近年来,交通拥堵、交通事故、以及造成环境污染的道路交通和燃油消耗已经成为重要的全球性问题。无论是发展中国家还是发达国家都受到交通问题的严重的困扰。此外,交通拥堵明显的降低了交通系统的运行效率,从而阻碍了经济的增长。车联网作为一种新兴的技术,旨在通过提供车车和车路之间的信息交换,实现改善交通效率和保证交通安全的目的。然而,考虑到复杂的车联网环境,目前的支持车联网的无线通信技术,不能有效的满足车联网业务的服务质量(Quality of Service,QoS)要求,因此,如何保证车联网业务的QoS要求,成为亟需解决的问题。所以,本论文提出了基于多种无线接入技术的异构车联网的网络架构,并对异构车联网的性能分析和优化展开了研究,首先选取了城区多小区为主要研究场景,分析了基于簇的传输方案的研究性能,其次从协同通信和无线资源优化两方面进行研究,本文主要的研究内容和创新点可归纳为:1.异构车联网的架构设计目前,虽然对于DSRC和蜂窝网络的研究很多,但是在单一的通信技术的支持下,很难保证实时性的安全相关的业务的QoS需求。因此,本论文,在对车联网业务QoS需求分析的基础上,提出了异构车联网的系统架构,分析了异构车联网中的关键技术的存在的优势和面临的挑战,包括专用短距离无线通信(Dedicated Short Range Communication,DSRC)和 LTE (Long Term Evolution)技术,并对典型的车联网应用场景给出了详细的分析;然后,针对异构车联网的动态特性和日益增长的网络需求,提出了基于软件定义网络(Software-definedNetwork, SDN)三层云架构,即软件定义的异构车联网(Software-DefinedHetVNETs,SERVICE)架构,所提架构的集中式和灵活配置的特性,能够有效地改善车联网的性能;最后我们设计和定义了 SERVICE架构中的逻辑接口。2.基于簇的异构车联网的传输性能分析本部分的主要研究工作是分析HetVNETs的传输性能,首先,基于所提的HetVNET架构,提出了基于簇的传输方案,所提方案能够有效的降低信令的开销和用户切换的频率;然后,针对所提传输方案提出了基于排队论理论分析模型,模型中引入马尔科夫链来描述信道的动态特性;之后,为了降低所提分析模型的求解复杂度,引入了模型分解和定点迭代的方案,把指数型的复杂度简化为线性复杂度,从而得到了不同调度方案下的性能指标,如时延、吞吐量、丢包率等;最后通过性能仿真和对比验证了所提方案的有效性和所提分析模型的正确性,研究结果对未来车联网的部署具有一定的指导意义。3.异构车联网中的协同传输方案的设计首先,将协同通信技术引入到异构车联网中,以提高异构车联网的传输性能;其次,在考虑到不同业务的QoS要求,以及传输信道的变化,分别以最大化系统吐吞量方案(Maximum Sum Throughput,MST)和最大化系统效用函数方案(Maximum Sum Utility,MSU)为优化目标,将网络中链路分配和资源分配问题建模为一个非凸优化问题;为了高效的求解该问题,先将其转化为一个整数规划问题,然后基于经典的背包问题,设计出了相应的协同传输方案;最后基于OPNET软件搭建了联合交通行为和通信行为的仿真平台,仿真结果表明,该方案能够显著的提高系统的性能,提高系统的频谱效率,并保证用户之间的公平性。4.异构车联网中针对虚拟化无线资源调度方案的设计在本研究点中,首先,将无线网络虚拟化思想引入到异构车联网架构中,并针对该网络提出了虚拟化资源的管理架构,在该架构下所有的基础设施和频谱资源均被视为虚拟资源,可以被动态的分配给车联网中的用户;然后,针对网络中的虚拟化无线资源,以最小化传输时延为优化目标,将虚拟化无线资源分配问题建模为部分可观测的马尔科夫决策过程;为了降低计算的复杂度,所提方案分为两个阶段,即宏资源分配方案和微资源分配方案,前者取决于大尺度时间变量(交通密度变化),后者取决于小尺度时间变量(信道变化和队列变化),在求解过程中引入了在线学习和线性近似理论,从而得到低复杂度的次优的分配方案;最后通过仿真结果表明,该方案在时延性能上有着显著的提升。