车联网建模和统计性质分析及其路由策略综述

摘要：利用复杂网络理论和方法对通信网络进行建模、分析网络演化过程中的统计性质，进而指导路由策略优化，已经成为热点领域。分析了车联网建模、车联网统计性质分析、车联网路由策略优化，以及车联网路由协议设计等方面的研究现状，并提出从三个方面进行改进，分别是：采用有向加权图来描述车联网的拓扑结构；从车联网与移动自组织网络的统计性质差异入手，寻找影响车联网传输能力的关键统计性质；利用复杂网络，研究基于多输入多输出技术的多径路由（即同时利用多个信道、多条路径传输）优化策略。

关键词：车联网；路由策略优化；复杂网络；车联网建模；统计性质

中图分类号：TP393

文献标志码：A

Abstract：

It has been a hot research area using the complex network theory and method to model the communication network， analyzing the statistical properties in evolving process and guiding the optimization of routing strategies. The research status of the modeling， the analysis of the statistical properties， the optimization of routing strategies and the design of routing protocols in the Internet of Vehicles （IoV） were analyzed. In addition， three improvements were proposed. The first is using the directed weighted graph to describe the topology of IoV. The second is analyzing the key statistical properties influencing the transmission capacity of IoV based on the differences of statistical properties between the IoV and the mobile Ad Hoc network. The third is optimizing the multipath routing strategies based on MultipleInput MultipleOutput （MIMO） technologies by the complex network， which means utilizing multiple channels and multiple paths to transmit.

英文关键词Key words：

Internet of Vehicles （IoV）； routing strategies optimization； complex network； Internet of Vehicles （IoV） modeling； statistical property

0引言

随着物联网研究和应用的逐步深入和车辆间通信技术的发展，车联网（Internet of Vehicles， IoV）在道路交通安全（如碰撞预警、事故通告等）、交通诱导（如实时交通信息发布、路径规划等）、信息共享（如基于位置的服务、内容共享等）等方面面临巨大的发展机遇，引起了各国学术界和产业界的重视。例如，美国的车路协同（Vehicle Infrastructure Integration， VII）项目和IntelliDrive项目（《美国智能交通系统战略计划2010—2014》）、欧盟eSafety框架的InteractIVe和eCoMOVE项目、日本的Smartway和先进安全汽车项目、我国的国家863项目“智能车路协同关键技术研究”，以及由公安部、交通运输部、科技部三部委联合组织实施的国家科技支撑计划“国家道路交通安全科技行动计划”项目等。此外，2010年发布成为正式标准的车辆间短程通信标准电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers， IEEE） 802.11p和1609.x，以及欧洲的国际标准化组织（International Organization for Standardization， ISO）的 TC204、欧洲电信标准化协会（European Telecommunications Standards Institute， ETSI） 的TC ITS和CEN WG278标准，日本的无线工业及商贸联合会（Association of Radio Industries and Businesses， ARIB） T75等标准，均对车载自组网（Vehicular Ad Hoc NETwork， VANET）的应用提供了强有力的支撑。不仅如此，目前各种场地测试也在深入开展，包括美国的安全实验示范计划（Safety Pilot Model Deployment， SPMD），德国的simTD和法国的SCORE@F等，对VANET的大规模应用提供了极大的推动力。

车联网是一个开放的综合网络系统，包括VANET和移动互联网[1]。但是目前车联网尚未大规模部署，仍需要解决传输能力不足这一瓶颈问题。一般而言，可以通过优化网络结构性因素（如网络连接方式、节点处理能力、连接带宽等）和优化路由策略这两个方面来提高网络传输能力[2]。然而，提高网络传输能力首先需要建立能够描述网络结构和演化过程的网络模型，并基于网络模型深入认识网络的统计性质及其与网络性能的关系，才能根据统计性质有针对性地进行路由策略优化，从而通过控制拓扑来提升网络传输能力。由于VANET是车联网的主要组成部分，而且具有高复杂性，因此，目前车联网统计性质和路由策略的研究主要集中于VANET。复杂网络理论和方法为网络建模、统计性质分析提供了坚实的基础，同时基于复杂网络统计性质的路由策略优化也为网络传输能力的提升提供了指导和依据。本文将首先对车联网建模、基于复杂网络的车联网统计性质分析、车联网路由策略优化，以及车联网路由协议设计进行综述，然后提出三个改进措施，最后给出未来车联网路由策略优化的研究方向。