進一步降低由同向節點速度差異導致的沖突，部分工作在VeMAC 的基礎上繼續細化節點運動屬性從而進一步劃分slot 分組，例如文獻[10]提出的CFR-MAC協議將同向節點分為高、中、低速三類。

但在實際應用中，道路上的雙向車流往往是動態變化的，兩個方向上的節點數目并不平衡。這在實際生活中也較為常見，例如早晚高峰路段，同時不同區域內的車流分布也不完全相同。在分組長度固定的方案中，當一側方向上節點數目超出對應分組的slot 負載時，節點只得借用其他分組內slot，此時分組方案的優勢被大大削弱，沖突發生的概率隨之增加[11]。為了緩解動態車流對協議降低沖突效果的影響，文獻[12]提出依據節點視角內兩側方向上鄰居節點數目與對應分組內slot 數目的關系進行分組調整的A-VeMAC 協議，然而節點的左右兩跳鄰居之間由于超出沖突范圍被允許復用slot，使之存在過早調整與超出需求等局限性，反而會降低協議性能。

針對上述動態變化的雙向車流帶來的挑戰以及現有工作的不足，本文提出一種車流自適應、低沖 突 的TALC-MAC 協 議 （Traffic Adaptive and Low Collision MAC），主要貢獻在于：

（1）針對現有分組調整方案的局限性，T ALC-MAC使用slot 占用率作為分組調整的判斷依據，在滿足特定條件時對slot 占用率較高方向的分組長度進行逐幀擴展或收縮，以適應車流實際分布，減緩動態變化的雙向車流對協議性能的影響。

（2）考慮到分組長度調整方案中在雙向分組相交處發生沖突概率大的問題，TALC-MAC 依據分組間相對速度關系設計幀內slot 分組方案，安排具體分組位置，有效降低相對速度差異較大的節點復用slot 在分組長度調整過程中發生沖突的概率。

（3）對于網絡中不可避免出現節點預約slot 時與其運動屬性對應的分組中已無空閑slot 的情況，TALC-MAC 提供一種低沖突的slot 預約策略，節點綜合考慮自身運動屬性、速度劃分因子、各分組內slot 占用情況以及分組調整條件，決定其預約slot的最終選擇。

1 系統模型與問題描述

1.1 系統模型概述

如圖1 所示，網絡場景由一段雙向道路構成，節點是以分布式形式組織的車輛，從道路的某個入口駛入該段道路并接入網絡，行駛一段時間后從某個出口駛離該段道路并離開網絡，若其實際行駛方向有西向分量則定義為左向，否則為右向[9]。節點搭載半雙工收發器異步接收和發送各類消息，同時搭載全球定位系統 （Global Position System，GPS）信號接收設備同步全局時間與獲取車輛信息，包括自身位置、速度與方向等。

圖1 分布式VANETs 系統模型及兩類沖突示意圖

節點在獲取到的slot 到達時廣播通告包，其中包含BSM，同時攜帶所有一跳鄰居（通信半徑為R）的slot 使用情況。在駛入道路或者出現沖突需要接入網絡時，首先監聽一幀時長的信道時間來收集并解析兩跳鄰居的slot 使用情況，按照協議選擇一個與兩跳范圍內所有鄰居均不沖突的空閑slot 進行預約，避免出現直接沖突，最后通過下一幀中所有鄰居的通告包確認預約是否成功[13]。成功占用slot的節點僅在駛離道路或者出現沖突后才會釋放當前占用的slot 資源。

圖1 中展示了兩類沖突發生的情況，節點X 與節點Y 同時預約相同slot，在兩者的共同一跳鄰居A 處發生接入沖突。節點X 與節點Z 原本由于沒有公共鄰居而復用slot，當相對位置發生變化后在公共鄰居B 處發生融入沖突。如圖2 所示，網絡中的時間被劃分為固定長度為TF的時間幀，每個時間幀進一步被劃分為S 個slot，分為左向SL與右向SR兩個分組。

