稳定。
【发明内容】
[0019] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，公开一种城市场景中有基础设施的车联 网连通性模型，针对城市场景中车联网客观存在互连互通禪合度低、应用程序需求存在差 异等问题，研究了消息经由城市道路及路口网关组成的主干路网传播，形成车联网互联互 通时的四种连通性质，根据运些性质提出了城市场景中有基础设施的车联网连通性模型， 流程图如图1所示，运对车联网大规模网络应用的发展有着重要的理论指导意义。
[0020] 本发明技术方案表征为：
[0021] -种城市场景中有基础设施的车联网连通性实现方法，其特征在于，
[0022] 步骤一、将基础设施部署在道路交叉口，运些基础设施称为车联网路口网关 (Intersection Gateway)，由运些网关负责对车辆需要发送和接收的消息进行中继。城市 场景中基于基础设施的车联网大规模异构网络由行驶中的车辆和固定在每一个道路交叉 路口的车联网路口网关组成。车辆配备了与其他车辆进行V2V通信的接口 W及与路口网关 进行V2I通信的接口，同时车辆还具有蜂窝网络的通信功能，并借此接入移动互联网。位于 路口的车联网路口网关则具备了与车辆进行I2V通信的接口，并且通过有线的方式接入了 互联网。路口网关的I2V范围只覆盖了它所在路口周围的车辆。
[0023] 步骤二、车辆通过全球定位系统(GPS)接收器或其它定位服务获得其地理位置。同 时车辆还确定与自己相邻的交叉路口的位置。
[0024] 步骤=、将城市街道地图抽象为图G(I，R)，包括路口网关iel和连接运些路口的 道路rER。对于任何两个路口网关IGa和IGb, (IGaJGb) EG当且仅当有一段道路连接IGa和 IGb并且车辆可W在该段道路上行驶。
[0025] 步骤四、基于W上步骤中的基本概念，本发明定义了主干路网：
[0026] 定义1主干路网R:由若干路口网关。42，...4"组成，运些路口网关与一组道路 ；Ti,r2,. . .，rn相邻，其中n=m-l。
[0027] 通过获取主干路网中每条道路上所有车辆的行驶速度和所配备的车联网无线通 信装置的传输范围W及统计运些道路上的车辆密度，可W对主干路网的连通性的四种属性 进行建模，它们分别是表示在一定车辆密度和传输范围下主干路网连通时的可能性，不可 靠性，非实时性和消耗程度。
[0028] 连通性模型表征为：
[00巧]主干路网R包括由一组道路ri，r2, ... Jn连接的路口所在的基础设施路口网关i， i2,. . .，im，其中n=m-l。路口网关ii是主干路网中源车辆连接的第一个路口网关，im是主干 路网中的最后一个路口网关，它连接到目标车辆。
[0030] 主干路网的连通性问题可W转变成寻求最优或者近似最优的主干路网。所谓最优 或近似最优的主干路网是在满足可容忍的连通的非实时性，消耗和不可靠性的限制下连通 可能性最高的路口网关序列组成的主干路网。其中非实时性约束可W转换成一个上限Tth, 其值取决于源车辆的车联网应用程序的需求。同样的连通的消耗和不可靠性也有相应的上 限D化和UR化。
[0031] 在城市场景中有基础设施的车联网内，数据分组从源车辆发出，由中继车辆通过 逐跳转发和携带转发模式进行转发，直至到达目标车辆的过程中为了在满足可容忍的连通 的非实时性T(R),消耗D(R)和不可靠性UR(R)的限制下连通可能性最高化(R)所经过的道路 和交叉路口组成的主干路网R的连通性模型通过下列形式表示：
[003。 C供=m阻妃脚 (24) 民
[003；3]满足；
[0034] T(R) = &-,(民）<而, (25) / 二1
[003引 Dm 二 (民、<0", (%) / 二1
[0036] U/m 二 flu/m 含 UR", 心） M
[0037] 其中，
[0038] C(R)为数据分组从源车辆Vs发出直至到达目标车辆Vd的连通性，
[0039] Pc(R)为主干路网R的连通可能性，
[0040] Tth, D化和UR化分别表示运一条主干路网上可容忍的连通的非实时性、消耗和稳定 性的阔值。
[0041] 本发明提出了一种城市场景中基于基础设施的车联网大规模异构网络的连通性 模型，有效解决大规模开环跨域系统的连通性问题，支持互连互通网络的实时构建，维护大 规模开环跨域网络系统的稳定。从根本上解决车联网大规模信息的交换，支撑大区域环境 下的交通拥堵、交通安全、雾靈治理等实时数据采集的应用需求。
【附图说明】
[0042] 图1本发明的流程示意图。
[0043] 图2基于基础设施的车联网大规模异构网络。
[0044] 图3两条车道按传输范围划分。
[0045] 图4通过反方向行驶的车辆和路口网关修复断链。
