作为智能交通系统重要组成部分,VANET中各种移动分布式应用使得车辆的安全性和交通运输效率大幅提高,并同时为驾乘提供广泛的车载信息娱乐。然而,由于动态拓扑,信道衰落等特点,VANET环境中的信道条件相比一般无线环境更差。由于媒体访问控制协议直接控制着数据分组在无线信道上的收发过程,如何设计有效可靠的MAC协议一直是VANET研究领域的关键。近年来,分布式时分多址协议成为人们探究的热点。分布式时分多址协议不但能够满足VANET安全应用对服务质量的严格要求,而且,相对于现行的IEEE802.11系列协议,它在信道利用率、网络吞吐量和协议公平性等方面均获得了较好的性能。同时,由于日益匮乏的频谱资源,单纯地从点到点无线信道探寻网络性能的提高面临诸多瓶颈,而协作通信可以利用无线信道的广播特性通过节点间的协作来提高无线链路的可靠性,获得性能提升。因此,本文旨在研究VANET中MAC层协作协议,充分挖掘分布式TDMA的内在机制,利用协作节点空闲时隙、复用协作节点自身时隙和复用协作对象节点时隙进行协作通信研究,以期提供更加高效、健壮、可靠的车载网络通信。本文的具体研究工作如下:1)提出了VANET中利用分布式TDMA空闲时隙的协作中继(CR-DTDMA)方法。车载自组网中的分布式TDMA协议的主要缺陷是未能充分利用无线信道资源,如节点空闲时隙问题。所提CR-DTDMA中,当原中继节点未能中继转发数据时,具有空闲时隙的节点自发成为协作中继节点进行协作中继数据转发,以便充分利用节点空闲时隙,提高频谱利用率。CR-DTDMA利用分布式TDMA协议的内在确认机制,实现一种网络握手协议来确定协作中继节点,而且,网络握手协议的控制信息都采用消息搭载机制传递,不需要发送专门的控制包;从协作决策到协作执行都以分布式方式进行,不依赖中心控制节点,系统实现简单,网络开销小,能够适应VANET网络拓扑结构的频繁变化;同时,由于仅利用节点自身空闲时隙资源,CR-DTDMA方法不影响网络中的正常数据传输业务;分析推导了所提方法的数据发送成功概率,传输时延和丢包率的闭式表达式;通过仿真比较表明了CR-DTDMA方法的优越性。2)提出了VANET中基于分布式TDMA的协作网络编码(DTCNC-MAC)方法。充分研究MIMO-NC编码的空间、时间和编码多样性,把MIMO技术、NC技术和协作通信相结合,针对VANET上行链路应用场景,提出一种分布式TDMA的协作网络编码通信方法。DTCNC-MAC中协作节点利用MIMO_NC技术编码自身业务数据和其它节点传输失败的数据,实现在发送自身业务数据的同时协作重发其它节点传输失败的数据,实现协作节点的时隙复用,提高频谱效率;所提方法利用分布式TDMA内在机制来确认数据传输结果,并采用消息搭载机制交换相关控制信息,避免发送专门的控制分组;推导了所提方法的数据发送成功概率,传输时延和丢包率的闭式表达式;理论分析和实验结果表明,所提方法能够显著提高数据接收概率、有效降低数据传输时延和丢包率。3)提出了VANET中基于分布式TDMA的NOMA协作(DTNC-MAC)方法。由于在解决频谱效率、系统容量以及用户连接数等方面的特殊表现,作为5G无线网络关键技术的非正交多址接入技术(NOMA)已得到学术界,工业界的高度重视。NOMA非正交技术可以在频域、时域复用服务多个用户,因此大幅提高了频谱使用的公平性和利用率。理论分析,NOMA复用可以达到信道的容量上界。本研究融合NOMA和分布式TDMA技术提出了基于分布式TDMA用于频谱共享的新型非正交多址协作通信,其中协作节点复用源节点时隙发送NOMA技术叠加编码的主网络和协作网络数据,实现主网络和协作网络双赢,从而激发了协作节点的协作欲望;其次,分析给出了主网络和协作网络中断概率、遍历速率和中断吞吐量的解析表达式,进一步推导出中断概率的高信噪比渐近表达式;最后,通过模拟仿真结果表明了该方案的有效性和分析结果的准确性。