车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法组成比例

车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法，本发明专利技术涉及车联网通信方法。本发明专利技术的目的为了解决现有技术存在的不能满足车联网通信时严格的时延和信息传输的可靠性需求；网络资源的利用率低；网络中频谱利用率低；当V‑UEs复用蜂窝用户通信链路时，不能确保蜂窝链路的通信质量；只是考虑最大化网络吞吐量而忽略了用户信息优先级的问题。过程为：建立基于D2D通信技术的LTE‑V通信网络架构；初始化网络系统参数；计算信道增益；设定车联网用户V‑UEs最小信干噪比SINR值；分别建立inf

【技术实现步骤摘要】
车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法
本专利技术涉及车联网通信方法。
技术介绍
车联网通信有严格的时延和信息传输的可靠性需求，作为一种新兴的技术，D2D通信具有高的频谱利用率，能量效率和低传输时延的优点，因此D2D(Device-to-Device)技术为车联网通信提供了一种快速，可靠的解决途径。车联网(VehicletoEverything，V2X)是借助新一代信息通信技术将车与一切事物相连接，从而实现车辆与车辆(VehicletoVehicle，V2V)、车辆与路侧基础设施(VehicletoInfrastructure,V2I)、车辆与行人等弱势交通参与者(VehicletoPedestrian,V2P)、车辆与云服务平台(VehicletoNetwork)的全方位连接和信息交互。V2X(Vehicle-to-Everything)车联网将“人、车、路、云”等交通参与要素有机地联系在一起，不仅可以支撑车辆获得比单车感知更多的信息，促进自动驾驶技术创新和应用；还有利于构建一个智慧的交通体系，促进汽车和交通服务的新模式新业态发展，对提高交通效率、节省资源、减少污染、降低事故发生率、改善交通管理具有重要意义。LTE-V是指基于LTE移动通信技术演进形成的V2X车联网无线通信技术，包括蜂窝通信(Uu)和直接通信(PC5)两种工作模式。其中，蜂窝通信模式借助已有的LTE蜂窝网络，支持高带宽、广覆盖、长距离的通信连接，满足道路事故/施工提醒、信号灯提醒、车速引导、动态地图等信息服务、交通效率类车联网应用需求；直接通信(V2Xsidelinkcommunication)模式即D2D通信模式，既可以在网络覆盖内工作又可以在网络覆盖外工作，使用5.9GHz附近的ITS专用频谱进行终端设备之间的直接通信，实现车辆与周边车辆、路侧基础设施、行人等节点的低时延、高可靠的通信，重点满足前向碰撞预警、十字路口防碰撞预警、紧急车辆预警等行车安全类车联网应用需求。D2D-basedV2X通信有两种资源分配模式：集中式资源调度(ScheduledResourceAllocation)和自组织资源分配(AutonomousResourceSelection)。其中集中式资源调度是由EvolvedNodeB(eNB)实现网络中所有资源块(ResourceBlocks,RBs)集中式调度和分配，该通信模式发生在授权的频谱资源(licensedbands)范围内；自组织资源分配是由用户自己从现有的资源池中选择选择资源块进行通信,该通信模式发生在未授权的频谱资源(unlicensedbands)范围内,比如6GHz或者2GHz。基于现有的D2D模式选择技术，本专利技术进一步将V2X集中式资源调度分为专用模式(DedicatedMode)和复用模式(ReuseMode)。因此本专利技术V2Xsidelinkcommunication共有三种通信模式：自组织资源分配，专用模式，复用模式。根据第三代合作伙伴计划(3rdGenerationPartnershipProject，3GPP)，TS23.303技术报告相关内容规定：在下层数据传输之前，应用层(applicaiotnlayer)会给每个V2X数据包分配一个独立的近场通信优先级(ProSePer-PacketPriority，PPPP)。无论是用户内和用户之间的数据传输都应该优先传输数优先级高的数据包。