一种基于博弈论的车联网系统时间资源分配方法技术方案

本申请属于智能车联网领域和移动通信技术领域，为解决通信感知一体化中的时间资源受限问题，提供一种基于博弈论的车联网系统时间资源分配方法，该方法根据不同时延敏感性的数据进行了高低优先级传输设计，设计了动态时分帧结构，利用所采集的毫米波信息对帧结构进行排队建模，在多车情形下，将频谱的时间资源优化配置问题等效为一个纳什博弈模型；根据纳什均衡策略的存在性和可行性，实现了集中式时间资源分配算法和分布式时间资源算法，提升了网联传输可靠性及网联传输速率，实现了多车间的车辆感知信息协同和资源优化分配，并更好的达到数据的传输共享目的。到数据的传输共享目的。到数据的传输共享目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于博弈论的车联网系统时间资源分配方法


[0001]本申请属于智能车联网领域和移动通信
，具体涉及一种基于博弈论的车联网系统时间资源分配方法。

技术介绍

[0002]在智能汽车无人驾驶过程中，毫米波雷达自动感知车辆周边其他车辆的位置信息以及速度信息等，这对智能汽车合理避障提供了更多保障。车辆与车辆之间，进行信息交换并接收有关车辆信息，实现驾驶安全性，以及车辆可以和路侧之间进行通信，从而实现车联网之间的通信感知一体化。雷达系统和通信系统在硬件设备和基带处理上都包含收发信机、信号处理模块和天线，使得设备的共用成为可能。在车载毫米波雷达上增加通信功能，实现雷达通信一体化，可以充分发挥各自的优势。
[0003]多车多节点的互联网络中，车辆驾驶的安全性依赖于来自多种传感器的原始数据共享，但车载传感器性能极易受到环境的影响，且传感器之间的数据互联会产生海量数据。大规模车联网通信中，庞大的数据量以及低时延可靠性的传输要求，对车联网通信和感知带来极大的困难。

