随着交通系统对信息化、智能化、绿色化的发展需求,车联网技术因其具有可以提高行车效率、保障交通安全以及优化用户体验等优势,成为解决道路拥堵、降低交通事故发生率、实现低碳智能出行的关键技术。车联网主要有车-车通信(Vehicle-to-Vehicle,V2V)和车-路通信(Vehicle-to-Roadside unit,V2R)两种通信模式,V2V通信可通过车上转置的车载单元进行通信,V2R通信即车载单元与路测单元(Roadside unit,RSU)的通信。由于车辆的移动性和信道的时变性,车辆间的通信链路存在传输时延大、连接时间短等问题,而V2R通信因其较高的数据存储与运算能力、网关功能、可提供互联网服务等优势,可以有效地弥补V2V通信的不足,同时V2V通信模式和V2R通信模式相结合可提高车联网数据传输能力和服务质量。目前路侧单元存在着分布不均、端到端连接维持困难、建设与维护成本高以及节点接入与切换频繁等问题,这严重影响了车联网的服务质量,因此如何合理部署RSU保证网络的连通性是研究基于动态拓扑结构的网络协议和算法的基础工作,对网络中信息的可靠传输具有重要意义。本文从V2R通信连通性的角度出发,着重研究稀疏环境下车辆移动性、车辆密度、车辆与路侧单元节点的传输能力、相邻路侧单元间距离与网络的连通概率和吞吐量间的关系。针对稀疏环境下的车联网系统,本文提出饱和状态网络的概念,即车辆节点与路侧单元设施连通过程中不存在节点传输队列为空的情况,由此车辆的到达情况可以假设为节点数据包的到达情况。首先,本文采用基于载波监听多点接入/碰撞检测(Carrier Sensing Multiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA)的媒体接入控制协议(Medium Access Control,MAC),借助马尔科夫链模型对数据包到达情况进行建模,从而得到车辆节点数据包的发送概率,仿真结果表明数据包的发送概率与车辆密度成反比。其次,本论文采用广播传输方式,结合多跳传输技术研究数据包在网络中传输的成功概率。由于车联网对信息实时性有较高要求,文中首次提出结合车辆的运动状态来提高信息的广播能力的方法,即后方高速运动的车辆可以通过追赶过程将信息传输给前方低速移动的车辆,追赶过程可以进一步提高信息的时效性。本文通过理论分析得到了网络连通概率的表达式,并通过仿真证明了网络的连通概率与车辆密度、节点传输能力成正比,与相邻路侧单元间距离成反比的关系。另外,对于网络中吞吐量性能的研究,在假设V2V通信并不增加网络的负载,其仅仅起到信息下一跳传输或流量均衡作用的假设条件下,本论文采用归一化的吞吐量分析方法,即单位虚拟时隙长度内成功传输的数据量,采用V2R和V2V通信相互协作机制,成功地得到V2R通信网络中归一化吞吐量与车辆密度、相邻路侧单元间的距离的关系表达式。最后,仿真结果表明,在基于V2V通信的协作下,网络的吞吐量在一定程度上随着相邻路侧单元间距离的增加而增加。本文的研究为路侧单元部署和性能评估提供了一种理论分析方法。