但是，现有技术存在以下问题：不能满足车联网通信时严格的时延和信息传输的可靠性需求；不能实现网络中未授权频谱(unlicensedbands)和授权频谱(licensedbands)资源的共享，网络资源的利用率低；不能实现V2Xsidelink在不同通信模式资源的联合调度，网络中频谱利用率低；当V-UEs复用蜂窝用户通信链路时，不能确保蜂窝链路的通信质量；只是考虑最大化网络吞吐量而忽略了用户信息优先级的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的为了解决现有技术存在的不能满足车联网通信时严格的时延和信息传输的可靠性需求；网络资源的利用率低；网络中频谱利用率低；当V-UEs复用蜂窝用户通信链路时，不能确保蜂窝链路的通信质量；只是考虑最大化网络吞吐量而忽略了用户信息优先级的问题，而提出车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法。上述的专利技术目的是通过以下技术方案实现的：车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法是按照以下步骤进行的：步骤一：算法开始；步骤二：建立基于D2D通信技术的LTE-V通信网络架构，转到步骤三：步骤三：初始化网络系统参数，转到步骤四：步骤四：计算蜂窝用户P-UEj与eNB之间的信道增益hj,B、蜂窝用户P-UEj与V-UEi接收端之间的信道增益hi,j，V-UEi发射端到eNB干扰链路的信道增益hi,B，V-UEi发射端到V-UEi接收端的信道增益hi；1≤i≤N；1≤j≤M；所述V-UEi为车联网用户i,P-UEj为行人用户j；步骤五：设定车联网用户V-UEs最小信干噪比SINR值；步骤六:根据步骤四分别建立V-UEs和P-UEs的信息量效应函数infV和infC；步骤七：根据步骤五和步骤六将V2X车联网中的资源分配问题进行数学建模，得到数学模型；步骤八：根据步骤七的数学模型进行空闲资源块分配，获得自组织资源选择信道分配矩阵x(1)和专用模式信道分配矩阵x(2)；转到步骤九；步骤九：根据步骤七的数学模型进行复用资源块分配，获得信道分配矩阵x(3)；转到步骤十；步骤十：算法结束。专利技术效果本专利技术提出了车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法，该方法在满足车联网通信严格时延和可靠性需求的前提下，将网络信息量最大化作为优化目标，综合考虑用户传输数据优先级和通信质量，并保证行人用户和车联网用户通信链路的最小信噪比的需求，实现了网络中不同通信模式资源的联合调度，对同时提高车联网通信时数据的优先级和网络的吞吐量具有重要的意义。本专利技术提出了一种新的LTE-V通信体制，该体制下V2Xsidelink可以工作在不同的资源分配方式中，实现了V2X通信网络中所有licensedbands和unlicensedbands资源共享的目的，提高了网络资源的利用率。本专利技术中，V2X通信不仅可以发生在licensedbands实现集中式资源调度，还可以发生在unlicensedbands实现自组织资源分配。其中，针对集中式资源调度，本专利技术进一步将V2Xsidelink通信模式分为专用模式和复用模式。从而实现了V2Xsidelink不同工作模式下的资源共享，提高了网络中频谱利用率。本专利技术提出了信息量(InformationValue)的效用函数，该信息量不仅考虑了用户传输数据优先级问题，使得优先级高的用户信息优先发送，而且还考虑了网络的吞吐量问题。本专利技术的目标是最大化网络中所有用户的信息值，同时在用户最大发射功率的限制条件下，通过联合功率控制，确保所有用户的通信时最小信干燥比的需求。本专利技术能够通过联合集中式资源调度和自组织资源分配方法对V2X车联网中的资源进行合理的分配和调度，从而实现网络中所有用户(所有V-UEs和P-UEs)的信息值的最大化。该方法不仅达到了优先级高的数据优先传输的目的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法，其特征在于，所述方法具体是按照以下步骤进行的：步骤一：算法开始；步骤二：建立基于D2D通信技术的LTE‑V通信网络架构，转到步骤三：步骤三：初始化网络系统参数，转到步骤四：步骤四：计算蜂窝用户P‑UEj与eNB之间的信道增益hj,B、蜂窝用户P‑UEj与V‑UEi接收端之间的信道增益hi,j，V‑UEi发射端到eNB干扰链路的信道增益hi,B，V‑UEi发射端到V‑UEi接收端的信道增益hi；1≤i≤N；1≤j≤M；所述V‑UEi为车联网用户i,P‑UEj为行人用户j；步骤五：设定车联网用户V‑UEs最小信干噪比SINR值；步骤六:根据步骤四分别建立V‑UEs和P‑UEs的信息量效应函数inf

