汪穎 劉澤良

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析；安全信息傳播；車輛移動(dòng)模型

0引言

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，車輛自動(dòng)通信系統(tǒng)（VANETs）在提高道路安全和效率方面發(fā)揮著越來越重要的作用。在VANETs中，安全信息的及時(shí)有效傳播對(duì)于防止交通事故和提高道路使用效率至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有的安全信息傳播方法面臨著諸多挑戰(zhàn)，如動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、車輛密度不均等問題。

VANETs的安全信息主要有周期性beacon信息和事件驅(qū)動(dòng)型的緊急信息兩類（圖１）[1]。周期性beacon信息就是車輛周期性地將自身的車輛狀態(tài)信息，包括位置、行駛方向和速度等。傳播至周圍車輛，致使鄰近車輛間能夠共享彼此的beacon信息，從而對(duì)道路上潛在的危險(xiǎn)情況做出預(yù)判。而事件驅(qū)動(dòng)型的緊急信息是指由于駕駛?cè)藛T的疏忽或者意外等因素導(dǎo)致產(chǎn)生的緊急事件消息，如行人突然出現(xiàn)、緊急制動(dòng)等，用于告知后方跟隨車輛[2]。這類信息具有突發(fā)性，并且對(duì)信息傳輸有苛刻的時(shí)延要求。

此外，車輛分布不均勻并隨時(shí)空變化，給安全信息的傳播提出挑戰(zhàn)。

近年來，社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析作為一種強(qiáng)大的分析工具，在許多領(lǐng)域展現(xiàn)出了優(yōu)化信息傳播的潛力。本研究旨在探索社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法在優(yōu)化VANETs安全信息傳播中的應(yīng)用，通過挖掘和建模車輛用戶的社會(huì)特征，開發(fā)出新的車輛移動(dòng)模型和安全信息傳播機(jī)制。這種方法的創(chuàng)新之處在于它結(jié)合了社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析的理論和車聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際需求，旨在提出一種更加高效、動(dòng)態(tài)的安全信息傳播策略。

1研究方法

本研究專注于分析車輛用戶社會(huì)特征，包括交互模式和社會(huì)關(guān)系，及其對(duì)信息傳播的影響，并基于這些分析構(gòu)建了一個(gè)詳盡的車輛移動(dòng)模型。該模型展示了不同社會(huì)屬性的車輛在網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)和信息傳播方式。研究進(jìn)一步開發(fā)了一個(gè)安全信息傳播模型，考慮車輛密度和分布，優(yōu)化信息在動(dòng)態(tài)車輛網(wǎng)絡(luò)中的傳播。此方法提供了一種精細(xì)化、適應(yīng)性強(qiáng)的信息傳播策略，以改善VANETs中的信息流通。研究還深入探討了數(shù)據(jù)收集和分析，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)識(shí)別社會(huì)特征，并結(jié)合車輛移動(dòng)數(shù)據(jù)構(gòu)建復(fù)雜模型，以預(yù)測(cè)和優(yōu)化信息傳播路徑。這些方法和模型旨在為車聯(lián)網(wǎng)中安全信息的有效管理提供深入見解和策略。

2解決方案

2.1基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的VANETs數(shù)據(jù)挖掘與建模

此階段將深入利用高級(jí)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來分析車輛用戶在社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中的互動(dòng)數(shù)據(jù)，目標(biāo)是識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)及有顯著影響的社會(huì)群體。這不僅涉及到數(shù)據(jù)的收集和處理，還包括對(duì)數(shù)據(jù)的復(fù)雜分析，以揭示用戶之間的關(guān)系和互動(dòng)模式。

基于車輛用戶的常遍歷區(qū)域以及車輛用戶的歷史移動(dòng)數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)字道路地圖，建立隱含車輛用戶的移動(dòng)規(guī)律的車輛移動(dòng)模型。首先，利用車輛用戶的常遍歷區(qū)域，可得到車輛用戶的Mobidrive模型（圖2）?；谲囕v用戶在時(shí)間內(nèi)的空間移動(dòng)數(shù)據(jù)，描述車輛用戶的常遍歷區(qū)域以及這些區(qū)域的連線，其中寬的灰線描述了車輛移動(dòng)特定位置的頻繁程度，越寬頻率越高。從圖2可知，車輛用戶活動(dòng)范圍較固定，因此車輛用戶移動(dòng)軌跡在空間上可以看成常遍歷區(qū)域之間的規(guī)律性移動(dòng)[3]。

