【摘 要】城市车载容迟网络（Urban Vehicular Delay-tolerant Network（UVDN（作为容迟网络的重要应用已逐渐成为移动通信领域的研究热点。然而（由于城市地理信息复杂（车辆行驶轨迹多变（从理论上对UVDN的通信延时进行分析具有较大的难度。本文首先提出了基于干路分布的城市区域划分方法-MCMS（Major-road Centered Map Segmentation（（将城市划分为毗邻的分区以简化城市地理信息。在此基础上（针对车辆移动模式（本文提出了UVDN的延时分析模型-MDM（MCMS-based Delay Model for UVDN（。该模型以城市分区为状态（利用马尔科夫链来刻画UVDN的车辆移动模式及相遇规律（并利用这些特性从理论上推导出UVDN端到端通信延时的累积分布函数。最后（在大规模真实数据集上的仿真实验表明（本文提出的MDM模型能够对UVDN的通信延时进行准确的分析和预测。
【关键词】容迟网络；城市车载网络；延时分析；马尔科夫链
【Abstract】As a significant application of Delay Tolerant Network， Urban Vehicular Delay-tolerant Network （UVDN） is paid much attention in mobile communication. However， due to the complexity of geographic information and vehicular trajectory， delay analysis of UVDN is challenged theoretically. In order to simplify the geographic information， this paper firstly suggests an approach of map segmentation called MCMS （Major-road Centered Map Segmentation） to partition a city into adjacent regions. Then， based on these regions， a delay analysis model MDM （MCMS-based Delay Model） is proposed for UVDN. MDM employs a Markov chain to depict inherent characteristics of vehicular network in terms of mobility patterns and encounters， which are exploited to derive the CDF of end-to-end delays. Finally， through extensive simulations under real vehicular trajectories， MDM exhibits good performance in UVDN delay analysis and prediction.
【Key words】Delay tolerant network（DTN）；Urban vehicular network；Delay analysis；Markov chain
0 引言
车载网络是智能城市交通系统的通信基础对于采集和传递交通路况信息、缓解交通拥堵、提高交通运输效率、降低车辆污染等都有重要作用。然而车载网络具有节点移动自主性强、移动速度快、分布不均匀、拓扑变化频繁等特点。这使得现有的移动车载网络通信技术还难以满足智能交通等应用的通信需求。究其根本原因在于底层通信的间歇性链路与上层通信的持续性需求之间存在矛盾（使得Internet或Ad Hoc网络所采用的传统通信技术在车载网络组网实践中面临着巨大的挑战。
许多研究者正试图利用移动容迟网络Delay Tolerant NetworkDTN技术来解决这一矛盾。移动容迟网络是随着无线通信与计算机网络发展而出现的一种新兴技术目的是满足极端环境下计算机网络的数据通信需求其主要特点是使用“存储-携带-转发”（store-carry-forward）[1]的数据通信技术在缺乏底层持续链路的情况下利用被称为“接触”Contact的传输机会以异步的方式来进行逐跳的消息传递。可以看出移动容迟网络技术能够为城市车载网络提供更为完善的组网技术和通信基础平台在提高城市车载网络的可达性、实时性和差异容忍性方面具有十分重要的实用价值和广泛的应用前景。
基于城市车载环境的容迟网络称为城市车载容迟网络Urban Vehicular Delay-tolerant Network或UVDN。地理通信作为UVDN的一大特色功能主要服务于对地理信息敏感的消息。此类消息通常需要被传送到特定的地理位置其可能是路况信息更新、交通事故提醒、免费停车场指引[2]也可能是针对出租车的客流信息传达等。车辆作为UVDN的移动节点同样采用“存储-携带-转发”的模式来满足连接稀疏情况下车载网络的数据通信需求。虽然UVDN以通信效率为代价获得通信的可行性但在实际应用中消息是普遍具有时效性的也就是说一个消息可能只在其产生后的某一段时间内是有价值的。因此UVDN的通信延时分析对路由的设计及网络协议的优化都是十分必要的。然而城市的车辆数目庞大车速在地理上的高度不均车辆移动严格受到道路约束等等因素使得UVDN的延时分析方法在设计上存在挑战。
由于UVDN是容迟网络的特殊应用范例我们希望能从一般容迟网络的延时研究中获得启发。遗憾的是虽然针对一般容迟网络的延时研究已经取得了优秀的成果[3-5]但因为一般容迟网络中节点移动自由度大且缺乏节点定位信息这些成果难以被推广到UVDN的延时分析。部分研究学者[6-7]从车载网络特征出发建立模型给出了以特定地理位置作为通信终点的城郊车载容迟网络的延时分析。由于城郊地区车辆数目有限道路构造简单其研究不考虑消息在车辆间的转发消息只能由车辆携带到通信目的地。然而在城市环境下车辆数目庞大且车辆间的接触频繁为提高通信效率车辆间的消息转发功能是不可忽略的。目前面向地理通信且考虑车辆间转发的UVDN的研究多注重于单副本条件下的路由协议设计[2，8-9]对于多副本条件下的延时等网络性能的理论分析还很缺乏。
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