车联网数据传输系统建模与性能基本极限理论研究

With the rapid development of broadband mobile communication technologies, intelligent vehicle terminals (including drivers’ and passengers’ smartphones) will become the important portals into the Mobile Internet. A new paradigm of communication networks, called the Internet of Vehicles (IOV), is being established over the network consisting of vehicles, roads, and people. The continuously increased demands of service application will put the heavy pressure of traffic on the underlying networks, i.e., IOV. Therefrom, there will be a big challenge to the transportation capacity of IOV. Existing works about the issues of data transportation in IOV mainly focus on devising dedicated transmission protocols for some special scenarios. They don’t synthetically take into account the diversity of communication architectures and information services, neither do deep analysis of the impacts of vehicle-road-people on the data transportation, nor systematically investigate data transmission scheme in IOV. Our project will model the data transportation in IOV from the aspect of analyzing the impacts of the complex relationships in the network of vehicles, the network of roads, the network of people, and the network of these networks, exerting on business requirements and performance enhancement for IOV’s data transportation. Our project will give the analytical methods and theoretical results for large-scale IOV data transportation. The project will provide some theoretical basis and practical guidance for evaluating the performance of data transmission protocols and optimizing the architecture of data transportation in IOV.

随着移动宽带通信技术的快速发展，智能车载终端（也包括司机和乘车人的智能手机）将成为移动互联网的重要入口。以（车，路，人）为主体的通信网络正在逐步建立。不断提高的信息服务需求将给承载网络（即车联网）带来越来越大的数据传输负载，使得车联网的数据传输能力也将面临挑战。当前车联网数据传输的相关研究主要面向车联网的局部场景来设计专用数据传输协议，尚未综合地考虑车联网复杂的通信架构和多样的信息服务类型，尚未深入地分析车-路-人网络对数据传输的影响，尚未系统地研究车联网的数据传输机制。本项目拟从通信网络、传输需求和逻辑关系三个层面来建模车联网网络层数据传输系统，解析车网、路网、人网之内以及三网之间的复杂逻辑关系对车联网数据传输的业务需求和性能增益两个方面的影响，给出大规模车联网数据传输性能基本极限的分析方法和理论结果，为评估车联网数据传输协议性能，优化车联网数据传输系统架构提供理论基础和实践指导。

当前移动宽带通信技术快速发展，尤其是5G技术正迅速普及，智能车载终端将成为移动互联网的重要入口。本项目针对车联网的数据传输问题开展研究。与相关研究大多面向车联网局部场景设计专用数据传输协议不同，本项目的特点是综合考虑车联网复杂的通信架构和多样的信息服务类型，深入分析车-路-人网络对数据传输的影响。主要内容包括：建立由逻辑关系层、传输需求层和通信网络层组成车联网数据传输系统模型，解析车网、路网和人网的关联性；设计利用层间关联性的数据传输机制，提高车联网数据传输效率。.取得的主要成果有：（1）在通信网络层方面：（a）针对车辆网中移动用户的邻居发现问题，设计了基于分布式聚类的自组织式邻居发现方法；（b）针对车联网的扩展性问题，提出了一种软件定义车联网架构；（c）针对网络控制层的流规则冲突的问题，提出了一种抽象网络状态的通用模型；（d）针对车辆网中用户与基站关联分配问题，设计了基于强化学习的优化方法。（2）在逻辑关系层方面：（a）针对关系特征选择问题，设计了基于最优计算预算分配技术的高效排序算法；（b）针对移动用户线上社交关系的空间分布问题，提出了用户移动轨迹与社交关系的关联性模型；（c）针对车辆流量预测和数据填补问题，提出了基于用户/终端物理和网络空间行为建模相结合方法。（3）在传输需求层的系统化影响方面：（a）结合逻辑关系和传输需求对数据传输的影响，提出了利用车辆行程信息共享及其行程相似性的数据转发机制；（b）针对面向行驶车辆的基于位置服务中的用户位置隐私问题展开分析；（c）针对逻辑关系层上用户产生内容的语义关联性，提出结合文档主题性和概念性抽象以及多层次化自动标记类别的分类方法。.本项目给出了一种车联网数据传输系统模型，提出了综合考虑车-路-人复杂关联性对车联网数据传输业务需求和性能增益影响的数据传输机制设计方案及相应性能分析方法；为推动车联网的大规模部署应用提供部分基础性技术。