不可修复概率降低为Pnf/ : (4)
[0064]
，其中L是该道路的总长。
[0065] 两辆同向行驶的前后车辆Vk和Vk+i间断链可修复概率Pf可由下式给出
[0067]其中，Dk表示车辆Vk和Vk+込间的距离。由于西向车道内化间隔的车辆服从泊松分 布，Dk服从参数为Pw的指数分布，为了计算化J，考虑到西向车道上可能有多条断链，随机变 量Q表示西向车道上断链的数量。如果所有的Q条链路都是可修复的，道路r請尤可W被视为 连通的。PwlQ表示假如有Q条断链时的连通条件概率。PwlQ可W写作
[0069] 其中，表示在道路rj西向车道上的车辆的数量，a表示道路长度与通信传输范围 比。
[0070] 为了获得道路n的总连通可能性，还应当求出Q的概率质量函数(即PQ(q))。根据定 义，断链是指当两辆同向行驶的前后车辆的距离比Tr大。Pb表示链路为断链的概率。任意两 辆同向行驶的前后车辆之间的距离呈指数分布，因此它的表达式是
[0071] 巧二？1.{公,> 7>}二户化於 (7)
[0072] 对于叫-1条链路来说，其中q条链路是断链的概率服从二项分布：
[0073] 戶〇(g) = fWj-l]x 戶/X(I-S)W--W (8) ~ i a ；
[0074] 所W，道路n的总连通可能性可W表示为 N-j_\
[00巧]巧' =么 .如)X 如） (9) q'=.Q
[0076] 最后，由n条道路形成的主干路网的连通可能性可由下式给出
(10)
[0078] (2)连通的非实时性
[0079] -旦主干路网处于连通状态，对于任何经由该主干路网传输的数据包来说，从它 从源车辆发送出来到送达到目标车辆所花费的时间可W用来表征连通时的非实时性。所谓 连通的非实时性，即一个数据分组通过主干路网R传输时从离开源车辆上的车联通信设备 直至到达目标车辆上的车联网通信设备的过程中所花费的时间T。鉴于主干路网R由n段道 路组成，且每一条道路n的非实时性为L，那么T可W表示为：
电11)
[0081] 非实时性L取决于在道路n上行驶的车辆的数量的和消息经由在道路rj上行驶的 车辆Vk和Vk+込间或者车辆Vk和路口网关IG之间传送所需的时间。数据分组从车辆Vk传送到 车辆Vw所需的时间取决于Vk用来转发消息的策略。如果Vk采用逐跳贪婪转发，非实时性是 处理和发送消息所需的时间，用tp表示。另一方面，如果Vk使用携带转发策略，用Vk所携带的 消息将W与作为该车辆的Vk相同的速度Sk行进。因此，该非实时性取决于Sk和由Vk携带该消 息直到它能够将消息转发给下一辆车Vk+1时所行进的距离，即当它进入Vw的传输范围内 时。为了估计非实时性T，下面分为两种情况考虑：
[0082] 如果道路长度L小于一个传输范围Tr,即a含1时，该道路的非实时性为tp，其中tp是 车辆或者路口网关用于处理和发送消息的时间。
[0083] 如果道路长度比传输范围大（即a >1)，消息将通过多跳技术沿道路上的中继车辆 转发。设随机变量V表示两条车道上长度为化的对应间隔上的车辆数。同样，V服从泊松分布 具有W下概率密度函数：
(12)
[0085] 为了计算在道路上的非实时性，需要考虑车辆转发消息所使用的策略。如果消息 被逐跳转发，该链路上的非实时性将和第一种情况一样为tp。另一方面，如果该消息由车辆 携带并转发，需要估计道路中的不具有任何车辆转发该消息的部分e。在运种情况下，在该 部分上接收到该消息的最后一辆车会沿该部分携带消息，直到它进入另一车辆的传输范围 内再转发。该部分(e)的估计表达式为
[0086] 房=./'（ V' 二 0)二 €_(&+似押 （口）
[0087] 同样的，由于车辆在路口时可W通过路口网关进行消息的转发，因此运部分还应 该排除车辆在路口网关通信范围的情况： (14)
[0089]在运种情况下，平均非实时性可W利用关于道路rj上车辆的平均速度计算得到。 如前所述，叫是道路n上车辆的总数。因此，道路n中的平均非实时性为：
(15)
[0091]其中，是车辆在道路j上的平均速度，记为
(16)
[0093] (3)连通的消耗度
