一种基于交通流动态分组的LTE-D2D车联网资源分配方法组成比例

本发明专利技术提出了一种基于交通流特征的动态分组资源分配方法，首先把V2V通信链路分为两种类型，一种是交通安全类，另一种是休闲娱乐类；再根据具体的交通流特征选择合适的分组数m值，分别对两种类型的V2V通信链路分组；然后在保证蜂窝用户自身通信质量的前提下，选择所对应通信容量效用值最大的蜂窝用户资源分配给V2V链路，每组内V2V通信链路复用相同的蜂窝用户资源。从仿真结果可以看出，本发明专利技术的方法虽然在通信容量效用值、成功获取通信资源的V2V链路数量上不及贪婪算法，但是比起随机分配算法还是有很大优势；此外，本发明专利技术的方法在运行时间与频谱效率上，要明显优于贪婪分配算法与随机分配算法，而这两个性能指标对于复杂多变的V2V通信链路环境和现如今频谱资源匮乏状态显得尤为重要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆通信
，尤其涉及一种基于交通流动态分组的LTE-D2D车联网资源分配方法。
技术介绍
车联网主要是指利用先进的传感器技术、网络技术以及计算机技术，对道路信息以及交通信息进行全方位的感知，并且实现多个系统之间或者是多个用户之间的数据信息交互与共享服务，从而解决人、车与道路等之间的协同交互问题，并且同时能够提供以交通效率与交通安全为主的网络与应用服务。无线通信技术是车联网应用以及实现的基础。目前应用于车联网通信当中的主要技术有基于IEEE802.11p的VANET技术以及基于LTE的复用通信技术，其中VANET是一种移动自组织网络技术(Ad-hoc)，它主要是通过分配专用的通信频段用于车辆互联通信，每个支持该技术的车辆都可以通过车载单元在专用频段上进行车辆与车辆之间的通信(V2V)以及车辆与路侧单元之间的通信(V2I)，而其中的路侧单元与主干网络相连，从而每个车辆节点所获得全方位的感知信息可以通过路侧单元向更广范围内的车节点或者用户进行传递；而LTE是由3GPP组织所制定的通用移动通信系统技术标准的长期演进，LTE系统引入了OFDM等关键技术，在频谱效率以及数据传输速率上有了显著的提高，系统容量以及覆盖面也得到了显著提升。此外，与以前的移动通信系统相比，LTE系统的网络构架更加扁平化、简单化，减少了网络节点以及系统的复杂度，从而减少了系统时延，同时也减低了网络的部署和维护成本。在传统的蜂窝网络通信系统中，任何两个用户要想实现通信，都必须要经过基站的中转来完成，即使两个用户相距较近也须如此。而随着小区内用户数量的增加、通信业务的增长，会使得基站的负载增大、频谱资源不足以及蜂窝用户的容量降低等。如果相距较近的两个用户可以不通过基站的中转，直接通信那可能会带来使得基站的负载减少等优点，基于此，在蜂窝网络通信引入D2D通信技术的想法随之产生。D2D通信并不是一种新的技术，它仅是一种通信模式，比如较早就广泛使用的蓝牙技术等。在蜂窝网络中引入D2D通信技术，在系统的控制下，允许设备之间通过复用小区资源直接进行通信看，而不再需要通过基站的中转，因此在一定程度上可以减轻基站的负载，同时也能够在提高系统频谱效率、系统容量等方面带来一些有益的影响。D2D通信有三种模式：①、蜂窝模式：D2D用户间相距超出一定阈值范围，还是得通过基站转发的通信模式。②、正交模式：D2D用户的通信资源和蜂窝用户的通信资源相互正交，即它们之间的通信没有同频干扰存在。③、复用模式：D2D用户通过对蜂窝用户资源的复用来进行通信，此时，它们之间的通信会有同频干扰存在。现在，V2V通信已经吸引了专家学者们的广泛关注，并且也激发了他们的研究兴趣。其中，用于车与车之间的通信技术已经被广泛研究，比如车辆自组织网络(VANET)技术以及对蜂窝资源进行复用通信等技术的提出与研究。现在应用于车辆自组织网络(VANET)中的MAC协议主要是基于载波监听多点接入/碰撞检测技术(CSMA/CD)的IEEE802.11p协议。而基于IEEE802.11p的VANET技术与基于蜂窝资源复用的D2D通信技术有着很大的不同。虽然IEEE802.11p协议符合智能交通系统中的VANET的相关应用要求，但是由于路侧单元基础设施不能进行广泛而渗透性地部署，因而其应用范围是很有限的，此外，车与路侧单元基础设施之间的链路通信是短暂的、间歇性的。在实际交通应用中，即使是车与车之间的通信(V2V)采用专用短程通信技术(DSRC)也不能很好地保证其可靠性与有效性。相反，如果车与车之间能够复用蜂窝用户资源进行通信，将带来一些好处。LTE具有时延较小、传输速度快等优点，而且由于现有移动通信基站的广泛部署，使得他们的覆盖面积广以及不需要再重新部署路侧基础设施单元，从而其成本相对较低。当蜂窝网络资源被复用应用于车与车互联通信中的时候，这就要求蜂窝通信系统要有更多的频谱资源、更高的系统容量以及更好的信道质量等。