一种城市场景中有基础设施的车联网连通性模型推演方法。本发明专利技术定义了主干路网：由若干路口网关i1,i2,...,im组成，这些路口网关与一组道路r1,r2,...,rn相邻，其中n＝m-1。通过获取主干路网中每条道路上所有车辆的行驶速度和所配备的车联网无线通信装置的传输范围以及统计这些道路上的车辆密度，对主干路网的连通性的四种属性进行建模。本发明专利技术针对城市场景中车联网客观存在互连互通耦合度低、应用程序需求存在差异等问题，研究了消息经由城市道路及路口网关组成的主干路网传播，形成车联网互联互通时的四种连通性质，根据这些性质提出了城市场景中有基础设施的车联网连通性模型，这对车联网大规模网络应用的发展有着重要的理论指导意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及车联网
技术介绍
车联网的目标和特性决定了车联网是一个庞大、复杂、由不同的分层网络组成的 一个异构网络系统。它的组成包含=部分:①车体域，主要由车内各种传感器和终端节点组 成一个小型车体网络，用来获取车内信息和邻近车辆的实时信息;②物理空间域，主要由物 理环境中的各种网络组成，包括不同类型的路边基础设施网络、车体网W及移动通信网络 等;③信息空间域，主要包括接入网络类型、网络的服务质量、协议类型、网络带宽、终端能 力等。车联网各个组成部分之间不协调运行是影响车联网通达性的根源之一。 因此，在新型车联网大规模网络体系中，如何从整体角度出发，提供车联网基本属 性和分析方法，有效分析在高动态环境下的网络性能，解决车联网大规模网络的相关技术 问题，是车联网大规模网络研究所面临的一个难点。 目前相关研究人员的研究主要侧重于车辆自组织网络（Vehicular Ad-hoc 肥Twork , VANET)、基于基础设施的车联网网络（Vehicular Infrastructure-based 肥Twork，VI肥T) W及VA肥T与VI肥T混合网络方面进行了相关研究。 ①在车辆自组织网络VANET 目前，研究者利用仿真和分析法对VANET的连通性随时空变化如何改变开展了研 究： i.仿真方面: (a)VA肥TW稳定良好拟合度服从幕律；（b)它没有表现出小世界特性；（C)中介中屯、度和游 说中屯、度对于描述其网络结构特性是充分和适当的；（d)VANET网络图包括一个巨大的集 群；（e)车辆到达和离开巨型集群在不同时间尺度上均表现出突发性；（f)集群的连接在一 段时间内保持稳定；（g)密集集群同时包括小度值和大度值的节点；化)VANET包括重叠的社 区；（i)紧密社区的规模在非常小的尺寸上变化;（j)VA肥T图不具有鲁棒性。 ii.分析法方面 常促宇等W介绍了车辆自组网的发展历史、特点和应用领域，使用分析和比较的 方法，讨论各种无线通信技术用于车辆自组网的优缺点，并针对车辆自组网的应用及特性 提出搭建车辆之间通信系统的设计思想和突破方向。册I-H等W分析了在一条受信号灯控 审揃城市道路上的VA肥T连通性的动态变化，并研究了更一般的k连通网络化-connected) 问题，通过仿真验证了即使车辆移动受交通灯控制，文中得到的连通性分析与仿真结果有 良好的近似。LO化LOUDES N等W分析了基于真实和仿真移动轨迹的VA肥T的瞬时拓扑特征 和统计特性，并考虑了市场渗透率对网络连通性的影响。刘业等首先分析推导了高速公 路VANET中某特定路段上任意两车之间的连通概率、连通集直径长度W及连通集数目等连 通性模型参数指标与车辆密度及传输距离之间关系的数学解析式，并在此基础上分析 VA肥T的节点位置是满足伽马分布的结论。熊巧等[1叫尋VA肥T建模为路径损耗几何随机图， 推导得出用于高速公路场景中VA肥T 1-连通性必要条件的概率分析算法，并借助经过验证 的车辆运动轨迹数据做了大量模拟实验，得出了确保网络中不存在孤立节点情况下，每个 节点的通信距离应满足的上下界。 ②基于基础设施的车联网网络(VWET) A抓RABOU A等U2]采用有效带宽理论和实际容量的概念获得R洲之间的最大距 离，并研究了车辆密度、传输范围W及车辆速度差异对端到端的分组传送延迟的影响W解 决RSU部署问题。SALVO P等W3提出了 S种算法来扩展VA肥T中的RSU的覆盖区域，利用发送 方节点位置和几何原理选择转发方向。通过分析结果获得最佳RSU和OBU的安装配置方案。 LIU Y等W嘴VA肥Ts中的文件下载设计了一个新的RSU部署策略，把车辆和RSU之间的连接 建模为连续时间齐次马尔可夫链，把道路网络建模为一个加权无向图，并基于图的边的深 度优先遍历算法，设计了一个针对文件下载的RSU部署算法。陈丽等在没有部署稠密RSU 的VA肥T中，利用公交车作为移动网关进行I2V数据转发。首先将公路网模型转换为状态-空 间图，再运用马尔可夫决策方法求解得出最优转发决策，在满足约束传输成功率阔值要求 条件下，选择传输延迟最小的路口节点作为数据包与目的车辆的最优汇聚节点。 MATOLAK D W等[^在乂2￥信道中采用经验模型并使用计算机仿真演示了高速公路 环境中V2V终端用户在不同传输速率下使用LTE进行宽带无线接入的可行性。ABID H等 使用LTE网络用于V2I通信，提出了一个基于LTE智能手机的VANET架构，适用于高速公路，而 不是城市场景。REMY G等提出LTE4V2X架构，利用LTE网络中的eNB作为VANET集群管理的 基础设施，并采用围绕eNB的集中式架构，W优化集群管理，并提供更好的性能。KIHL M 等评估了多个城市和农村的场景下不同下行链路调度策略的性能，实验结果表明，LTE 车载通信非常适合农村的场景。IDE 0等[^通过增加道路网络中传感器数量来估计车辆行 驶时间，并使用可扩展的基于若干实验指标的Nage^Schreckenberg模型、射线跟踪模拟和 马尔可夫模型来分析车辆行驶时间的估计准确度，W及对LTE空中接口的负面影响之间的 平衡。 ③VA肥T与VI肥T混合的网络 网络体系结构和信道接入技术对车联网有着很大影响。V2V通常使用IE邸802. Ilp 作为物理层和MAC层协议，而V2I可采用WiFi，WAVE，WiMAX和LTE。由于每种接入技术都有限 审IJ，混合使用反而对V2I和V2V通信更有帮助。 YANG Kun，SHAN Lianhai等口I'22]首次将WiMAX技术应用于车辆通信网络，为车辆 及其用户进行车载移动宽带无线接入。范存群等针对垂直切换技术普遍不能支持 WAVE、WiMAX和3G间的垂直切换运一问题，提出了一种基于贝叶斯决策的垂直切换算法。仿 真实验结果表明，该算法不仅有效地实现WAVE、WiMAX和3G无线接入技术之间的垂直切换， 而且避免了兵鸟效应，保证了网络及时更新。DOYLE N 0等在一个简单的VA肥T 中，评估了 Wi-Fi提供V2V通信而WiMAX用作V2I通信时的性能。流式视频、流式音频和视频会 议可W在其搭建的V2V2I环境中成功运行。ZHAO 〇1叫巧611等[2^第一次尝试了在VANET中通 过3G辅助数据传输，文中提出了一个称为3GDD的方法，通过求解原优化问题中的整数线性 规划问题来分配每个时隙的可用3G流量。YAACOUB E等nw研究了V2I通信中使用可伸缩视 频编码的实时视频流传输协作技术，考虑使用LTE和WAVE技术为移动中的车辆提供通信，比 较了不同的视频传输模式，得出LTE基站和使用WAVE路边基础设施单元之间的联合协作效 果最好的结论。 