圖2 網絡時間劃分示意圖

1.2 融入沖突概率與節點相對速度的關系

本小節描述兩節點發生融入沖突的概率與其相對速度的關系。規定速度、位置右向為正，假設節點A 與節點B 占用了相同slot，速度分別為VA與VB。當前為0 時刻，B 在A 右側，即兩者位置滿足PA＜PB。兩節點保持速度使位置越來越近，且發生融入沖突時兩者距離為DM，時刻為TM，易知在不考慮節點離開網絡的前提下不論方向如何均有：

考慮節點會從某個路口離開網絡，假設離開網絡時刻分別為TA與TB，網絡最大持續時間為Tmax，定義事件F 為A 與B 發生融入沖突，顯然需要滿足TM＜TA且TM＜TB。固定TM，在 時間軸上隨機選擇TA與TB的位置，易知F 發生的概率為：

顯然兩節點速度差異越大，發生融入沖突的概率也就越大。該結果驗證了分組長度固定的方案在面對動態變化的雙向車流時存在的問題，即節點借用對向分組內slot，使相對速度差異較大的節點之間復用slot，進而增大P(F)。此外發生融入沖突的節點需要重新預約slot，進而增大接入沖突發生概率，也即動態變化的雙向車流影響了分組方案降低沖突的效果。

1.3 兩跳鄰居數目與占用slot 數目的關系

本小節描述節點X 視角內兩跳鄰居數目與所占用slot 數目之間的關系。如圖3 所示，僅考慮單個方向（右向）與固定的進入網絡順序，節點僅依據方向選擇對應分組內的空閑slot，不考慮沖突以及節點超出分組內slot 閾值的情況。假設X 左右兩跳范圍內均勻分布著4N 個與之同向的鄰居節點。節點依次進入網絡，對于X 及其右側的2N+1 個節點，由于彼此位于兩跳范圍內，必須預約互不相同的slot，因此X 接入網絡后SR(X)中被占用的slot 數目|SOR(X)|為2N+1。

圖3 節點X 兩跳鄰居與占用slot 分析示意圖

當X 左側節點L1接入網絡時，由于R1超出兩跳范圍，因此在L1視角內SR被占用了2N 個slot。定義事件F10與F11分別為L1選擇了與R1相同和不同的slot，從而使得|SOR(X)|增加0 或1，易知兩者概率分別為：

易得由于L1加入網絡|SOR(X)|的期望變為：

X 左側節點繼續加入網絡，不難發現當編號為LK的節點進入網絡時，其預約完slot 使X 視角內SR(X)被占用slot 數目增加了Q 個的事件FKQ概率為：

此時|SOR(X)|的期望變為：

當X 左側2N 個節點全部加入網絡后，期望變為：

X 加上自身兩跳范圍內共4N+1 個節點，因此兩跳鄰居數目與所占用的slot 數目之間存在差距，且節點密度越高時差距越大。這主要源于X 的左側和右側兩跳鄰居之間已經超出沖突域范圍（2R），無法從自身一跳鄰居的通告包中感知到對方占用slot 的情況，因此被允許復用slot。若考慮出現沖突需要重新預約slot，顯然節點有更大概率與自身兩跳范圍外的節點復用slot。X 視角內兩跳鄰居中左向與右向節點集合分別為NTL(X)與NTR(X)，車流平衡度定義由式（9）給出，顯然越不平衡的場景中上述差距越明顯。

A-VeMAC 依據TBRX與分組內slot 數目的關系進行分組調整[12]，會出現兩個問題：（1）過早調整，達到閾值條件時單向分組內仍有足量空閑slot；（2）超出需求，調整后節點密度較高方向的slot 數目超出實際需求。兩個問題使得調整部分長度無法控制，并不能適應車流實際分布，重新預約該部分slot 的節點發生沖突概率大幅增加，反而會降低協議性能。

2 TALC-MAC 協議

基于上述系統模型與問題描述，本節將詳細闡述TALC-MAC 的設計。首先提出一種基于slot 占用率的分組長度自適應調整方案；其次依據相對速度關系設計幀內slot 分組方案，安排具體分組的位置；最后提供一種低沖突的slot 預約策略。

