【摘要】：混合車載網(wǎng)由用于數(shù)據(jù)收集的傳感器網(wǎng)絡(luò)和負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)能囕d網(wǎng)構(gòu)成。隨著互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的到來,為了實(shí)現(xiàn)大范圍區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)的快速和高效的收集與傳輸工作,混合車載網(wǎng)已逐漸成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域內(nèi)研究熱點(diǎn),受到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。為了減少信息傳輸時(shí)延,降低節(jié)點(diǎn)能量消耗,提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率,本文對(duì)混合車載網(wǎng)中資源部署和優(yōu)化算法進(jìn)行了深入的研究,在相應(yīng)的場(chǎng)景下分別提出了對(duì)于路邊節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部署問題、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)部署問題和虛擬骨干網(wǎng)構(gòu)建問題的解決方案。第一,在高速路環(huán)境下,車輛具有勻速直線移動(dòng)的特性,且車輛移動(dòng)速度快,道路上車輛密度較小,車輛自組織的車載網(wǎng)極不穩(wěn)定,準(zhǔn)確分析信息在高速路環(huán)境下的傳輸時(shí)延并由此合理優(yōu)化部署路邊節(jié)點(diǎn)是保證車載網(wǎng)運(yùn)行效率的重要環(huán)節(jié)。本文中,通過對(duì)路段上的車輛進(jìn)行分簇構(gòu)造車載網(wǎng)的移動(dòng)拓?fù)淠Ｐ?從而構(gòu)建信息傳輸?shù)臅r(shí)延模型。通過對(duì)時(shí)延模型的轉(zhuǎn)化可以求得時(shí)延、路長(zhǎng)、車速和車流密度之間的關(guān)系函數(shù)。當(dāng)車速和車流密度已知的情況下,可以得到信息傳輸時(shí)延與傳輸距離之間的單調(diào)函數(shù),根據(jù)該函數(shù)計(jì)算得到給定路段上滿足時(shí)延閾值的最少路邊節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。第二,在城市環(huán)境下,道路縱橫交錯(cuò),將城市區(qū)域劃分為不規(guī)則的網(wǎng)格區(qū)域,車載網(wǎng)中的車輛在道路上來回穿梭,車輛的移動(dòng)具有隨機(jī)性。當(dāng)統(tǒng)計(jì)樣本足夠大時(shí),可以得到車流密度與車速之間的關(guān)系,而車輛進(jìn)出路段的事件則可以視為滿足泊松分布。在本文中,根據(jù)城市道路的網(wǎng)狀特性,將城市道路圖轉(zhuǎn)化為圖模型,并將邊長(zhǎng)與信息傳輸?shù)臅r(shí)延建立聯(lián)系。本文分別設(shè)計(jì)了三個(gè)基于該圖模型的路邊節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部署貪婪算法,通過遺傳算法對(duì)前述貪婪算法求得的可行解進(jìn)行迭代優(yōu)化求得滿足時(shí)延閾值的最少路邊節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。通過實(shí)驗(yàn)證明,本文提出的解決方案相比No LP、NN、RR、Thresh和Sort LP等算法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。第三,在城市環(huán)境下,公交車按照既定的路線行駛,根據(jù)班次的排班表循環(huán)行駛在道路網(wǎng)中。在以公交車載網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、傳感器網(wǎng)進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)收集的混合車載網(wǎng)中,公交車網(wǎng)與傳感器網(wǎng)屬于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò),需要部署網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)對(duì)兩個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)建立連接。出于時(shí)延和部署成本的考慮,本文分別設(shè)計(jì)了最少網(wǎng)關(guān)優(yōu)化部署算法和最小平均時(shí)延的網(wǎng)關(guān)優(yōu)化部署算法,最少網(wǎng)關(guān)部署主要目標(biāo)就是通過部署最少數(shù)量的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)使其覆蓋城市環(huán)境中所有的子區(qū)域,以保證子區(qū)域中的傳感器數(shù)據(jù)能夠及時(shí)收集并轉(zhuǎn)發(fā)到公交車載網(wǎng)絡(luò)中;最小平均時(shí)延的網(wǎng)關(guān)部署算法主要目標(biāo)是部署盡可能少的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn),使得網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)通過公交車載網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)侥繕?biāo)位置(數(shù)據(jù)中心)的平均時(shí)延最小。因?yàn)楣卉嚨能囕v較少,運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng),導(dǎo)致信息從公交車網(wǎng)到數(shù)據(jù)中心的傳輸時(shí)延較長(zhǎng),為了使時(shí)延能夠控制在一定的容忍范圍內(nèi),需要對(duì)公交車載網(wǎng)部署適量的路邊節(jié)點(diǎn),本文針對(duì)該問題提出了最少路邊節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部署算法。通過嚴(yán)格理論推導(dǎo)證明和實(shí)驗(yàn)對(duì)比,本文所提出的近似算法均可以求得近似最優(yōu)解,且優(yōu)于對(duì)比算法。第四,對(duì)于混合車載網(wǎng)中用于數(shù)據(jù)收集的傳感器異構(gòu)網(wǎng)絡(luò),信息在無線多跳網(wǎng)絡(luò)中的傳輸沒有固定的路徑,為了避免網(wǎng)絡(luò)擁塞,減少信息傳輸時(shí)延,降低能耗,從而延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命,通常構(gòu)建虛擬骨干網(wǎng),信息經(jīng)過虛擬骨干網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。已有的虛擬骨干網(wǎng)的構(gòu)建技術(shù)中,最小化虛擬骨干網(wǎng)容易導(dǎo)致骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能量消耗過快而降低網(wǎng)絡(luò)整體壽命;動(dòng)態(tài)規(guī)劃虛擬骨干網(wǎng)則采用睡眠與喚醒策略,隨時(shí)更新骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn),導(dǎo)致骨干網(wǎng)也處于一定的動(dòng)態(tài)變化中;多網(wǎng)關(guān)多路徑的虛擬骨干網(wǎng)則偏向于數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)到固定網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的傳輸路由。本文中提出了一種基于強(qiáng)連通支配集的虛擬骨干網(wǎng)構(gòu)建技術(shù),對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中任意的一對(duì)節(jié)點(diǎn),其通過虛擬骨干網(wǎng)的最短路徑長(zhǎng)度不超過其在原網(wǎng)絡(luò)中最短路徑長(zhǎng)度的常數(shù)倍。基于該技術(shù),本文分別設(shè)計(jì)了集中式的構(gòu)造虛擬骨干網(wǎng)的近似算法和分布式的構(gòu)造虛擬骨干網(wǎng)的近似算法。經(jīng)過嚴(yán)格的理論推導(dǎo),可以精確求得算法的近似比和虛擬骨干網(wǎng)的常數(shù)倍特性值。通過實(shí)驗(yàn)證明,本文設(shè)計(jì)的算法構(gòu)造的虛擬骨干網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)間的平均路長(zhǎng)比對(duì)比算法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U463.6

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本文編號(hào)：2666471