在蜂窝系统中引入D2D通信，其主要的目的是为了提高频谱利用率与系统的容量。D2D通信是指用户与用户之间直接进行信息的交互而不需要经过基站的中转，这样能够增加用户之间的传输速率并且使得基站的负载得到减轻，同时使得系统容量也得到了提升，此外由于不需要基站的中转，还能够减少用户之间的传输时延。支持D2D通信的用户通过复用蜂窝用户的资源进行直接通信，包括对上行链路资源的复用与下行链路资源的复用。现在已提出的资源分配算法，主要都是采用集中控制的方式。在资源分配的过程中，遵循蜂窝用户的优先级高于D2D通信用户的原则，即先给蜂窝用户分配合适的资源，然后在保证蜂窝用户通信质量的前提下，去考虑D2D用户通信资源复用的问题。现在基于蜂窝网络的D2D通信的资源分配问题已经进行了相应的研究，然而现存的研究仅是考虑静态的场景，即蜂窝用户与D2D通信用户给定的情况下，怎么优化资源的分配使得整个系统的干扰值尽可能的小、容量尽可能的大。D2D通信可以复用蜂窝用户上行链路资源也可以复用其下行链路资源，由于不同的复用情况下，干扰的来源和大小也会有所不同。为了最大化系统容量，并考虑到基站对来自D2D发射端的干扰的控制能力较强，大多数研究都采用D2D用户复用蜂窝上行资源，并在此前提下研究最佳的资源复用方案。现有无线资源分配技术主要是基于一种静态的网络环境下所得出的，即在所考虑的场景中，D2D用户的数量、蜂窝用户的数量等大都是假设没有变化的或者变化很小的，同时也没有对D2D用户的资源复用时间长短问题进行考虑，而复用时间的长短问题将对整个蜂窝资源的复用效率产生较大的影响。常见的资源分配算法有遍历算法、贪婪算法等。遍历算法是以遍历系统所有解方式求得系统容量最大值，分配资源，该算法需要获得系统内所有用户信道质量以及干扰大小，同时迭代次数非常多，算法性能较差；贪婪算法是依次为D2D分配无线资源，选择干扰最小的蜂窝用户复用资源，该算法求出的结果满足局部最大化，但是算法复杂度比遍历算法复杂度低。现有D2D无线资源分配技术主要是基于静态网络通信环境进行的研究，而对动态网络环境考虑较少，不如网络中的通信用户数量的动态变化以及D2D用户的复用时间长短等问题考虑甚少。而车与车(V2V)之间的通信的问题是一个高动态的网络通信环境，因而现有技术不能很好的应用于该问题当中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于对基于LTE的V2V(Vehicle-to-Vehicle)通信资源分配问题进行研究，设计一种基于交通流动态分组的LTE-D2D车联网资源分配方法，在实现V2V通信的情况下，尽可能的提高频谱资源利用率，同时使得更多的V2V链路能够得到无线频谱通信资源。为达上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于交通流动态分组的LTE‐D2D车联网资源分配方法，所述方法包括：在每一个资源调度时隙内，首先按照通信的类型，把所有V2V通信链路分为两个类型：交通安全类和休闲娱乐类，分别用集合C1和集合C2来表示；然后获取车辆速度，根据所述速度判断当前交通流形态，根据不同的交通流形态自适应地选择合适的分组数m值；利用所述m值对V2V通信链路进行分组处理；分组之后，给每组V2V通信链路分配通信资源，在保证蜂窝用户自身通信质量的前提下，选择所对应通信容量效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于交通流动态分组的LTE‐D2D车联网资源分配方法，其特征在于：所述方法包括：在每一个资源调度时隙内，首先按照通信的类型，把所有V2V通信链路分为两个类型：交通安全类和休闲娱乐类，分别用集合C1和集合C2来表示；然后获取车辆速度，根据所述速度判断当前交通流形态，根据不同的交通流形态自适应地选择合适的分组数m值；利用所述m值对V2V通信链路进行分组处理；分组之后，给每组V2V通信链路分配通信资源，在保证蜂窝用户自身通信质量的前提下，选择所对应通信容量效用值最大的蜂窝用户资源分配给V2V链路，同一组内的V2V通信链路复用相同的蜂窝用户资源。

【技术特征摘要】
1.一种基于交通流动态分组的LTE‐D2D车联网资源分配方法，其特征在于：所述方法包括：在每一个资源调度时隙内，首先按照通信的类型，把所有V2V通信链路分为两个类型：交通安全类和休闲娱乐类，分别用集合C1和集合C2来表示；然后获取车辆速度，根据所述速度判断当前交通流形态，根据不同的交通流形态自适应地选择合适的分组数m值；利用所述m值对V2V通信链路进行分组处理；分组之后，给每组V2V通信链路分配通信资源...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志华，李国治，陈守凤，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44