基于D2D通信的V2X资源分配方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于D2D通信的V2X资源分配方法，包括：根据干扰信息构建干扰拓扑图；对所有车辆用户进行分簇，其中彼此之间无干扰的车辆用户被分在同一簇；为每个车辆用户分配信道；以及采用功率调整方案对所有蜂窝用户和车辆用户进行功率调整；上述基于D2D通信的V2X资源分配方法可以有效抑制蜂窝用户层和车辆用户层之间的跨层干扰和同层干扰，在保证车辆用户通信需求情况下，最大化蜂窝用户的吞吐量；本发明专利技术还提供一种基于D2D通信的V2X资源分配系统。

V2X resource allocation method and system based on D2D communication

The invention discloses a V2X resource allocation method based on D2D communication includes: according to the interference information construction interference topology; for all vehicle users are divided into clusters, in which no interference between each other by vehicle users in the same cluster; assignment for each vehicle user channel; and the power adjustment scheme for power adjustment of all cellular user and vehicle users; the V2X resource allocation method based on D2D can effectively inhibit the cellular user layer and user layer vehicle cross layer interference and interference in the same layer, ensure the communication needs of vehicle users environment, maximize cellular user throughput; the invention also provides a V2X resource allocation system of D2D communication based on.

【技术实现步骤摘要】
基于D2D通信的V2X资源分配方法及系统
本专利技术属于一种无线通信
，特别涉及一种基于D2D通信的V2X资源分配方法及系统。
技术介绍
在信息社会时代，汽车是极为重要的移动信息载体。为了解决车辆的辅助驾驶、车载娱乐等多场景业务需求，汽车需要与外界实现交互，即实现车与车(V2V)、车与路边设施(V2I)、车与人(V2P)、车与网络(V2N)的互联和数据传输，这几种通信技术通常统称为V2X。目前，V2X的解决方案是基于IEEE802.11p标准的Ad-hoc通信和基于蜂窝网络的基础移动通信，相对于基于蜂窝网的V2X通信方案，由于IEEE802.11p在MAC层采用CSMA/CA接入技术难以支持车载通信的低延迟和高可靠性要求；其次对于信息时代的大数据量的需求难以实现；并且各地区为此预留的频段不一致，导致全球产品研制难以统一化；更因为基础设施的重新部署，需要大量人力物力的投入而难以实施。所以基于蜂窝网的V2X更具优势。对于V2X的服务需求，传统的蜂窝网络不能满足其应用的要求，V2X服务具有局部的本地性质，并且其通信需求量大，在频谱有限的情况，如果再分配专用频谱，不仅加大了资源匮乏的程度，而且通信需求和质量也不能得到保证。