基于组关联的车载网络协同通信关键技术研究

In VANETs (Vehicular Ad hoc Networks), there exists lots of correlated relationships among vehicles and infrastructures due to the common mobility of vehicles and the social relations of drivers. How to exploit and utilize these relationships is a frontier topic in the research and deployment of ITS (Intelligent Transport System). After exploiting the relationships and forming the correlated groups, the cooperative communication and data access mechanisms of VANETs are studied in this project. Following key technologies are involved: the mathematical correlated model of group in VANETs which is consisted of spatio-temporal relation based correlated model and social relation based correlated model; the cooperative communication mechanisms based on group relationships; the cooperative data access strategies for dynamic distributed data which contain data caching and management, data schedule and dissemination, deployment of infrastructures, and cooperative uploading and downloading; cross-layer optimization for typical application scenarios. To meet the sharply increased demand of data access in VANETs, a cooperative communication framework for high data availability is designed in this project. In order to verify the performance of these cooperative communication mechanisms and data access strategies, a prototype of urban VANETs is also constructed. The conclusions and outcomes of this project will both have significant impact on deeper exploitation and optimization of resources in V2V (vehicle-to-vehicle) and V2I (vehicle-to-infrastructure), and have important application value for enhancing the intelligent level of ITS.

车载网络中，由于共同移动以及车主间存在的社会关系，导致车辆与车辆之间、车辆与路边设施之间存在大量的关联关系，这些关系的发掘与利用已成为智能交通系统研究与开发的前沿课题。本项目在挖掘关联关系、构造关联组的基础上，研究车载网协同通信与数据访问关键技术，具体包括：车载网组关联模型（包括时空关联模型和社会关联模型），基于组关联关系的协同数据通信机制，面向动态数据分布的协同数据访问策略（包括数据缓存与管理、信息调度与发布、基础设施部署以及协同上传/下载），以及面向典型应用的跨层优化设计。本项目面向急剧增长的车载网络数据访问应用需求，以提高数据可用性为目标，设计车载网络协同通信框架，并以城市车载网络为原型进行协同通信机制与数据访问策略验证。本项目研究对于深化车车间、车路间资源的挖掘、利用与优化，进一步提升城市交通的智能化水平具有重要的意义与应用价值。

本项目旨在充分挖掘车辆间的关联关系，为车载网络的协同通信协议设计与实际部署提供优化思路。主要成果：1）在组关联模型研究方面，基于真实轨迹研究了车辆无线通信的时空关联特征、挖掘了车辆的社会关联关系、给出了面向车辆社团关系的相似性判别模型，基于真实车流分析了道路的关联关系，提出了基于车辆关联的城市交通流宏观模型，设计了考虑避让关系的车辆移动模型；2）在基于时空关联和社会关联的协同数据传输机制研究方面，提出了基于关联关系的中继节点选择策略和机会转发策略，设计了移动中继协同的软件定义车载网络链路中断修复机制，基于道路关联关系对车辆移动进行预测，基于社团关联关系提出了改进的路由策略，提出了考虑避让关系的数据传输策略；3）在面向车车、车路协同的数据访问策略研究方面，建立了城市环境中局部数据分发的生存时间模型，提出了基于概率模型的车路协同路边基础设施放置算法，提出了面向车载自组织网络机会传输的基站部署策略，设计了基于软件定义车载网络的协作式多副本路由协议；4）在协同通信跨层优化设计研究方面，设计了基于层次式多控制器的软件定义车载网络体系结构及通信协议，提出了环境感知的低冲突MAC协议，提出了基于轨迹预测的车载网络路由协议，提出了面向时空关联的轻量级的局部数据分发协议；5）在车载网络性能评估实验验证环境研究方面，设计了面向机会路由的接触模拟器，面向车辆社区发现对真实轨迹数据集进行了挖掘，设计了基础设施放置算法和数据分发策略的模拟框架，设计了软件定义车载网络性能模拟框架，对链路中断修复机制、相关车流预测与路由算法性能提升效果进行了模拟验证，基于FPGA设计了车载网络通信测试平台原型。项目成果对于深化车车间、车路间资源的挖掘、利用与优化，进一步提升城市交通的智能化水平有积极促进作用。