【技术特征摘要】
1.车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法，其特征在于，所述方法具体是按照以下步骤进行的：步骤一：算法开始；步骤二：建立基于D2D通信技术的LTE-V通信网络架构，转到步骤三：步骤三：初始化网络系统参数，转到步骤四：步骤四：计算蜂窝用户P-UEj与eNB之间的信道增益hj,B、蜂窝用户P-UEj与V-UEi接收端之间的信道增益hi,j，V-UEi发射端到eNB干扰链路的信道增益hi,B，V-UEi发射端到V-UEi接收端的信道增益hi；1≤i≤N；1≤j≤M；所述V-UEi为车联网用户i,P-UEj为行人用户j；步骤五：设定车联网用户V-UEs最小信干噪比SINR值；步骤六:根据步骤四分别建立V-UEs和P-UEs的信息量效应函数infV和infC；步骤七：根据步骤五和步骤六将V2X车联网中的资源分配问题进行数学建模，得到数学模型；步骤八：根据步骤七的数学模型进行空闲资源块分配，获得自组织资源选择信道分配矩阵x(1)和专用模式信道分配矩阵x(2)；转到步骤九；步骤九：根据步骤七的数学模型进行复用资源块分配，获得信道分配矩阵x(3)；转到步骤十；步骤十：算法结束。2.根据权利要求1所述车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法，其特征在于：所述步骤二中建立基于D2D通信技术的LTE-V通信网络架构；具体过程为：在一个城市场景中城市道路的拓扑结构为曼哈顿网格布局，eNB坐落在网络中心；N对V-UEs发送端均匀分布在车道上，对应的N对V-UEs接收端同时落在以相应V-UEs发送端为圆心，以r为半径的圆内车道上，M个P-UEs以固定的间距均匀分布在人行道上；所述r的范围为20-100米；M＝20；所述固定的间距为人行道的长度除以行人的个数；所述V-UEs为网络中所有车联网用户的统称；P-UEs为网络中所有行人用户的统称；车与车之间的间距等于2.5秒×汽车绝对速度值；车联网用户通信发生在两种资源分配模式，集中式资源调度和自组织资源分配；其中集中式资源调度包含复用模式和专用模式；车联网用户复用行人用户的上行链路资源，网络中所有资源块之间相互正交；基站通过控制信道获取所有通信链路的信道信息。3.根据权利要求2所述车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法，其特征在于：所述步骤三中初始化网络系统参数，具体过程为：假设整个网络系统中共有M个蜂窝用户P-UEs和N对V-UEs对；所有V-UEs的集合为V＝{V-UE1,V-UE2,…V-UEN}，所有P-UEs的集合为C＝{P-UE1,P-UE2,…P-UEM}；M、N取值为正整数；在任何给定的传输时隙里，用户仅有一个数据包传输，并且每个用户传输数据包的大小相同；初始化所有用户数据包的近场通信优先级(ProSePer-PacketPriority，PPPP)值，其值限定在[0,1]范围内；定义为V-UEs传输信息的PPPP值的集合，为P-UEs传输信息的PPPP值的集合；定义E是使用空闲频谱V-UEs的集合，R是复用模式下V-UEs的集合；所有授权资源块的个数为L，对应的集合为FL＝{F1,F2,…FL}，所有未授权资源块的个数为U，对应的集合为FU＝{F1,F2,…FU}；L、U取值为正整数。4.