2.1 分組長度自適應調整方案

節點X 進入網絡時|SL(X)|與|SR(X)|相等，在每一幀結束時更新得到左右兩個分組內slot 占用率分別為：

slot 占用率與分組內被占用slot 數目有關，占用率越高則剩余的空閑slot 數目越少，若該方向上節點繼續增加，X 預約slot 時將借用對向分組，此時需要進行分組擴展以適應車流分布。給出如下參數定義：

（1）Hmax：分組擴展時節點密度較高方向對應分組中slot 占用率上限閾值。

（2）Lmax：分組擴展時節點密度較低方向對應分組中slot 占用率上限閾值。

（3）Umin：分組擴展時節點密度較低方向對應分組預留的slot 數目占整個幀長的最小比值。

（4）RE：節點密度較高方向對應分組擴展的單位slot 數目占整個幀長的比值。

假設當前節點X 視角內左側方向上節點密度較高，如圖4 所示在滿足式（12）條件時X 時間幀內SL(X)將從兩分組相交處向SR(X)一側擴展EX個slot。

圖4 分組長度擴展示意圖

條件1 規定所有節點僅能對節點密度較高方向分組進行擴展。條件2 規定節點提前進行調整，防止多節點擴展分組后同時預約slot 導致接入沖突。條件3 保護SR(X)在其slot 占用率較高時不接受來自對向的分組擴展。遞增EX直至不滿足下式：

同樣為保護SR（X），需要使其在被收縮之后slot占用率仍不超過Lmax。其次為防止車流極度不平衡時SL（X）的擴展一直持續至超出閾值，需要為右向節點預留定量slot。最后為避免1.3 節所述超出需求的問題，協議限制了單個時間幀內分組擴展的最大長度為：

式中依據兩分組slot 占用率比值進行調整以適應 雙 向 車 流 平 衡 度 的 動 態 性。SL（X）相 比SR（X）而 言slot 占用率差距越明顯，則允許擴展的長度越大，否則越小。

綜上，在面對動態的非平衡車流時，位于相近區域內擁有相似視角的節點將依據上述方案同步進行雙向分組長度的調整，使SL（X）與SR（X）的長度盡量滿足對應方向上節點數目的實際需求。在后續重新預約slot 時依據新的分組調整預約策略，逐步使此區域內節點占用slot 的情況與車流實際分布相適應。

考慮到真實場景中雙向車流平衡度往往是動態變化的，節點可能從左側方向上節點密度較高的區域行駛到右側節點密度較高的區域。也即在X的視角內隨著網絡拓撲變化，左側方向上節點數目不斷降低，導致SL（X）內slot 占用率也隨之降低，當達到某一閾值后即可對SL（X）進行收縮。給出如下參數補充：

（1）Dmax：分組收縮時節點密度較高方向對應分組中slot 占用率上限閾值。

（2）RC：節點密度較高方向對應分組收縮的單位slot 數目占整個幀長的比值。

如圖5 所示在滿足式（15）條件時X 時間幀內SL（X）將 從 兩 分 組 相 交 處 向SL（X）一 側 收 縮CX個slot。

圖5 分組長度收縮示意圖

首先分組收縮的前提是SL（X）在之前的時間幀內被擴展，也即前文所述的分組擴展僅從節點密度較高方向進行。其次要求經過網絡拓撲變化后SL（X）的slot 占用率降低到閾值Dmax。遞增CX直至不滿足下式：

SL（X）在收縮之后需要確保slot 占用率不超過Hmax，以避免數個時間幀內該分組需要再進行擴展的情況發生。其次分組擴展與收縮都是以節點密度較高方向為主，起始和終止條件均為雙向分組長度相等。CX的最大長度由下式給出：

此時依據雙向分組長度的比值來調整，當分組SL（X）需要收縮時其長度相比SR（X）越長則允許收縮的長度也越大，反之越小。上述分組長度自適應調整過程在右側方向上節點密度較高時也可以進行類似操作。整體策略可以形式化為GLA （Group Length Adjustment）算法，偽代碼如下：