[0094] 显然主干路网的连通能力不是无限的，数据包在主干路网中传输时会消耗运条主 干路网的连通能力，因此可W将运种消耗定义连通的消耗度。对于给定的主干路网R，数据 包对于某条道路rj上的消耗度可W通过数据包在该道路上传输过程中所经过的中继车辆 数来表示，运与道路的长度L和行驶在该道路中的车辆的传输范围化有关。如果L小于Tr(即 a <1)，那么无须中继车辆就足W在该道路上传送消息；如果车辆在路口网关的覆盖范围 内，那么可W将消息转发给路口网关;如果L比Tr大并且车辆不在路口网关的通信覆盖范围 内（即a含2)，那么消息或逐跳传输，或携带并转发。因此，数据包对于道路rj中的平均连通 消耗度的可写作： - 0， ?<1
[00巧]巧.U I <a <2 (17) 化(1 -+ a >2
[0096] 相应的，数据包对于由n条道路形成的主干路网R的连通消耗度可由下式给出：
(18)
[0098] (4)连通的不可靠性
[0099] 数据包在主干路网的传输过程中可能发生某些数据位损坏或者丢失，运就导致了 主干路网的连通不是百分之一百可靠的。采用路径质量的衡量标准之一误码率来表示城市 场景车联网中主干路网的连通不可靠性。误码率主要是受传输范围的影响。随着传输范围 的增大，由于信道衰落和干扰的存在，误码率随之提高。根据文献[34]，每连续两台车辆之 间的链路上的误码率可W被给定义为：
!Q;
[0101]其中Ql是一个常数，Pt为发送功率，Ptherm = QsRb是热噪声功率，02为常数，姑是数据 传输速率，2c7^是由Raylei曲密度函数描述的信号包络均方值[35]。z是连续的两台车辆之 间的距离。鉴于两车之间的距离Z为指数分布，Z的概率密度函数可W写成如下：
(20)
[0103] 其表示两辆同向行驶的前后车辆之间距离的条件概率，并且它们之间的距离小于 或等于传输范围Tr。因此，对于两辆同向行驶的前后车之间的一条链路的误码率数学期望 经计算可得： T,-
[0104] 置[B[民（7A = ? BERiiz).f/iz)(k (21) J 0
[0105] 并且，道路n的连通不可靠性URj的表达式如下：
[0106] URj = I-Q-E[肥化（Z)]) (22)
[0107] 最后，由n条道路组成的主干路网R的连通不可靠性由下式给出： '打'
[0108] t//2 = J~J URI (巧） 户1
[0109] (5)连通性模型
[0110] 在城市场景中基于基础设施的车联网中，两辆车(源车辆与目标车辆)之间的连通 性问题实则就是主干路网的连通性问题。如前所述，主干路网R包括由一组道路ri，r2,...， rn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。
[0111] 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。例如，为实时性敏感的应用程序分配低Tth值， 而高Tth值则适用于对实时性要求较低的应用程序。同样的连通的消耗和不可靠性也有相应 的上限Dth和UI^th。
[0112] 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的连通性模型可W通过下列形式表示：
[0113] CYR) = nijix 化(/?) (24) R
[0114] 满足；
[011 引 n巧=玄7;(巧)<7;,,, M
[0116] D(R) = ^Di(R)<D"i 。6) 別'
[0117] L R(R)二 filmR)< (JR庞 C 27) j-、
[0118] 其中，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，Pc(R)为主 干路网R的连通可能性，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，根据源车辆的车联网应用程序需求而定。
[0119] 运里，连通的非实时性和连通的消耗度均属于文献[36]中定义的加性度量 (additive metric)，连通的不可靠性规约为其中定义的乘性度量（multipl icative metric)。根据[84]中的定理3,n个加性度量和k个乘性度量所组成的多阔值问题是一个NP 完全问题(NP-complete)，在本城市场景中有基础设施的车联网连通性模型中，有2个加性 度量和1个乘性度量构成的多阔值问题。
[0120] 本发明创新点
[0121] 创新之一: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。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