车联网能有效减少交通事故、提升交通管理效率和车辆驾驶体验,现已引起了学术界和产业界的广泛关注。随着5G和物联网等新一代信息技术的不断发展,车联网引入了动态频谱分配、多信道接入控制等新技术和方法,对车联网频谱资源管理提出了新的挑战。车联网频谱资源管理除须对可用的频谱资源进行管理和分配外,还须专用接入技术实现的高效频谱资源利用。因此,研究高效的车联网频谱资源管理的新机制、新方法及实现技术具有重要的科学意义和广泛的工程应用价值。本文针对现有的车联网频谱资源管理技术存在分配算法计算复杂度高、信道冲突导致的接入效率低、公共控制信道失效时广播服务不可用等关键技术问题,进行了相关问题的机制分析,研究并提出了基于动态规划的低复杂度频谱资源分配算法、基于快速收敛时隙预留ALOHA的全分布式信道接入技术、基于跨层防冲突算法的集中控制式信道接入技术和无需公共控制信道的多信道广播协议,理论分析和仿真结果表明前述方法能显著提高车联网的频谱利用效率和信道接入可靠性。本文的主要研究内容和贡献如下:1.针对周期性频谱资源分配方案存在重复计算和分配时延长等问题,在研究长周期下多次频谱分配的即时策略基础上,提出了一种基于动态规划的低复杂度次优频谱分配算法(Low Complexity Sub-Optimal Algorithm,LCSA),其将车联网频谱资源分配问题建模为多步决策问题并求解模型次优解,存储分配策略并在频谱请求到达时直接调用,避免了分配过程中的重复计算并减少了用户获得频谱资源前的等待时间。LCSA算法还通过求解系统状态特征子空间的最优策略并将其拓展到整个状态空间的方式进一步降低了计算复杂度,仿真结果表明LCSA算法在显著降低计算复杂度的情况下可以逼近最优策略性能的95%。2.针对车联网分布式MAC协议协调时隙预留过程中存在信道冲突频繁和协调时间长等问题,在研究基于合并冲突检测和时隙预留隐式确认的协调机制基础上,提出了一种快速收敛时隙预留ALOHA协议(Fast Convergence Reserved ALOHA,FCR-ALOHA),其通过合并冲突检测和时隙选举的方式,让产生合并冲突的某个车辆在后续通信过程中继续使用该冲突时隙,从而缩短了协调时隙预留所需要的时间,并降低了车辆因预留时隙失败而导致安全信息无法传输的概率。性能分析和仿真结果表明,在车辆密集环境下,FCR-ALOHA协议的包到达率(Pakect Delivery Ratio,PDR)比可靠时隙预留ALOHA(Reliable Reserved ALOHA,RR-ALOHA)协议高20%,在车辆稀疏环境下,FCR-ALOHA协议的访问冲突数量比RR-ALOHA协议降低了50%。3.针对车联网集中式信道接入技术中存在车辆数量估算误差大和计算复杂度高等问题,在研究基于贝叶斯推理和物理层信号检测的车辆数量估计方法基础上,提出了一种新型跨层防冲突算法(Cross Layer Anti-collision Algorithm,CLAA),其通过高斯函数近似后验概率方法降低了MAC层中车辆数估计算法复杂度,通过物理层拓展时隙类型方式提升了车辆数估计精度。仿真结果显示CLAA算法在不同的初始帧长度下都能维持较高的系统效率,优于目前主流的DFSA算法。当车辆数在1到1024之间变化时,CLAA算法的平均系统效率达到35.64%,逼近理论最佳值的99%;比ILCM(Improved Linearized Combinatorial Model)算法的系统效率提升了7.3%、系统效率变异系数降低了88.4%。4.针对车联网多信道广播技术中信道失配和信道冲突引起的传输时延大和信息覆盖率低的问题,在研究信道同步和冲突回避机制的基础上,提出了一种基于冲突回避的选择性广播协议(anti-collision Selective Broadcast,acSB),其通过收发信道序列设计、异步广播算法和概率性转发算法显著地降低并缓解了单跳广播的时延、隐藏节点和广播转发导致的信道冲突,在公共控制信道失效时保障了系统广播通信服务的正常运行。仿真结果表明acSB协议极大地降低了广播冲突数量,在保证信息传输稳定性和信息覆盖范围的基础上进一步降低了信息传输时延。本文研究产生的车联网高效频谱资源分配算法、高效可靠信道接入技术等成果为车联网频谱资源管理与高效应用提供了可行的解决方案,有助于促进车联网技术与产业发展。