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原文传递智能网联汽车的内容合作分发方法与激励机制研究

论文题名：	智能网联汽车的内容合作分发方法与激励机制研究
关键词：	智能网联汽车;车联网;内容分发;激励机制;博弈论;合约理论
摘要：	随着无线通信技术以及数字化车辆技术的不断发展，汽车在可预见的未来将向着网联化、智能化的智能网联汽车方向发展。搭载先进车辆传感器以及智能操控设备的智能车通过基于车与车、车与基础设施、车与行人以及车与云端的通信技术，可以实现数据的互联互通。内容分发作为支持智能网联汽车各种非安全相关应用的重要服务之一，能使得车辆高效地获取远超于自身感知能力的信息，从而实现规模化、精确化、实时化的环境感知、交通调度、驾驶娱乐等各种车辆应用。因此，探索基于车联网的内容分发技术对推动智能网联汽车的发展具有重大意义。未来车联网中海量的数据需求与有限的无线网络容量之间的冲突，使得车联网中的内容分发研究由单纯依赖设施的广播分发，逐渐转向引入车间共享的合作内容分发模式，以进一步提升服务规模和分发效率。然而，车辆节点的高动态性，无线环境的不稳定性，传输需求的多样性，以及车辆节点的自私性，使得多车辆间的合作共享面临诸多挑战。例如如何在高动态的车联网中，高效协调多个车辆节点的内容分发连接，避免冲突并提高内容分发的交付率；如何在具有差异化需求的内容分发中，对不同类型的内容分发连接进行联合优化，以同时提升不同类型内容分发的效率；如何使得理性且自私的分布式车辆节点积极参与到合作内容分发中等。　　针对上述问题，本文从面向基础车联网应用的单一类型内容分发——流行内容分发入手，基于联盟图博弈理论和动态分簇技术，研究了一种流行内容合作分发方法；进一步地，随分发内容类型的复杂化，本文对面向高级车联网应用的多类型内容分发进行了研究，采用区域中心化的分发优化架构，研究一种混合内容合作分发方法；为实现车辆在分布式车联网中的可信合作激励，本文利用区块链技术，研究了一种去中心化的合作内容分发管理方案及激励设计。本文的主要贡献主要包括如下几个方面：　　1.提出了面向基础车联网应用的基于联盟博弈理论以及动态分簇技术的合作流行内容分发方法，实现了车辆间高效地点到点内容共享。本方法利用联盟博弈理论，对多个车辆间的内容共享进行分析建模，基于车辆的内容需求、节点位置、车间连接时长、以及车间干扰设计了效用函数，以对车辆间建立不同的连接的行为进行评估，从而实现车辆间高效的合作共享。本文还提出了基于地理位置的动态分簇技术，通过将博弈算法中的大规模联盟划分为多个小联盟，降低联盟博弈算法的复杂度，增强算法在车联网的可扩展性。仿真结果表明，相比于其他内容分发方法，本方法在流行内容的交付率以及平均分发速率上均有显著提升。　　2.提出了面向进阶车联网应用的区域中心化混合内容分发方法，实现了支持差异化用户体验需求的高精内容分发服务。该方法以毫米波基站为中心，构建区域中心化的需求分析和毫米波分发连接优化。在优化算法中，通过对智能网联汽车不同分发请求进行研究分析，将内容分发请求分类为弹性与非弹性请求，并针对不同类型的分发请求建立联合分发优化模型，在有限的无线资源下实现了不同类型内容分发性能的联合提升。仿真结果表明，该方案降低了弹性分发请求的时延并提高了非弹性请求的交付率，且相对其他方案能为智能网联汽车提供更广泛更高效的高精内容分发服务。　　3.针对合作内容分发中车辆缺乏分布式可信的合作激励管理问题，提出了一种去中心化的合作内容分发管理方案及其中的激励机制，实现无第三方平台的可信激励，促进了车辆间的高效合作分发。本文通过基于有向无环图（DirectedAcyclicGraph，DAG）的区块链以及动态业务注入机制，提出了一种去中心化的车辆合作分发管理方案，实现了在车联网业务量动态变化场景下稳定的合约管理性能。其次在合约激励设计中，基于合约理论设计了面向不同分发能力车辆的一系列激励合约，实现多级激励。相较于其他激励方案，本工作提出的去中心化合作管理方案和激励机制促进了更广泛地车间合作分发，提升了总体的收益。
作者：	胡锦娜
专业：	信息与通信工程;通信与信息系统
导师：	陈晨
授予学位：	博士
授予学位单位：	西安电子科技大学
学位年度：	2021