算法1：GLA

輸 入：SL（X），SR（X），Hmax等參數；

（1）if |SL（X）|≥|SR（X）|，執行步驟（2）～（5）。

（2）if 式（12）成立，執行步驟（3）。

（3）for i∈[1,max(EX)]，重復步驟（3.a）～（3.c）：

（3.c）if 式（13）不成立，break。

（4）if 式（15）成立，執行步驟（5）。

（5）for i∈[1,max(CX)]，重復步驟（5.a）～（5.c）：

（5.c）if 式（16）不成立，break。

（6）if |SL（X）|≤|SR（X）|，重復步驟（2）～（5），修改對應公式中的L與R。

2.2 幀內slot 分組方案

細致的幀內slot 分組方案在面對動態變化的雙向車流時，將更容易出現分組內slot 占用率超出閾值的情況，使得不同運動屬性的節點預約相同分組內slot，反而會降低分組優勢，此外在真實車流場景中往往無法確定合適的運動屬性劃分標準。因此如圖6 所示，TALC-MAC 僅考慮將單向分組進一步劃分為等長的兩個較小分組，分別表示相對高速與相對低速，四個較小分組分別命名為LH、LL、RH 與RL。

圖6 幀內分組方案示意圖

依據1.2 節分析，復用slot 的兩節點相對速度差異越大，發生融入沖突的概率越高。2.1 節中基于slot 占用率的分組調整方案在一定程度上緩解了動態變化的雙向車流對協議性能的影響，但是在調整部分（EX與CX段）發生融入沖突的概率依舊較大，這是由節點使用slot 的行為特性決定的。

已有工作中幀內較小分組位置安排完全相同[10]，而分組調整一般在雙向分組相交處開展。若沿用此方案，則預約了相交處的兩個較小分組內slot 的節點之間速度差異較大 （如LH 與RL），致使在適應車流分布的過程中節點密度較高方向上預約了調整部分slot 的節點，與對向上在調整前已經占用了相同slot 的節點之間發生沖突概率較大。

假設節點均勻分布，高速與低速節點的速度分別符合正態分布N（μH,）與N（μL,），μH＞μL。在不考慮分組內無空閑slot 的情況下，預約了四個較小分組內slot 的節點之間平均相對速度差異由大到小表示為：

（1）ΔV(LH,RH)=2μH；

（2）ΔV(LH,RL)=ΔV(LL,RH)=μH+μL；

（3）ΔV(LL,RL)=2μL；

（4）ΔV(LH,LL)=ΔV(RH,RL)=μH-μL。

TALC-MAC 依據上述相對速度關系安排幀內具體分組的位置，使相對速度差異較大的分組之間盡量遠離，從而降低相對速度差異較大的節點復用slot 的概率。也即將LH 與RH 兩個相對速度差異最大的分組安排在時間幀兩端，LL 與RL 兩個較低速分組安排在雙向分組相交處，此時在分組調整前后預約了調整部分slot 的節點均相對低速，從而降低了由分組調整導致的在分組相交處發生沖突的概率。

2.3 slot 預約策略

由于節點占用slot 的規則以及分組長度自適應調整方案的限制，在車流動態變化的場景中，不可避免會出現節點預約slot 時與其運動屬性對應的分組中無空閑slot 的情況。已有工作允許此類節點隨機預約整個時間幀內的空閑slot[10]，此時這些節點與其他節點之間速度差異較大，發生沖突的概率也較大，對此TALC-MAC 提供一種低沖突的slot 預約策略。

當節點X 新加入網絡或者由于出現沖突需要重新預約slot 時，首先依據從GPS 獲得的自身速度方向決定其運動方向，即決定DX的取值為L 或R。其次依據解析到的一跳鄰居通告包內容，根據式（18）計算其與m 個同向節點之間的速度差異。

其中k 定義為速度劃分因子，其設置目標是使節點有更大概率接入運動方向上的High 分組，從而使該方向Low 分組中盡可能預留出空閑slot，從而進一步降低在分組相交處發生沖突的概率。X 依據當前所在區域內鄰居節點的速度分布，決定其是較高速節點還是較低速節點，即確定SX，若ΔV≥0，則SX取值為H，否則為L。

