具有时延限制的大规模车载网络容量研究

How to improve the information technology of vehicular networks especially the vehicular network connectivity will become an increasingly challenging issue, with the popularization of family cars and the development of vehicular electronic technologies. Vehicular ad hoc networks (VANETs) have the characteristics of high speed transmissions and efficient communications, and thus have been viewed as a promising approach for the vehicular applications such as traffic security, efficiency management, and multimedia sharing. In this project, we mainly focus on the capacity analysis of large scale VANETs with delay constraints. Based on the framework of network information theory, we analyze the capacity of large scale VANETs by using mathematical tools such as random geometry graph and stochastic dynamic programming. First, we analyze the characteristic of vehicular mobility patterns and the real vehicular mobility data, based on which we construct different vehicular mobility models. With the uniform distribution of vehicles, we investigate the network capacity of VANETs under different mobility models,and derive the capacity-achievable routing and the associated scheduling policy. Then, we study the capacity-delay tradeoff in VANETs,and quantify the impact of heterogeneous vehicle distributions on the capacity. Finally, we study the capacity improvement solutions by using different physical layer techniques (e.g., MIMO, network coding, and directional antennas) and transmitting patterns (e.g., unicast and multicast).

随着家庭汽车的普及和汽车电子技术的发展，如何提高汽车的信息技术水平特别是汽车间的网络互联能力具有重要的应用前景。车载网络通信具有快速、高效等特点，在交通安全、效率管理和多媒体娱乐共享等方面具有重要应用。本项目主要研究具有时延限制的大规模无线车载网络容量。基于网络信息论的研究框架，利用随机几何图、随机动态规划等数学工具分析大规模车载网络的容量。首先，通过分析现有的实际车辆运动数据和运动特点建立车辆移动模型，分析时延限制下车辆均匀分布时车载网络的容量，并研究可达网络容量的路由方法和调度策略。然后，研究网络容量-时延的折中，分析车辆的异构分布对网络容量的影响，并给出定量分析。最后，探讨网络容量的增强技术，利用不同的物理层技术（如MIMO、网络编码、定向天线）和传输方式（单播、多播）分析网络的容量增益。本课题的预期研究结果可以加深对车载网络容量的理解，为大规模车载网络架构设计和应用提供理论指导。

车联网时延和容量的研究具有重要的理论和应用价值。项目的主要研究内容围绕双向车道场景下车联网数据传送时延，内容中心混合无线网络容量，基于定向天线和Voronoi 分割的移动网络局部覆盖问题，具有群智感知能力的移动因特网接入及基于公交车骨干网的区域路由协议展开研究。.具体的，研究一般拓扑结构道路车辆间数据传输时延的计算，考虑车联网数据传送过程的多跳特性，结合无线信号发送半径、道路拓扑结构及交通信号灯的切换，通过分析应用场景并提出的数据传输算法有效的减少数据传输时延。研究两种不同的内容获取机制：均匀内容获取机制和异构内容获取机制，分析大规模网络节点下内容中心网络的容量界，并分析提高网络吞吐量容量的方式。研究研究节点随机分布的装备定向天线的无线传感网络覆盖问题，利用Voronoi分割技术将全局网络覆盖问题转化为局部网络覆盖问题，进而为实现分布式网络覆盖，覆盖新算法在理论和仿真上均能够大幅提高网络的覆盖率。研究基于群智感知的移动因特网接入服务一般模型，设计激励机制来保证其成功运行，利用吞吐量来量化机制的有效性，通过数据传送关系、资源贡献度和经济收入/支出来保证机制的公平性标准。提出新框架分析UPC服务，将其建模为从因特网到不同用户的管理多个单播组的多跳多径网状网，利用博弈论工具来刻画用户资源和服务能力的有效性和公平性，讨论网络拥塞对服务的影响，从服务建模、激励机制设计、分布式运行、应用场景及性能分析等方面进行理论分析及实验仿真。研究基于公交车骨干网的区域路由协议，针对表驱动路由协议应用于城市交通环境时所造成的网络拥塞问题提出一种改进的区域路由协议，根据公交车运行线路固定和速度稳定的特点，构建以公交车节点作为簇头节点，普通车节点作为簇内节点的簇，将区域路由协议引入到公交车骨干网中，通过主动路由和按需路由方式促进车辆节点的数据传输，建立公交车骨干网，利用公交车转发车辆节点信息，改善路由协议中传输延迟和丢包率高的问题。