面向车联网智能信息传输的关键新技术研究

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车联网(Internet of Vehicles)作为汽车驾驶、电子信息、交通运输等行业深度融合的新型产业形态,越来越成为各国竞相发展的重要方向。车联网以车内网、车际网和车载移动互联网为基础,利用先进的人工智能、信息处理、通信传输、电子传感及控制等技术,在车与X(X:车、路、人、服务平台)间进行无线通讯和信息交换,是实现智能交通、信息服务和车辆智能控制的一体化网络。车联网是一个典型的高速移动的通信网络,涉及动态交通场景中的信息传输、交互、重组、后台数据分析、决策支持等多个过程,信息在多种通信场景之间进行高效、可靠、智能地传输是研究的核心和关键。车联网特殊的应用环境以及节点的高速移动特性,使其在无线通信方面具有拓扑呈带状且频繁变化、路由连接可靠性差、链路传输时延大、数据采集及通信容易造成数据缺失等问题。本文针对车联网智能信息传输上述热点关键问题,从消息智能广播分发、车联网数据缺失修复以及数据分组路由传输三个方面进行了研究,即本文的论题“面向车联网智能信息传输的关键新技术研究”,研究内容和创新之处如下:(1)针对车联网消息广播分发,提出一种基于跨层的消息智能分发新方法(CLCBF,Cross-Layer Contention-Based Forwarding),以抑制局部广播风暴现象的发生,提高信息传输的实时性和有效性。该方法首先分析和研究冗余杂散分发问题;然后,在此基础上构建数学模型,计算和评估关键性能指标;接下来,实现基于跨层的时延转发自适应传输控制。通过车辆节点流动的蒙特卡罗模拟验证了所提出的方法。实验表明,所提方法提高了分布式消息分发的性能,有效地促进了车联网数据传输的智能水平。(2)针对车联网数据缺失修复,提出一种基于FNN的张量异质集成车联网缺失数据估计新方法(FTEL,FNN-Based Tensor Ensemble Learning),以应对车联网数据缺失、异常数据等低质问题。该方法首先基于车联网数据流特征构建张量模型;然后,将异质集成思想引入其归算建模中;接下来,利用模糊神经网络优化对张量分解及补全方法进行自适应动态加权异质集成,有效地提高归算精度。通过实证研究,证明了该算法的适用性和有效性。在随机数据元素缺失以及光纤结构性缺失情境下都能产生较为准确的归算结果。(3)针对数据分组路由传输,提出一种基于群智感知策略的可靠车联网数据传输新方法(VGCD,Vehiclar Grouping-Communicated Data),以提高信息传输的可靠性和高效性。该方法从基于车联网的城市环境监测这一新兴应用入手,进行数据感知检测与传输一体化设计,分两个部分:一是感知监测采集部分,基于城市空气质量采集的车辆群智感知协同监测,避免信息的冗余和通信过载。二是数据传输部分,提出一种可靠数据传输最小延迟混合路由方法。算法基于编码机制设计冗余策略提高数据传输的可靠性,将编码机制与路由设计相结合,融合路由切换思想,以最小化延迟为目标进行基于概率的路由决策。在直线路段,提出基于模糊逻辑预测的车辆自适应连通性分簇路由算法,降低车辆协作过程中的通信开销,确保网络的高连通性;在交叉路口,提出基于概率的最小延迟路由决策算法,降低信息传输时延。实验表明,所提方法有效地提高了数据感知采集与传输效率,增加了传输的可靠性。
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