无线车载自组织网络(Wireless Vehicular Ad-hoc Network,VANET)由车辆节点组成,节点间以相互协作的方式建立网络,能够实时感知周围交通环境并进行实时交互,通过预防事故的发生来提高道路的安全性。由于与安全应用有关的数据需要被周围所有的车辆接收,因此诸如事故等安全类消息将以广播的方式进行传输,所以VANET中的节点通过定期广播信标消息来感知周围环境。媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)协议的使用直接决定了消息传输的有效性。IEEE 802.11p MAC协议的作用在于控制VANET中的节点如何使用有限的信道资源,MAC协议的有效性也直接决定了 VANET中的信道利用率、时延和使用公平性等性能。然而,MAC协议的性能也受VANET高速动态变化的特性的影响:(1)VANET中节点具有高速移动的特性,因而节点间通信链接非常短;(2)VANET中节点密度变化也无法预测,在网络负载较高的道路中,由于动态变化的节点频繁加入和退出通信,网络拓扑也会随着节点的变化而动态变化,网络的接入时延和网络总吞吐量等性能严重下降;(3)IEEE 802.11p信道接入技术在执行退避算法中采用恒定的竞争窗口,由于数据包之间的冲突,包丢失率严重;(4)无线信道的状态不稳定,对车联网中的信标通信也具有较大的影响;(5)广播模式中存在缺乏确认和重传机制等问题,广播安全消息的可靠性和实时性无法保障。IEEE 802.11p MAC层中包含了两种接入协议:(1)基于IEEE 802.11分布式协调控制(Distributed Coordination Function,DCF)机制;(2)基于 IEEE 802.11e 增强的分布式信道接入(Enhancement Distributed Channel Access,EDCA)机制。通常采用 DCF接入机制进行信标帧的广播,而EDCA机制可以为VANET提供数据的QoS。然而,基于DCF机制的广播模式中,节点由于选择恒定的竞争窗口而产生如下问题:节点密度较高时,由于选择恒定的竞争窗口,节点同时接入信道的概率会大量增加,无线信道的使用公平性得不到保障;而在稀疏的网络环境中,较大值的竞争窗口又易引发长时间的信道空闲。此外,信道错误也是引起包丢失的重要原因。而在EDCA机制中,网络中节点密度和竞争窗口选择算法都对EDCA接入机制的性能产生重要影响,尤其是节点传输成功时,节点的竞争窗口将恢复到最小值,节点间冲突会加剧。本文以提高IEEE 802.11p无线车联网的网络总吞吐量、保障信道使用公平性与确保信标消息传输的可靠性等为目标,对IEEE 802.11p无线车联网信道接入机制的性能进行研究和优化,主要工作如下:(1)对IEEE 802.11p无线车联网的概述,叙述VANET的通信结构、发展VANET的技术挑战;无线接入车辆环境(WAVE),其中重点介绍了多信道协调机制;IEEE 802.11p协议,重点介绍了 MAC层的两种接入机制,即DCF和EDCA机制。(2)针对DCF机制:提出了动态调节竞争窗口和传输速率的信道接入方法。节点通过观察广播信标间产生的空闲时隙及传输失败的概率判别网络当前的信道状态和拥塞程度,并进一步分析信标广播失败的原因,当无线信道状态较差时,动态调节传输速率,而当网络中拥塞程度较高时,则动态调节竞争窗口,节点根据判断的网络状态,灵活的使用动态调节传输速率和竞争窗口相结合的方法,减少了节点选择相同竞争窗口的情况,也更好的适应了动态变化的车载网环境。(3)针对EDCA机制:提出一种考虑冲突的自适应竞争窗口调整算法,节点传输成功后,竞争窗口不再回退至最小值,而是根据上次传输成功的竞争窗口调整;节点维护记录冲突数的数据库表,根据冲突来调整竞争窗口值。(4)利用NS3网络仿真器搭建VANET仿真实验平台,验证IEEE 802.11p无线车联网广播信标帧的性能,并验证(2)和(3)中提出的基于DCF和EDCA的IEEE 802.1 1p信道接入机制的性能。最后,通过NS3仿真实验,表明提出的算法可以大大提高IEEE 802.11p信道接入机制的性能。