基于路径重要度的城市车载自组网单播路由机制研究

Vehicular ad hoc network (VANET), as an important part of the intelligent transportation system, plays a great role in solving the urban traffic congestion and safety problems in modern society, especially in our country. This project aims to study the unicast routing mechanisms in urban VANET based on complex networks theory. First, we propose a path centrality measure by using the number of the shortest paths, and then investigate the path centrality in the urban road network as well as some basic topological properties of VANET based on statistical methods. Second, we propose a path-centrality-based unicast routing algorithm for VANET by using the biased random walks theory. Finally, we give a load congestion model for VANET based on complex networks theory, in order to estimate the maximum network throughput for VANET routing protocols. Furthermore, we measure the robustness of VANET routing algorithms based on attack methods from complex networks theory. This project provides some new ideals which may promote breakthrough innovations in the design of VANET routing protocols and an important reference for the formation of the standard for VANET routing protocols.

车载自组织网络（VANET）作为智能交通系统的重要组成部分，对解决当今世界特别是我国的城市交通拥堵和交通安全问题具有十分重要的意义。本项目基于城市场景中的VANET，运用复杂网络理论对单播路由寻径机制开展如下三方面的研究工作：首先，提出基于最短路径数的网络路径重要度评估策略，并利用复杂网络分析方法对城市道路网络路径重要度以及VANET拓扑基本特征进行统计分析；其次，采用复杂网络有偏随机行走的思想，提出基于路径重要度的VANET单播路由算法；最后，利用复杂网络交通流理论建立VANET数据拥塞模型，以测试与路由算法对应的网络最大数据吞吐量，并进一步借助于复杂网络攻击策略对路由算法的鲁棒性进行仿真测试。本项目的开展将为突破VANET路由机制研究面临的困难提供新的思路，为VANET路由协议标准的建立提供重要的参考。

复杂网络理论作为学术前沿热点，研究的是各种看上去互不相同的复杂网络之间的共性和处理它们的普适性方法，其涉及到统计物理、信息、数学、社会学、生物等诸多领域。近年来，复杂网络理论不断发展和完善，其在大数据处理和分析、复杂系统的预测和控制等方面得到了广泛的应用。.本项目从复杂网络拓扑结构和动力学过程两个角度开展研究，拓扑结构方面主要涉及复杂网络的链路预测问题，而网络动力学过程方面包括网络鲁棒性、网络路由算法和网络病毒传播等问题。.在链路预测方面，研究了简单单层网络的链路预测，提出了一种基于信息熵的链路预测算法，进一步将该算法推广到加权复杂网络和多层复杂网络，最后基于MapReduce技术，提出了一种适用于大规模复杂网络的共同邻居快速算法，并提出了基于共同邻居下界的链路预测架构。.在网络鲁棒性方面，重点分析了路径的重要性及其对网络结构脆弱性的影响，包括提出了一种可调路径重要性指标，并基于该指标对网络进行定长路径攻击测试，提出了一种近似最长路径迭代攻击策略。.在路由算法方面，分析了几种典型复杂网络路由算法的鲁棒性，提出了一种适用于静态无标度网络的混合路由算法，进一步分析了动态网络的拥塞现象和生存时间之间的关系，提出了一种基于路径中心性的车载自组网路由协议，最后提出了一种适用于多层耦合网络的路由模型。.在病毒传播方面，重点分析了基于SIR模型的病毒传播过程，进一步研究了交通流驱动的病毒传播过程，讨论了拥塞程度对病毒传播的影响，最后研究了基于随机行走的病毒传播过程。