Mobidrive模型反映了車輛用戶的移動(dòng)空間特征，與車載設(shè)備記錄的車輛歷史行駛數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，建立具有時(shí)間特征的車輛移動(dòng)模型。一旦建立了車輛移動(dòng)模型，當(dāng)車輛起動(dòng)時(shí)，車載設(shè)備利用決策樹學(xué)習(xí)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)規(guī)律，提高對(duì)車輛移動(dòng)的預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，這有利于車間信息的傳播。

2.2建立包含社會(huì)特征的車輛移動(dòng)模型

基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的信息傳播技術(shù)研究遵循車輛移動(dòng)規(guī)律，利用車輛間的相遇、移動(dòng)方向以及車輛用戶的社會(huì)度量值，研制安全信息傳播技術(shù)，有利于提高安全信息傳播性能。

在社會(huì)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中，車輛用戶往往以群組的方式聚類，呈現(xiàn)社群性。提出基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的社群的安全信息傳播模式，并結(jié)合車輛移動(dòng)軌跡的預(yù)測(cè)，提高安全信息的傳播效率，降低端到端的傳輸時(shí)延，滿足安全信息傳播的時(shí)延要求。

基于安全信息傳播的連續(xù)、實(shí)時(shí)性的要求，考慮到車輛疏密分布的動(dòng)態(tài)性，特別是在車輛稀疏分布環(huán)境下，車間的通信連通率不能保證，但VANETs的安全應(yīng)用要求安全信息接近100%準(zhǔn)時(shí)可靠送達(dá)率。在極度稀疏分布下，安全問題不是很突出。需要關(guān)注的情況是在中度稀疏分布時(shí)，車間的通信連通困難，但又存在安全問題。據(jù)此，僅依靠以IEEE802.11P協(xié)議的車間通信是無法滿足安全信息的不間斷和快速傳播[4]，借助于新一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)LTE-Advanced，充分利用其大容量、高速率和低時(shí)延的傳輸特性。

因此，研究基于LTE-Advanced協(xié)作的社群的安全信息傳播，每個(gè)社群將本群內(nèi)的信息傳輸至LTE-Advanced基站，并通過基站實(shí)現(xiàn)社群與社群之間信息的交互（圖3）。依據(jù)車輛區(qū)域位置以及社會(huì)關(guān)系，將車輛劃分不同的社群，每個(gè)社群產(chǎn)生一個(gè)社長，由社長收集社群內(nèi)其他車輛的安全信息，然后傳輸?shù)絃TEAdvanced基站。LTE-Advanced基站負(fù)責(zé)社群之間的通信。圖3中的紅色車輛表示每個(gè)社群的社長。

這個(gè)模型不僅僅追蹤車輛的物理移動(dòng)軌跡，還深入考察社會(huì)聯(lián)系如何影響車輛的移動(dòng)決策和路徑選擇。例如，車輛如何基于社交聯(lián)系選擇特定的路線，或如何在特定的社交群體中傳遞信息。此外，該模型還將探索社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的作用，識(shí)別哪些社會(huì)因素對(duì)車輛移動(dòng)和信息傳播有顯著影響，比如信任關(guān)系、社會(huì)影響力等。通過模擬不同社會(huì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的車輛移動(dòng)和信息流動(dòng)，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)信息在VANETs中的傳播路徑。

2.3設(shè)計(jì)基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的安全信息傳播機(jī)制

從VANETs安全應(yīng)用對(duì)信息量和信息時(shí)延的要求，建立對(duì)VANETs安全信息傳播模型。從實(shí)際出發(fā)，VANETs的安全信息有周期性beacon信息和事件驅(qū)動(dòng)型的緊急信息兩類。由于車輛分布的疏密隨時(shí)空變化的極不相同，導(dǎo)致安全信息的通信時(shí)延的不確定性，而這是VANETs安全應(yīng)用不可接受的。嚴(yán)限時(shí)延是VANETs安全信息傳播的基本要求，