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同步时隙ALOHA接入方案因其有低接入延迟和高接入容量等优越性能,更加适用于车联网(Internet of Vehicles,IoV)的应用需求。现有的接入方案主要致力于解决网络拓扑快速变化所造成的接入冲突和用户间干扰问题。为进一步提高接入容量和网络吞吐量,本文在以下四个方面开展研究并取得了创新性的研究成果。(1)现有车联网时隙ALOHA接入方案分析。通过对现有车联网中三类基于时隙ALOHA方案的深刻分析,发现时隙ALOHA接入机制,均因请求接入与数据传输绑定,从而在竞争接入时有更大的平均时间资源浪费问题。此外,时隙ALOHA接入机制因采用以单数据包形式接入,其接入容量(平均每个时隙上被成功传输的数据包数量)上界仅为0.37。(2)单基础设施协调环境中请求接入与数据传输相分离的同步时隙ALOHA接入方案研究。针对时间资源浪费问题,本文提出将请求接入和数据传输相分离的同步时隙ALOHA(Request-Transmission Splitting Slotted ALOHA-based,RTS-SA)接入方案,实现“请求-响应-传输”三个阶段在帧内的划分,从而获得一种时间资源利用更合理的接入机制的创新。为了突破以单数据包形式接入时的接入容量上界,RTS-SA方案在竞争接入阶段采用随机重复数的重复码构建仅含车辆身份(Identity,ID)的短数据包进行多次接入请求。理论分析和仿真结果一致表明,RTS-SA方案相较于传统ALOHA方案有接入容量的优势。(3)RTS-SA方案在多基础设施协调环境中针对小区邻居干扰的抑制方法研究。增强型的RTS-SA(enhanced RTS-SA,eRTS-SA)方案,通过利用全球定位系统(Global Positioning System,GPS)或者北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)的信息辅助接入和时隙分配。eRTS-SA方案是对RTS-SA方案的进一步适应性完善。在eRTS-SA方案中,车辆利用位置信息和车辆ID作为请求要素,基础设施则依据车辆的位置信息升序关系决定最优时隙分配策略,从而最大程度地减少在无竞争传输阶段小区邻居传输的信号间的相互干扰。为了减少请求数据开销,eRTS-SA方案还提出了使用车辆与基础设施间相对位置信息代替精确绝对位置信息的方法,并根据相对位置的升序关系设计次优时隙分配策略。计算机仿真结果显示,仅采用8比特量化相对位置信息的时隙分配策略即可接近最优时隙分配策略。为了防止基础设施间的广播干扰,eRTS-SA方案将广播反馈阶段的时长增加一倍并分成两个相等的部分,分别分配给两个相邻的基础设施。计算机仿真结果显示,eRTS-SA方案的平均接收成功数仅比理论最大值低4.5%,同时,与RTS-SA和现有车联网同步时隙ALOHA接入方案相比,eRTS-SA方案能实现约40%和154%的平均接收成功数提升。(4)在无基础设施协调环境中时隙ALOHA接入方案研究。有逻辑中心的时隙ALOHA(Logically Centralized Slotted ALOHA-based,LC-SA)方案是在基于竞争预留的同步时隙ALOHA方案基础上,解决了时隙非必要释放问题,从而提高了接入成功率和接入容量,并减少了接入冲突率。现有ALOHA方案中数据包一旦在竞争接入某一时隙时发生冲突,该时隙将被所有竞争节点丢弃,则引起了时隙非必要释放问题。为了解决时隙非必要释放问题,LC-SA方案首先提出了逻辑中心控制节点的选择策略,该策略保证了在任何两跳邻居集合中仅存在一个控制节点。然后,控制节点一旦检测到其单跳邻居发生接入冲突时可以保证该邻居继续保留该时隙,而在控制节点通信范围外的冲突节点则放弃该时隙,以防止再次发生接入冲突。仿真结果显示,LC-SA方案因其更低的接入冲突率,所以较现有ALOHA方案有更高的接入成功率和接入容量。因此,考虑到已有标准化的时隙ALOHA接入方案应用,本文的RTS-SA、eRTS-SA和LC-SA都具有潜在的重要应用价值。