设备到设备(DevicetoDevice，D2D)通信技术的出现能够很好的解决这个问题，D2D是基于蜂窝网络V2X通信有力的推动者，V2X服务的局部性质是使用D2D通信的原因，可以让V2X采用“广域蜂窝式+短程直通式通信”，前者基于现有蜂窝技术的扩展，主要承载传统的车联网业务；后者引入D2D，实现V2V、V2I直接通信，这样基于蜂窝网络的V2X可以解决最苛刻的车间通信问题。在蜂窝网络下的D2D，两个相互接近的用户(UE)能够直接通信，以共享相同的资源,但资源复用的同时也带来干扰，那么资源分配是必然要面临的问题，然而，传统的D2D资源分配优化方案是不能直接应用到V2X通信中，主要是因为：相比于传统的D2D用户D2D-UEs，汽车间通信的QoS要求更高，并且传统的D2D资源分配相关问题仅仅包括蜂窝用户C-UEs和D2D用户D2D-UEs如何共享频谱资源，因此基于D2D的V2X资源分配优化是一个急需解决的问题。针对以上存在的问题，目前相关文献已经分析了V2X资源分配相关技术上的瓶颈，并通过广泛的系统级仿真进行性能评估，结果表明，特别是在高网络负载的情况下，为了实现所需的高可靠性的要求，资源分配方案和干扰抑制技术是必要的。其中有学者研究了一种与车辆位置信息相关的启发式资源分配机制，在满足车联网通信安全服务要求的同时，还减少了信令开销与通信干扰。还有学者提出了不同的算法有效的解决基于D2D技术的V2X资源分配问题，最大限度地减少蜂窝无线资源的消耗，并且解决资源分配计算复杂度的问题。但是，这些方法都没有考虑到V2X高可靠性低时延的通信需求。有人提出了一种针对V2X通信的上行链路资源共享的分配方案，把随机快衰落的V2X通信信道状态映射成信干噪比和复用信道个数之间的关系，并提出一种信道分配和功率控制方案，满足车联网用户通信对时延与可靠性要求的同时，最大化蜂窝用户总速率，但分组方式没有完全排除同频干扰，资源利用率没有最大化。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种基于D2D通信的V2X资源分配方法，其通过分簇提高资源利用效率的算法，可以有效抑制C-UEs用户层和V-UEs用户层之间的跨层干扰和同层干扰，在保证V-UEs通信需求情况下，最大化C-UEs的吞吐量。本专利技术所提供的一种基于D2D通信的V2X资源分配方法，其特征在于：所述方法包括：根据干扰信息构建干扰拓扑图；对所有车辆用户进行分簇，其中彼此之间无干扰关系的车辆用户被分在同一簇；为每个车辆用户分配信道；以及采用功率调整方案对所有蜂窝用户和车辆用户进行功率调整。其中，采用图着色理论对所有车辆用户进行分簇。其中，利用改进的匈牙利指派算法为每个车辆用户分配信道。其中，所述步骤“对所有车辆用户进行分簇”包括：设定簇数C；根据拓扑图，进行图着色分簇，得到多种初始分簇方案，并确定最小着色数；判断簇数C是否大于或等于最小簇数，若小于最小簇数则无法成功分簇，需返回至步骤“设定簇数C”重新设定簇数C；以及对每种初始分簇方案，根据公式计算评价函数，选择评价函数最小的初始分簇方案作为最终的分簇结果，其中C表示设定的簇数，C大于或等于最小簇数，表示每簇平均分的簇成员数，N表示车辆用户的总数量，ci表示每种初始分簇方案中的第i个簇，|ci|表示第i个簇中的成员数。其中，所述步骤“为每个车辆用户分配信道”包括：根据公式计算权重矩阵；当|Wm,c≠0|<N'时，根据该公式重新计算权重Wm,c，直至|Wm,c≠0|>N'，其中Wm,c表示簇和信道之间的权重、|Wm,c≠0|表示车辆用户可复用的蜂窝信道数、N'表示所需复用的蜂窝信道的数量，表示蜂窝用户的发送功率，Hm,k表示蜂窝用户的功率增益，Hn,k表示车辆用户的功率增益，表示蜂窝用户的发射功率，σ2表示噪声功率；γn表示第n个车辆用户的信干噪比，表示当车辆用户满足通信需求时每个信道上的信干噪比最小要求；当|Wm,c≠0|≥N'时，则根据权重矩阵，并假设虚拟用户，利用匈牙利指派算法，进行最大权重匹配；删除已经被簇c复用的蜂窝用户；以及计算簇c是否已经分配了N'个资源块，如若没有，转到步骤“根据权重矩阵，假设虚拟用户，利用匈牙利指派算法，进行最大权重匹配”，否则，结束匹配。其中，判断车辆用户之间有无干扰关系是依据一对车辆用户的接收端是否接收到另一对车辆用户的发送端的消息来确定。