● 摘要
计算机技术、通信技术和传感器技术的飞速发展推动了车载网的发展，车载网通过高速移动的车辆来感知和传递道路周边信息，大大拓展了信息获取的范围和深度。车载节点拥有较为充足的能量、存储能力和处理能力，能够提供持久高效的服务。因此，车载网应用范围广泛，可用于安全驾驶、路况信息采集、交通流量检测、车辆交互与娱乐等多种智慧服务。由于车辆高速移动使得网络拓扑高度动态、车辆之间通信连接时间短，所以车载网的数据服务质量受到挑战。多车协同技术支持车辆之间的信息共享和任务分担，能够提升车载网的数据管理与服务效率。如何利用多车协同来优化车载网的数据存储和传输以提高网络服务质量，成为研究的重点和难点。
论文针对上述情况进行了较深入的研究，主要工作内容如下：
1. 车路协同的分布式存储方案CRS。现有的车载网分布式存储方案大都以车辆为存储节点，车辆高速移动使得存储效率受限。本文构建以路边单元为主存储节点，以车载节点为辅存储节点的存储方案。一方面，路边单元周期性地从控制中心获取数据，以响应车载节点的数据请求。路边单元的数据分配由车载节点的数据请求、车辆的路线规划和路边单元的存储空间大小等因素决定，是NP完全问题。本文首先假设车辆的数据请求不相同，构建二部图模型，将原问题转化为二部图的最大匹配问题，使用匈牙利算法有效求解；然后去除假设条件，清理冗余分配；最终得到多项式时间内可解的近似最优分配方案。另一方面，考虑到路边单元处的带宽竞争，可能使得一些数据请求未能响应，本文利用车载节点在短时间内协助存储和传输数据，以响应更多的数据请求，同时设计了协助积分机制来激励车辆参与协助存储。实验表明CRS存储方案提升了车载网的数据响应率，保证了数据服务质量。
2. 基于移动规律性的定向数据清理机制SuDA。目前车载网的数据清理主要使用洪泛确认信息的方法，尽管能够较快地清理冗余数据，但大量的确认信息又产生了新的开销。本文针对车辆移动有规律的场景，利用移动规律性，指导确认信息的定向传输，旨在提升副本清理效率。在相遇判断算法中，车载节点利用车辆相遇概率和预期相遇等待时间，通过时间有效性验证，避免了一些无效的确认信息传输；通过相遇概率比较，选择与待清理节点相遇概率较高的节点来转发确认信息，降低了确认信息的额外开销。在定向确认传输算法中，通过调节确认传输阈值，能够在清理时延和清理开销之间实现平衡，从而满足不同网络对数据清理质量的需求。实验表明SuDA机制降低了确认信息的传输开销，提升了数据清理效率。
3. 基于GPS信息的定向数据清理机制RAD。针对移动规律性较弱的车载网，本文依据待清理节点的GPS位置信息，由部署在交叉路口的路边单元对确认信息进行重新分发，旨在优化确认信息的传输路径。当车辆与路边单元通信时，在信息记录阶段，路边单元收集其通信范围内的车辆的确认信息，整合确认信息所包含的属性；然后在GPS定位阶段，路边单元获得待清理节点的GPS位置信息，计算方向角，据此为每个待清理节点选择确认信息的优化传输方向；最后是确认信息分发阶段，路边单元依据各个道路方向上对应的待清理节点个数，将所收集到的确认信息按比例地分发给沿各个道路方向行驶的车辆。实验采用了真实的出租车轨迹数据，结果表明RAD机制清理速度快，清理开销小。
4. 基于车辆协作和擦除编码的数据传输机制COTS。COTS机制旨在利用协作信息和编码特点，提升车车之间通信的传输效率。在车辆协作的数据块分配算法中，定义了车辆对数据包的传输能力模型，两个相遇车辆依据传输能力重新分配所携带的数据块；车辆协作的任务调度算法利用协作信息，定义了传输优先级模型，从而确定数据包的传输次序；车辆传输行为选择策略依据数据包的存储状态，设置不同的传输行为，将部分数据块的无线发送和接收行为用节点本地的删除和创建行为取代，节省了通信资源开销。实验表明，与传统方法相比，COTS机制提升了数据传输率，降低了传输开销，并保持较短的传输时延。
5. 面向机会通信的车载网仿真平台BHU-VSim。本文基于典型的机会网络仿真系统ONE，搭建了面向机会通信的车载网仿真平台BHU-VSim，其主要构成单元包括场景构建单元、数据容器单元、传输控制单元、服务优化单元和验证工具单元，其目标是提供通用的接口和平台，便于加载外部的模型、协议和算法，并能对它们进行对比和验证，实现车载网应用实例的模拟。本文在BHU-VSim系统中模拟了车辆实时路线规划的应用实例，并通过统计分析验证了平台的正确性。