【具体实施方式】
[0046] 由于城市中车辆密度分布极不均衡，很多时候许多地方的车辆密度太低，导致处 于运些位置的车辆没有办法通过V2V的方式接入车联网。因此单单依靠 V2V的通信方式是没 有办法支撑整个车联网的互联互通的，需要有支持V2I通信方式的基础设施的介入W及其 他无线广域网如蜂窝网络的辅助。
[0047] 本发明提出一种将基础设施部署在道路交叉口，运些基础设施称为车联网路口网 关（Intersection Gateway)，运些网关可W负责对车辆需要发送和接收的消息进行中继， 并向网络中的车辆提供必要的辅助信息。路口网关需要具有关于本地网络拓扑的最新信 息，W便它可W更新各条道路的统计数据。
[0048] 城市场景中基于基础设施的车联网大规模异构网络由行驶中的车辆和固定在每 一个道路交叉路口的车联网路口网关组成，如图2所示。车辆配备了与其他车辆进行V2V通 信的接口 W及与路口网关进行V2I通信的接口，同时车辆还具有蜂窝网络的通信功能，即可 W通过3G或4G网络直接接入移动互联网。位于路口的车联网路口网关（W下简称路口网关） 则具备了与车辆进行I2V通信的接口，并且通过有线的方式接入了互联网。路口网关的I2V 范围只覆盖了它所在路口周围的车辆，而并不覆盖整个城市。根据车辆的所在位置，其生成 的消息到达最接近的路口网关之前可能需要通过多辆车进行中继，反之亦然。
[0049] 城市街道地图可W抽象为图G(I，R)，包括路口网关iei和连接运些路口的道路r ER。对于任何两个路口网关IGa和IGb, (IGa，IGb) EG当且仅当有一段道路连接IGa和IGb并且 车辆可W在该段道路上行驶。基于W上的基本概念，本发明定义了主干路网：
[0化0] 定义1主干路网R:由若干路口网关..，im组成，运些路口网关与一组道路 ；Ti,r2,. . .，rn相邻，其中n=m-l。
[0051] 目前车辆大多可W通过全球定位系统(GPS)接收器或其它定位服务获得其地理位 置。同时车辆也可W使用车载导航系统获取电子地图，来确定与自己相邻的交叉路口的位 置。国内各大城市均推出了实时路况信息服务，如北京[31]、上海[32]等，同时国内各大互 联网公司也都在自身的电子地图或导航类产品中加入了路况等数据的显示。但运些路况信 息的粒度较粗，而在国外，运类数字地图数据已经出现数据更加翔实、粒度更细的商业化产 品。例如MapMechanics公司旗下的alImapdata产品[33]，其中包括了道路上车辆的平均行 驶速度和各道路上的车辆密度等多种数据。
[0052] 通过获取主干路网中每条道路上所有车辆的行驶速度和所配备的车联网无线通 信装置的传输范围W及统计运些道路上的车辆密度，可W对主干路网的连通性的四种属性 进行建模，它们分别是表示在一定车辆密度和传输范围下主干路网连通时的可能性，不可 靠性，非实时性和消耗程度。
[0053] (1)连通的可能性
[0054] 下面考虑一条双向单车道道路的情况，其中车辆可W沿着道路朝着两个相反的方 向行驶。每一段道路具有两个车道，如图3所示。每条车道都被分成相等间隔的区域。每个区 域对应于一个传输范围化，即根据车辆的传输范围把双向车道等分为长度为化的区域。消 息可由同向行驶的车辆逐跳转发，也可能由沿相反的方向移动的车辆负责中继。
[0055] 现假设可W获取到关于在道路图G每段道路的统计数据，运些统计数据包括如下： i)道路rU：车辆的平均速度(记为玄）和ii)平均车辆密度（由Pw和Pe分别表示西向和东向车 道的平均密度），其中平均车辆密度为单条车道上单位长度内车辆的数目。
[0056] 记主干路网R的连通可能性为化。为了计算化，首先需要推导出道路'^^￡ Iri, T2, ...，rn})的连通可能性化J。车辆在道路上行驶过程中，数据分组优先沿车辆的行驶方向 同向传播。为了增加连通的可能性，可W利用双向车道场景中反方向行驶的车辆，如图4所 示，同时在路口附近，可W利用路口网关进行消息的中继。在运样的设计下，断链定义为在 道路n上两辆同向行驶的前后车辆Vk和Vw之间的距离Dk>化时的链路。如果在运两辆车彼 此的传输范围内有对向车辆或者路口网关可W将Vk和Vk+i连通，则称运个断链是可被修复 的。
[0057] 随机变量Vw和Ve分别表示西向和东向车道中每一段长度为化的间隔中的车辆数， 如图3所示。假设两条车道内的车辆均服从正态分布，则Vw和Ve服从泊松分布，有如下的概率 质量函数：
[0060]由于两条对向车道互相之间是平等的，下面W往西行驶的车辆为例。使用（2)式， 东向车道上某条链路由于西向车道无车导致的不可修复的概率Pnf为：
[006。巧/=/化=0)=6仙 (3)
[0062]考虑到当路口网关可W参与消息的中继，该链路的