根据权利要求3所述车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法，其特征在于：所述步骤四中计算蜂窝用户P-UEj与eNB之间的信道增益hj,B、蜂窝用户P-UEj与V-UEi接收端之间的信道增益hi,j，V-UEi发射端到eNB干扰链路的信道增益hi,B，V-UEi发射端到V-UEi接收端的信道增益hi；1≤i≤N；1≤j≤M；具体过程为：蜂窝用户P-UEj与eNB之间的信道增益hj,B的数学表达式为：其中，G是路径损耗常数，βj,B为蜂窝用户到基站的服从指数分布的快速衰落，为蜂窝用户到基站服从对数正态分布的慢衰落因子，α是路径损耗因子，是蜂窝用户P-UEj和eNB之间的距离；蜂窝用户P-UEj与V-UEi接收端之间的信道增益hi,j的数学表达式为：其中，为蜂窝用户P-UEj与V-UEi接收端之间服从对数正态分布的慢衰落因子，为蜂窝用户P-UEj与V-UEi接收端之间的距离；V-UEi发射端到eNB干扰链路的信道增益hi,B的数学表达式为：其中，为V-UEi发射端到eNB之间服从对数正态分布的慢衰落因子，为V-UEi发射端到eNB之间的距离；V-UEi发射端到V-UEi接收端的信道增益hi：其中，为V-UEi发射端到V-UEi接收端之间服从对数正态分布的慢衰落因子，是V-UEi发射端到V-UEi接收端之间的距离。5.根据权利要求4所述车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法，其特征在于：所述步骤五中设定车联网用户V-UEs最小信干噪比SINR值；具体过程为：V-UEi的最小信干噪比SINR值大于V-UEs最小信干噪比表达式如下：所述V-UEs最小信干噪比为10dB。6.根据权利要求5所述车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法，其特征在于：所述步骤六中根据步骤四分别建立V-UEs和P-UEs的信息量效应函数infV和infC；具体过程为：一、自组织资源分配模式下参数计算：当用户V-UEi工作在自组织资源分配模式下时，V-UEi输信息不被任何其它用户干扰，此时用户V-UEi的信噪比瞬时速率ri(1)和信息量的表达式如下：其中，表示用户V-UEi在自组织资源分配模式下的发射功率，hi是用户V-UEi的信道增益，是用户V-UEi传输信息的PPPP值，是高斯白噪声；二、专用模式下参数计算：当用户V-UEi工作在专用模式下时，V-UEi不会被任何其它用户干扰，此时用户V-UEi的信噪比瞬时速率ri(2)和信息量的表达式如下：其中，表示用户V-UEi在专用模式下的发射功率，hi是用户V-UEi的信道增益，是用户V-UEi传输信息的PPPP值，是高斯白噪声；三、复用模式下参数计算：当用户V-UEi的资源被P-UEj复用时，用户V-UEi发射的信息会受到用户P-UEj发射信息的干扰，此时，用户V-UEi的信干噪比瞬时速率信息量的表达式如下：其中，表示用户V-UEi在复用模式下的发射功率，hi是用户V-UEi的信道增益，是用户V-UEi传输信息的PPPP值，是高斯白噪声；表示用户P-UEj被V-UEi复用时的发射功率；hi,j为蜂窝用户P-UEj与V-UEi接收端之间的信道增益；四.蜂窝用户P-UEs的参数计算1)当用户P-UEj的资源被V-UEi复用时，用户P-UEj发射的信息会受到用户V-UEi发射信息的干扰，此时，用户P-UEj的信干噪比瞬时速率信息量的表达式如下：其中，表示用户P-UEj被V-UEi复用时的发射功率，hj,B是用户P-UEj到eNB的信道增益，hi,B是用户V-UEi到eNB的干扰信道增益，是用户P-UEj传输信息的PPPP值，是高斯白噪声；2)当用户P-UEj的资源不被任何用户复用时，此时，用户P-UEj的信噪比瞬时速率信息量的表达式如下：其中，表示用户P-UEj的发射功率，hj,B是用户P-UEj到eNB的信道增益，是用户P-UEj传输信息的PPPP值，是高斯白噪声。7.根据权利要求6所述车联网通信联合集中式资源调度和自组织资源分配方法，其特征在于：所述步骤七中根据步骤五和步骤六将V2X车联网中的资源分配问题进行数学建模，得到数学模型；具体过程为：

【专利技术属性】
技术研发人员：马琳，李小帅，何晨光，陈亮，王世奇，徐玉滨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23