进一步的，本专利技术还提供给了一种基于D2D通信的V2X资源分配系统，包括：干扰拓扑图建立模块，用于根据干扰信息建干扰拓扑图；分簇模块，用于对所有车辆用户进行分簇，其中彼此之间无干扰关系的车辆用户被分在同一簇；信道分配模块，用于为每个车辆用户分配信道；以及功率调整模块，用于通过功率调整方案对所有蜂窝用户和车辆用户进行功率调整。其中，所述分簇模块用于通过图着色理论对所有车辆用户进行分簇。其中，所述信道分配模块利用匈牙利指派算法为每个车辆用户分配信道。其中，所述分簇模块包括簇数设定单元、最小着色数确定单元、簇数判断单元、评价函数单元及选择单元；所述簇数设定单元用于设定簇数C；所述最小着色数确定单元用于根据拓扑图进行图着色分簇，并确定最小着色数；所述簇数判断单元用于判断簇数C是否大于或等于最小簇数，若小于最小簇数，则所述簇数设定单元继续设定簇数，N表示车辆用户的总数量，ci表示每种初始分簇方案中的第i个簇，|ci|表示第i个簇中的成员数，并据此计算评价函数；所述选择单元用于选择评价函数最小的分簇结果作为最终的分簇结果。上述基于D2D通信的V2X资源分配方法及系统通过分簇提高资源利用效率的算法，可以有效抑制蜂窝用户C-UEs的用户层和车辆用户V-UEs的用户层之间的跨层干扰和同层干扰，在保证车辆用户V-UEs通信需求情况下，最大化蜂窝用户C-UEs的吞吐量。附图说明图1是本专利技术所述的一种基于D2D通信的V2X资源分配方法的较佳实施方式的流程图。图2是图1中步骤102的较佳实施方式的流程图。图3是图1中步骤103的较佳实施方式的流程图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于D2D通信的V2X资源分配方法，其特征在于：所述方法包括：根据干扰信息构建干扰拓扑图；对所有车辆用户进行分簇，其中彼此之间无干扰关系的车辆用户被分在同一簇；为每个车辆用户分配信道；以及采用功率调整方案对所有蜂窝用户和车辆用户进行功率调整。

【技术特征摘要】
1.一种基于D2D通信的V2X资源分配方法，其特征在于：所述方法包括：根据干扰信息构建干扰拓扑图；对所有车辆用户进行分簇，其中彼此之间无干扰关系的车辆用户被分在同一簇；为每个车辆用户分配信道；以及采用功率调整方案对所有蜂窝用户和车辆用户进行功率调整。2.如权利要求1所述的基于D2D通信的V2X资源分配方法，其特征在于：采用图着色理论对所有车辆用户进行分簇。3.如权利要求1所述的基于D2D通信的V2X资源分配方法，其特征在于：利用匈牙利指派算法为每个车辆用户分配信道。4.如权利要求1所述的基于D2D通信的V2X资源分配方法，其特征在于：所述步骤“对所有车辆用户进行分簇”包括：设定簇数C；根据拓扑图，进行图着色分簇，得到多种初始分簇方案，并确定最小着色数；判断簇数C是否大于或等于最小簇数，若小于最小簇数则无法成功分簇，需返回至步骤“设定簇数C”重新设定簇数C；以及对每种初始分簇方案，根据公式计算评价函数，选择评价函数最小的初始分簇方案作为最终的分簇结果，其中C表示设定的簇数，C大于或等于最小簇数，表示每簇平均分的簇成员数，ci表示每种初始分簇方案中的第i个簇，|ci|表示第i个簇中的成员数，N表示车辆用户的总数量。5.如权利要求1所述的基于D2D通信的V2X资源分配方法，其特征在于：所述步骤“为每个车辆用户分配信道”包括：根据公式计算权重矩阵；当|Wm,c≠0|<N'时，根据该公式重新计算权重Wm,c，直至|Wm,c≠0|>N'；其中Wm,c表示簇和信道之间的权重、|Wm,c≠0|表示车辆用户可复用的蜂窝信道数、N'表示所需复用的蜂窝信道的数量，表示蜂窝用户的发送功率，Hm,k表示蜂窝用户的功率增益，Hn,k表示车辆用户的功率增益，表示蜂窝用户的发射功率，σ2表示噪声功率，γn表示第n个车辆用户的信干噪比，表示当车辆用户满足通信需求时每个信道上的信干噪比最小要求；当|Wm,c≠0|≥N'时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海波，向煜，刘开健，陈善学，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50