从现有国内外研究现状可W看出，目前已有的车联网大规模网络环境下的互连互 通相关的研究工作缺乏对理论模型深入系统的研究，更多的集中于VANET和一些特定场景 下的无线通信技术之间的应用集成，从而难W指导由于车联网信道的高度时变性、突出的 多普勒效应和网络拓扑的不确定性等因素带来的大规模异构网络网元之间的有效集成，使 得车联网大规模网络互连互通的实时性存在极大的局限，将会带来效率和性能上的严重不 足本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种城市场景中有基础设施的车联网连通性模型推演方法，其特征在于，步骤一、将基础设施部署在道路交叉口，这些基础设施称为车联网路口网关(Intersection Gateway)，由这些网关负责对车辆需要发送和接收的消息进行中继；城市场景础设施的车联网大规模异构网络由行驶中的车辆和固定在每一个道路交叉路口中基于基的车联网路口网关组成；车辆配备了与其他车辆进行V2V通信的接口以及与路口网关进行V2I通信的接口，同时车辆还具有蜂窝网络的通信功能，并借此接入移动互联网；位于路口的车联网路口网关则具备了与车辆进行I2V通信的接口，并且通过有线的方式接入了互联网；路口网关的I2V范围只覆盖了它所在路口周围的车辆；步骤二、车辆通过全球定位系统(GPS)接收器或其它定位服务获得其地理位置；同时车辆还确定与自己相邻的交叉路口的位置；步骤三、将城市街道地图抽象为图G(I,R)，包括路口网关i∈I和连接这些路口的道路r∈R；对于任何两个路口网关IGA和IGB，(IGA,IGB)∈G当且仅当有一段道路连接IGA和IGB并且车辆可以在该段道路上行驶；步骤四、基于以上步骤的基本概念，本专利技术定义了主干路网：定义1主干路网R：由若干路口网关i1,i2,...,im组成，这些路口网关与一组道路r1,r2,...,rn相邻，其中n＝m‑1，通过获取主干路网中每条道路上所有车辆的行驶速度和所配备的车联网无线通信装置的传输范围以及统计这些道路上的车辆密度，可以对主干路网的连通性的四种属性进行建模，它们分别是表示在一定车辆密度和传输范围下主干路网连通时的可能性，不可靠性，非实时性和消耗程度；连通性模型表征为：主干路网R包括由一组道路r1,r2,...,rn连接的路口所在的基础设施路口网关i,i2,...,im，其中n＝m‑1；路口网关i1是主干路网中源车辆连接的第一个路口网关，im是主干路网中的最后一个路口网关，它连接到目标车辆；其中非实时性约束可以转换成一个上限Tth，其值取决于源车辆的车联网应用程序的需求，同样的连通的消耗和不可靠性也有相应的上限Dth和URth，在城市场景中有基础设施的车联网内，数据分组从源车辆发出，由中继车辆通过逐跳转发和携带转发模式进行转发，直至到达目标车辆的过程中为了在满足可容忍的连通的非实时性T(R)，消耗D(R)和不可靠性UR(R)的限制下连通可能性最高Pc(R)所经过的道路和交叉路口组成的主干路网R的连通性模型通过下列形式表示：C(R)=maxRPc(R)---(24)]]>满足：T(R)=Σj=1nTj(R)≤Tth---(25)]]>D(R)=Σj=1nDj(R)≤Dth---(26)]]>UR(R)=Πj=1nUR(R)≤URth---(27)]]>其中，C(R)为数据分组从源车辆Vs发出直至到达目标车辆Vd的连通性，Pc(R)为主干路网R的连通可能性，Tth，Dth和URth分别表示这一条主干路网上可容忍的连通的非实时性、消耗和稳定性的阈值。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程久军，程骏路，臧笛，徐娟，吴潇，陈福臻，鄢晨丹，杨阳，邵剑雨，廖竞学，秦鹏宇，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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