基于复杂网络理论的车载自组织网络拓扑动态性研究

The dynamic changing topology,which is one of the most perceptible characteristics of vehicle ad hoc networks (VANETs),has a significant impact on the network performance.This project focuses on studying the dynamic topology properties of vehicle ad hoc networks (VANET). Firstly, the the characteristics of real mobility trace were analyzed using the modern statistical methods. A general framework and standard of evaluation of user mobility models for VANET is proposed using multi-diemensional analysis. Secondly, from the point of view of complex network theory and network optimization, dynamic topology properties of VANET are studied. Then, we present an analytical model to investigate the connectivity properties of VANET in the presence of channel randomness using a queuing theoretic perspective and bond percolation model. The invulnerability of VANET topologies based on dynamic topology properties and connectivity is analyzed. We also provide a new optimization model based on the theory centrality of complex networks and entropy theory. Finlay, with the help of the complex network theory, we carry out an empirical study of dynamic topology properties for Lanzhou urban transport network. The completion of this project not only provides theoretical basis and method for the rational design and optimization of protocols in VANET, but also provides a scientific basis for decision making of Lanzhou transportation planning, design and management.

动态变化的拓扑结构是车载自组织网络(VANETs)的一个重要特点,而网络拓扑对网络性能有极大的影响.本课题研究VANETs网络的拓扑动态特性.首先用现代统计分析方法研究真实VANETs网络中节点移动轨迹的特性;采用多维度分析方法建立一个较全面的VANETs网络节点移动模型的评价体系和标准.其次从动态复杂网络理论和网络优化观点出发,研究VANETs网络拓扑结构的动态演化特征.然后分析网络的连通性特征,并应用排队论和键渗流模型研究无线信道传播特性及节点移动对网络连通性的影响;在网络拓扑特征和连通性基础上,进而分析网络的抗毁性,提出新的基于复杂网络中心性理论和熵理论的局部及全局抗毁性拓扑优化模型,进一步提升网络的抗毁性.最后实证研究兰州市城市交通网络拓扑动态性.本课题的完成,不仅为更好的设计和优化VANETs网络协议提供理论基础和方法支撑,而且为兰州市交通规划、设计和管理提供科学依据.

车载自组织网络在智能交通中具有广阔应用前景。动态性是车载自组织网络拓扑结构的重要特征之一，研究拓扑结构的特征对车载自组织网络协议开发和网络管理具有重要意义。本课题研究了车载自组织网络的拓扑结构动态特性: (1) 根据节点移动轨迹的特性提出了基于卡尔曼滤波器的位置预测算法，进一步提出了一种基于卡尔曼滤波器移动轨迹预测的HELLO协议和一种适用于城市车载自组织网络的卡尔曼预测混合路由算法。(2) 采用复杂网络理论比较研究了在理想信道条件下和在衰落信道条件下车载自组织网络动态拓扑结构的瞬时特征和时序特性。(3) 研究了不同信道条件下车载自组织网络的连通性演化特性，提出了基于节点有效传播覆盖范围的链路持续时间及链路持续时间分布的分析模型，同时，提出了保证服务质量的基于马尔科夫决策的混合信道访问控制优化策略。(4) 针对车载自组织网络的抗毁性问题，分析了其在随意攻击和蓄意攻击下网络的抗毁性特征，提出了基于抗毁性的网络拓扑结构优化策略。(5) 实证研究了河谷型城市兰州市的公交网络的脆弱性，进一步提出了一种以公交车辆与公交车站作为骨干网络的异构车载自组织网络多属性模糊决策路由协议。综合运用数学模型、分析、计算机仿真等手段，对新协议、策略和算法进行了研究与性能评价。