高动态环境下车联网络信息可靠传输与资源优化管理

Internet of Vehicles(IoV) is an important part of future Intelligent Transportation Systems. Reliable communications among users, under the high dynamic environments, are the key techniques. 5G can be capable to improve the performances in aspect of wireless networking and dynamic management in the large scale and distributed IoV. In this project, we are aiming at solving the contradict problems that affect the transmission performance of users, such as reliability vs randomness, real-timeness vs heterogeneousness, redundancy vs optimization, openness vs secrecy, globe optimization vs distributed management. First, the uncertain dynamic features of communication environments and mobility of vehicles are modeled by some statistical characteristics. The techniques of ultra-high frequency communications, high rate transmission, flexible management of power and channels are used to deal with the different challenges such as large-scale, mobility, distributed and asymmetric information, respectively. Multiple requirements of uses, such as outage, time delay, anti-interference and security, are considered, and the problems with multiple objects and multiple constraints are formulated. We attempt to set up the framework of management which can adapt to the dynamic wireless communication environment and guarantee the reliable transmission. At last, the proposed theoretical methods will be verified through the joint experiment schemes of indoor semi-physical simulation and outdoor test. The researches of the project will promote the 5G oriented technology of IoV to match toward practicability in the future.

车联网是未来智能交通的重要组成部分，在高动态环境下实现网络用户间信息的可靠传输是保证系统有效运行的关键。5G技术为大规模分布式车联网动态管理提供了更大的性能提升空间。本项目旨在解决影响用户可靠传输的多重矛盾性问题（可靠性与随机性、实时性与异构性、冗余性与最优性、开放性与安全性、全局优化与分布式管理）。首先从概率统计出发分析如何描述网内通信环境、车辆移动等所造成的动态特征，将不确定信息进行参数化表示。继而利用高频通信、高速传输、灵活的功率频率管理，快速的中继选择策略应对车联网全覆盖、移动性、分布式、信息不对称等问题；利用优化理论将用户诸如中断、时延、安全等需求纳入约束。构建多目标多约束的优化和制约关系，从整体上保证信息传输的可靠性，建立适应高动态环境，具有高鲁棒性的车联网可靠传输策略。最后通过半实物仿真与室外测试相结合的方式验证理论成果。本项目研究将推动面向5G应用的车联网技术向实用化迈进。

由“物联网”衍生的“车联网”，将成为未来智慧城市的重要标志。车联网预期实现车联万物，车联网络通信在现代化智能交通系统扮演着重要的角色。近年来，5G技术逐步商用化，无线通信技术的快速发展和应用为车联网通信的研究带来了新的机遇和挑战。但与此同时，由于5G技术信道状态的复杂性以及车联网中移动用户的随机性，使得诸多不确定因素共存于系统之中，如用户数量、信道状态、拓扑切换、可用信息以及用户信息安全等方面。车联网具有分层异构网络的特性，其快速移动和网络环境变化的特征尤为明显，反映在系统设计和资源管理中参数的不确定性和随机性。针对高动态环境对于车联网无线可靠传输提出了新的挑战，本项目重点考虑了车联网用户大数量、高速度、高密度、高复杂性等高动态特点以及极低延迟、超高可靠性等特点，设计了资源优化管理策略。项目执行过程中，主要完成了以下几个方面的工作：（1）车联网资源优化分配与可靠传输；（2）中继模式和携能网络中的车联网通信覆盖与资源调度策略；（3）基于非合作博弈的分布式无线资源管理策略；（4）车联网及无线网络安全传输策略；（5）扩展至水下通信网络资源优化分配与可靠传输。本项目所研究的旨在提高用户传输速率、降低时延等方面服务需求的优化策略，以及提高车联网无线通信系统的安全性的综合管理方法，为推动面向5G应用的车联网技术向实用化迈进提供有益的参考。