定義E（DX,SX）為當前時間幀內方向為DX、相對速度為SX的較小分組中所有空閑slot 編號構成的集合。當X 需要預約slot 時，若E（DX,SX）=?，即首選分組內無空閑slot，則更新SX為｛H,L｝中另一個元素，借用同向另一個分組內slot。

若此時E（DX,SX）=? 仍成立，即同向大分組內無空閑slot，先進行分組長度調整的判斷，若達到2.1 節所述條件則調整后重新進行預約。在不能進行分組調整時更新DX為｛L,R｝中另一個元素，且SX為L，即優先借用對向低速分組內slot。若仍無空閑slot 則更新SX為H，即最后才借用對向高速分組內slot。當上述過程中出現E（DX,SX）≠?，即可隨機選擇一個slot 預約，若最后仍無空閑slot 則本次預約失敗。

上述細化的slot 預約策略考慮了2.2 節所述分組的相對速度差異。在面對動態變化的雙向車流時，節點將綜合考慮自身運動屬性、 各分組內slot占用情況以及分組調整條件，決定其預約slot 的最終選擇，從而有效降低節點隨機預約整個時間幀內空閑slot 所導致的沖突。

3 仿真實驗

3.1 仿真環境與參數

本節在操作系統為Ubuntu18.04.5 的環境中進行仿真實驗，利用網絡仿真模擬器OMNeT++[14]與無線通信仿真框架Veins[15]搭建仿真環境，修改Veins 框架中的MAC 層代碼實現相關對比協議與所提TALC-MAC，同時使用城市移動仿真軟件SUMO[16]生成真實運動車輛與道路模型，設計不同場景驗證所提協議的性能表現。具體相關參數設置見表1。

表1 實驗參數設置

為模擬真實場景，除道路兩端出入口外還在兩方向中間各設置一個出入口。各節點依據正態分布選擇初始速度，依據3 s 原則確定車距后加入網絡。節點到達道路中間等概率選擇繼續行駛或者離開網絡，離開節點將從中間位置入口再次加入網絡。到達終點的節點再返回出發點以維持節點總數不變。為模擬動態變化的雙向車流，僅限制節點最大行駛速度，不限制加速、減速、出入口排隊等行為。以兩個方向上的節點總數比值設置平均車流平衡度（TBR）（左向節點較多），而不限制單個節點視角內TBR。確定單向節點總數后安排各車道節點數目，車速越快的車道節點數越少。部分參數取值經調優確定，所有節點加入網絡后統計仿真時長內各項 指 標，對 比 協 議 為VeMAC[9]、A-VeMAC[10]與CFR-MAC[12]。

3.2 仿真結果與性能分析

首先分析本文所提分組長度自適應調整方案（TALC-GLA）的性能表現，圖7 和圖8 分別展示了仿真時間內不同協議在不同TBR 下兩種沖突率的對比，沖突率定義為平均單個時間幀內沖突發生次數。TBR 為0.8，0.9 和1 時左向道路上并未出現明顯的節點數目超出閾值的情況，因此沖突率較為穩定，將其平均值作為各協議基準。當TBR 繼續減小，左向節點數目不斷增加，VeMAC 中開始大量出現借用右向分組內slot 的情況，致使兩種沖突率顯著增加。例如TBR 為0.7 時融入沖突率較穩定狀態僅增加5.7% ，而TBR 為0.1 時該指標激增到124%。接入沖突率一般較小因此影響更為明顯，TBR 為0.7 時較穩定狀態增加34.8%，但TBR 為0.1 時激增到穩定狀態的16.6 倍。由此可見動態變化的雙向車流對分組長度固定的協議性能的巨大影響。

圖7 不同車流平衡度下接入沖突率

圖8 不同車流平衡度下融入沖突率

相比之下A-VeMAC 較好地適應了雙向車流，但正如1.3 節所分析，該方案存在一定局限性。考慮到右向節點的平均數目，在TBR 為0.4，0.5 與0.6 時過早調整與超出需求所帶來的影響最為明顯，接入沖突率較穩定狀態分別增加了115%，82.8%與44.7%，而融入沖突率分別增加了36.1%，36.4%與24.9%，在TBR 為0.6 時融入沖突率甚至超過了VeMAC，由此可見A-VeMAC 存在的局限性影響了協議的性能。

