车联网(Internet of Vehicles,IoV)对改善交通安全以及提高乘客舒适度方面发挥着重要作用,因而使其成为无线网络中的一个研究热点。由于IoV具有车辆分布不均以及业务爆发式增长的特性,极易导致负载不均衡、网络资源利用率低,甚至在高负载场景中还会出现严重的信道干扰等问题,因此这些问题将会成为制约IoV技术发展的瓶颈。而负载均衡技术被认为是解决这些问题的有效方法之一。另一方面,由软件定义网络(Software Defined Network,SDN)和IoV融合的软件定义车联网(Software Defined Vehicular Network,SDVN)因可实时获取全局网络信息,有助于提高IoV的MAC和路由等传输性能,因此正受到广泛关注。在SDVN架构下,集中控制方式可提高链路利用率,保障通信的可靠性,但是当发生交通拥堵或业务量暴涨时,仍然会有局部链路出现网络拥塞的问题,因此负载均衡技术是SDVN网络需要研究的重点之一。根据课题组调研,目前鲜有涉及SDVN负载均衡技术方面的研究。本文将负载均衡技术与SDVN网络架构优势相结合,探讨提高IoV传输性能方面的关键技术,主要工作及创新如下:(1)针对当前许多IoV分簇网络在实时获取全局网络信息方面存在困难以及在车辆密集且业务量较大的场景下,会引发严重的网络拥塞和信道干扰的问题,提出了基于SDVN负载感知无竞争分簇MAC协议。具体地,在所提协议的分簇算法中,综合考虑了链路可靠性、相邻度、负载和方向等因素进行簇头选择,并且通过考虑节点的负载以及限制簇的规模来保持簇头间的负载均衡;在MAC机制部分,设计了一种由簇间多信道分配技术和簇内动态TDMA帧分配技术组成的无竞争MAC算法,以避免簇间和簇内通信发生同频干扰和隐藏终端干扰。通过以上方法来提高数据包在簇内和簇间的通信性能。(2)针对城市场景下分布式地理位置路由协议易导致局部最优、网络连通性差和网络拥塞等问题,提出了基于SDVN网络下具有负载均衡的分层式地理位置路由协议(HRLB)。分两个层次对HRLB进行路由设计,第一层次从全局上粗粒度地寻找一系列车辆密度大的网格;第二层次是细粒度地从由所选网格连成的区域内选择传输路径,接着再继续从所选传输路径上选择一系列中继节点。其中,在进行路径和中继节点选择时,分别考虑了道路和车辆节点的负载因素,从而避免了“先拥塞,后解决”的问题。通过仿真实验结果表明,HRLB路由机制在数据包平均传递率、吞吐量、以及平均时延方面较其他路由算法具有明显的优势。(3)针对当前IoV跨层路由算法在车辆低密度分布条件下性能会显著降低的问题,提出了一种基于SDVN架构的V2V跨层路由和V2BS集中式路由切换机制。SDVN中央控制器基于全局路径连通信息,决定源和目的之间的数据包的传输是采用V2BS路由还是V2V跨层路由。在V2V跨层路由机制中,中继节点的选择通过考虑平衡各节点的负载来达到整个网络的负载均衡。实验结果表明,相较于其它协议,在所提SDVN网络混合路由机制的作用下,在各种车辆密度下网络传输数据包的性能都得到提高。(4)针对当前LTE-V异构网络技术会制约beacon信息传输性能的问题,提出了两种不同传输机制的软件定义LTE-V异构网络,分别为上下行链路关联的LTE-V异构网络和上下行链路分离的LTE-V异构网络。特别是针对后一种的异构网络,研究将基站与车辆之间上下行链路的传输速率转换为全局优化问题。该优化问题可使每个车辆节点与负载较轻的基站相关联,从而保证各个基站间的负载均衡。实验结果验证了所提机制对提高beacon消息传输速率的优越性。