作为移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network, MANET)在交通领域的具体应用,车辆自组织网络(Vehicular Ad Hoc Network, VANET)可以融合并实时传输车辆上的多种传感器数据,为未来智能交通系统(Intelligent Transportation Systems, ITS)的发展提供重要的基础性支撑。VANET变革了传统交通系统中车辆和道路之间无法进行实时信息交互的现状,基于车与车、车与路之间的无线通信,实现了车与路的协同运行,可以有效地提高交通运行效率、车辆安全性和驾驶舒适度。近年来,VANET相关研究逐渐受到国内外众多研究者的重视,并已成为无线网络和智能交通系统领域研究的热点问题之一。在VANET中,可靠的路由协议是实现数据准确传输的基础,也是各种智能交通应用得以顺利实施的先决条件。在城市道路交通环境中,VANET通常覆盖大范围的地理空间并包含海量的车辆节点,具有大规模VANET的特点。在此情形下,节点数目庞大、节点移动及分布不均引起的网络高度分割、通信场景复杂多变等特点使得传统路由协议往往存在丢包率高、路由开销大等不足之处,难以有效满足不同智能交通应用对数据传输的可靠性需求。因此,针对大规模VANET的特点,设计可靠的路由协议对VANET及其应用研究具有重要的意义。本文以城市道路交通环境下的大规模VANET为研究背景,在路段车间无线通信(Inter-vehicle Communication, IVC)连通性建模方法研究的基础上,提出通信小区的概念以实现对大规模VANET的简化和解耦,分别针对路网中无RSU部署和有RSU部署两种情形,设计了基于通信小区的大规模VANET数据传输协议。具体研究工作包括：1、在大规模VANET中,路网拓扑中的自然路段是承载运动车辆和通信链路的基本单位。基于此,阐述了路段IVC物理连通性和逻辑连通性建模方法,重点提出了基于仿真分析与数据挖掘相结合的逻辑连通性研究方法。论文以AODV协议为例,在不同的交通状态参数下对路段的逻辑连通性进行仿真研究,并对主要影响因素进行了分析。分别利用非线性回归和极限学习机方法对路段IVC逻辑连通性进行建模,从而实现在不同道路交通状态参数下对路段逻辑连通概率的准确估计。2、根据大规模VANET中路段IVC连通性的宏观分布特征,提出了一种新的通信小区结构。论文创新性地将网络中具有较高连通性的相邻路段集合所组成的地理区域定义为通信小区。通信小区为大规模VANET提供了一种宏观的网络性能刻画方式,可以实现对大规模VANET的简化和解耦,为通信问题的建模分析提供了一种新思路。同时,论文还提出了一种基于分水岭算法的通信小区自动划分方法。3、在通信小区结构划分的基础上,针对大规模VANET中传统AODV协议开销大、分组投递率低等特点,提出了一种基于关键通信小区限制广播的改进AODV协议。通过选择具有较高连通性的关键通信小区组成限制广播区域,将AODV协议路由建立限制在特定的地理范围内,从而有效减小网络规模,减少路由请求消息转发节点的数量,提高数据传输效率。仿真结果表明,与传统AODV协议相比,所提出的改进协议在分组投递率和路由开销方面均具有明显的优势。4、城市路网中的车辆分布具有不均衡的特点,因此,不同的RSU位置部署方案会对网络整体性能产生一定的影响。根据路网拓扑和车辆分布特性,提出了一种基于最大连通概率的RSU位置优化部署策略。利用膨胀染色算法对RSU最小覆盖区域进行划分,进一步建立了车辆与距离最近的RSU通信时网络的平均连通概率模型。将RSU位置部署问题视为组合优化问题,并利用智能算法进行求解。与均匀分布和热点分布相比,本文提出的RSU位置部署策略有效提高了网络连通性。5、在路网中部署RSU的基础上,对通信小区的划分问题进行了解析,提出了一种基于通信小区和RSU辅助转发的大规模VANET数据传输策略。车辆与RSU之间利用基于通信小区限制广播的改进AODV协议建立链路,而不同RSU之间则借助骨干网进行通信。所提出的数据传输策略将无线多跳网络限制在源节点和目的节点所在通信小区之内,极大减小了无线通信距离和网络规模。与传统AODV协议和基于关键通信小区限制广播的改进AODV协议相比,所提出的数据传输策略具有更高的分组投递率和更少的路由开销。