TALC-GLA 中基于slot 占用率進行分組長度調整的方案很好地適應了雙向車流的動態變化，接入沖突率較穩定狀態的增加率始終保持在20.0%以內，最差情況在TBR 為0.4 時該指標較A-VeMAC的115%而言降低了82.7%。在分組長度調整過程中融入沖突的增加雖然無法避免，但最差情況在TBR 為0.1 時融入沖突率較穩定狀態也僅增加19.3%。在A-VeMAC 出現顯著局限性的TBR 為0.4，0.5 和0.6 時，融入沖突率較A-VeMAC 分別降低了0.062，0.074 與0.046，可見所提方案在適應雙向車流分布上的優勢。

圖9 展示了不同參數下各協議通告包投遞率的對比，該指標反映節點在控制信道上周期性廣播的通告包被鄰居節點成功接收的數量。由于仿真場景相同，因此影響投遞率的主要因素即為網絡整體沖突率。隨著TBR 的降低，VeMAC 中投遞率也不斷降低，例如從TBR 為1.0 降到0.1 時，投遞率降低了0.1%，而A-VeMAC 和TALC-GLA 分別降低了0.04% 和 0.03% 。同 樣，TBR 為 0.4 和 0.5 時，TALC-GLA 的投遞率相比于A-VeMAC 分別提升0.02%和0.01%。盡管該數值較小，但考慮到所有節點廣播通告包的周期很短 （0.1 s），而被成功接收的通告包越多，BSM 中的信息越及時，因此所提分組調整方案有效提升了整體網絡的安全與可靠。

圖9 不同車流平衡度下通告包投遞率

圖10 展示了不同參數下各協議兩種沖突率的對比，將僅按照相對速度進行細化分組，但并未調整具體分組位置，也未優化預約策略的對照協議稱為TALC-UNOP。CFR-MAC 與VeMAC 類 似，隨 著TBR 不斷降低兩種沖突率顯著上升。而對于TALCMAC，最差情況下TBR 為0.1 時融入沖突率較穩定狀態也僅增加20.8%，接入沖突率較穩定狀態的增加率也始終保持在54.5%以內。對于TALC-UNOP，在不同TBR 下融入沖突率相較于TALC-MAC 均有不同程度的增加，例如TBR 為0.5 時增加了0.005，為0.3 時增加了0.029，而為0.1 時增加了0.032。接入沖突由于整體發生次數較少，增加并不明顯。由此可見所提幀內slot 分組方案與slot 預約策略進一步降低了整體網絡的沖突率。

圖10 不同車流平衡度下沖突率

圖11 展示了不同參數下各協議接入時延的對比，由于未考慮數據包傳輸等其他時延，因此僅考慮節點從預約slot 到成功占用slot 所經歷的時延。隨著TBR 降低，VeMAC 與CFR-MAC 接入時延不斷提高，例 如VeMAC 在TBR 為0.1 時 相 比1.0 時增 加 了4.72 個slot，而CFR-MAC 增 加 了2.63個slot，可見分組固定方案的接入時延受到不平衡雙向車流的影響較大。而分組調整方案有效降低了接入時延，相比于A-VeMAC，在TBR為0.4 和0.5 時，TALC-MAC 接入時延分別降低了0.44 和0.55 個slot。由 此 可 見TALC-MAC在降低整體網絡接入時延，加快節點接入網絡的速度上仍然具有優勢。

圖11 不同車流平衡度下接入時延

4 結論

本文針對分布式車載自組織網絡設計了一種 車 流 自 適 應、 低 沖 突 的TALC-MAC 協 議，通過將slot 占用率作為判斷依據設計分組調整方案，同時優化slot 分組方案與預約策略，使協議能有效適應雙向車流的動態變化，保持整體網絡低沖突的特性。仿真實驗結果從沖突率、通告包投遞率、 接入時延等方面驗證了TALC-MAC 協議具有較優的性能表現。