技术实现思路

[0004]为解决上述存在的问题，本申请提出一种基于博弈论的车联网系统时间资源分配方法。该方法应用于智能车联网系统，目的在于最大化车联网中移动通信资源的利用率，提升通信和感知一体化性能。
[0005]为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：
[0006]一种基于博弈论的车联网系统时间资源分配方法，包括如下步骤：
[0007]设计动态帧结构，基于采集的毫米波信息对帧结构进行排队建模，在通信子帧内进行时隙设计；
[0008]通信系统的雷达性能和通信性能指标评估；
[0009]构建系统模型，并进行求解；
[0010]获得最优化的通信感知时间资源分配策略和通信感知一体化性能，以得到在同一帧内的最佳时间分配比例。该方法中通过构建系统模型，建立有效函数并采用博弈理论进行对时间资源分配问题进行求解，获得最优化的通信感知时间资源分配策略和通信感知一体化性能。
[0011]进一步地，所述进行通信系统的雷达性能和通信性能指标评估包括：采用两个随机变量的互信息MI表征一个随机变量中包含另一个随机变量的多少；对通信感知一体化的总体通信感知性能进行数学表征，将通信感知一体化问题转化为采用博弈论方法求解最优解的问题。
[0012]进一步地，所述建立有效函数并采用博弈理论进行对时间资源分配问题进行求解包括：
[0013]采用博弈论方法，来实现系统时域资源性能优化；
[0014]将雷达和通信分别按照一定的比例各自占据帧结构中的时间，在同一帧中雷达感知的持续时间会影响通信传输功能的时间分配和信息传输数据；
[0015]利用雷达感知和通信感知在同一通信系统下，最大化的实现自身效用并抢占有限的系统资源，并减小求解过程的计算复杂度。
[0016]进一步地还包括：进行雷达通信一体化系统物理层的帧结构设计，实现雷达通信的时域一体化，设定感知和通信功能在同一帧中分别占据一定数量的子帧，子帧总数为感知子帧和通信子帧的总数相加，设计动态帧结构，在通信子帧内进行时隙设计，进行时隙的组合来实现控制信息。
[0017]进一步地，所述建立有效函数并采用博弈理论进行对时间资源分配问题进行求解包括：在多车情形下，将频谱的时间资源优化配置问题等效为一个纳什博弈模型；根据纳什均衡策略，实现集中式时间资源分配算法和分布式时间资源算法。
[0018]进一步地，所述进行系统模型建立包括：进行系统模型建立，通过设定目标函数，把最优化时间分配的通信和感知参数获取，转换为数学模型优化求解问题；每一辆车根据不同的感知和通信任务，在可配置的范围内采用非统一的帧配置，调整各自的雷达探测和通信时间分配，在基于动态的帧结构对时间资源分配方案建立目标函数。
[0019]进一步地还包括：将通信感知一体化系统的最优化问题等效为基于通信和雷达的信息加权平均问题，即max(c1R
rad
+c2S
com
)，其中，R
rad
表示雷达信号，S
com
表示通信信号，c1表示雷达信号权重系数，c2表示通信信号权重系数,max表示求解该函数的最大值。
[0020]有益效果
[0021]与现有技术相比，本申请提供的基于博弈论的车联网系统时间资源分配方法，通过实现相应的最佳的时间资源分配策略，实现智能网联车通感一体化系统场景中的最优化性能问题。利用所采集的毫米波信息对帧结构进行排队建模，实现了对于单车感知通信双工在同一帧的最佳时间分配比例。
附图说明
[0022]图1为本申请实施例的通信波形和感知波形协同融合示意图；
[0023]图2为本申请实施例的感知通信协同融合场景中通信感知一体化时分架构示意图；
[0024]图3为本申请实施例的可调时分帧结构设计示意图；
[0025]图4为本申请实施例的感知通信协同融合场景性能优化流程图；
[0026]图5为本申请实施例的算法得到的通信感知一体化性能及分别采用遗传算法粒子群算法得到的结果对比图。
具体实施方式
[0027]以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0028]通信感知协同的基础是无线感知，通信感知一体化技术是指以复用频谱资源和硬
件资源的方式为无线通信系统增添一定的环境感知能力，通信感知一体化技术被众多专家学者认为是十分具有潜力的下一代移动通信技术之一。通信感知协同融合将会是面向5G
‑
Advanced和6G的一项关键技术，也是目前最热门的研究领域之一，有希望彻底改变传统的通信和雷达系统。
[0029]由于当前无线终端和雷达等设备越来越多，电磁频谱环境变得逐渐复杂。目前应用于车联网中的无线通信面临感知和通信不足的问题。频谱的稀缺性与车联网等新兴业务的发展对频谱、能量、硬件等资源的分配提出了严峻的挑战。感知通信协同融合，可以有效地利用无线资源，将感知系统与通信系统结合起来，实现环境感知与通信的双重功能。
[0030]长期以来，无线感知系统一直是与无线通信系统并行发展起来的独立技术。定位是目前移动通信系统发展到5G能够提供的唯一感知服务。虽然感知通信协同融合已经发展多年，基本可以实现环境探测和通信传输的双重功能，但随着感知通信协同在多车互联、无人驾驶等新业务的应用，通信感知的深度融合依旧面临着诸多挑战和困难。通信和感知一体化存在全双工TDD模式下时频资源共用困难，时间资源分配问题等问题，以及感知和通信的共用帧结设计等问题。
[0031]为解决通信感知一体化中的时间资源(资源即通信感知一体化时间资源)受限问题，本申请提供一种基于博弈论的车联网系统时间资源分配方法，该方法应用于智能车联网系统，且支持多车辆和多传感器终端。实现了其以特定车辆为中心情本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于博弈论的车联网系统时间资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：设计动态帧结构，基于采集的毫米波信息对帧结构进行排队建模，在通信子帧内进行时隙设计；通信系统的雷达性能和通信性能指标评估；构建系统模型，并进行求解；获得最优化的通信感知时间资源分配策略和通信感知一体化性能，以得到在同一帧内的最佳时间分配比例。2.如权利要求1所述的基于博弈论的车联网系统时间资源分配方法，其特征在于，建立有效函数并采用博弈理论进行对时间资源分配问题进行求解，所述通信系统的雷达性能和通信性能指标评估包括：采用两个随机变量的互信息MI表征一个随机变量中包含另一个随机变量的多少；对通信感知一体化的总体通信感知性能进行数学表征，将通信感知一体化问题转化为采用博弈论方法求解最优解的问题。3.如权利要求1所述的基于博弈论的车联网系统时间资源分配方法，其特征在于，所述构建系统模型并进行求解包括：建立函数并采用博弈理论进行对时间资源分配问题进行求解，求解包括：进行雷达通信一体化系统物理层的帧结构设计，实现雷达通信的时域一体化，设定感知和通信功能在同一帧中分别占据一定数量的子帧，子帧总数为感知子帧和通信子帧的总数相加，设计动态帧结构，在通信子帧内进行时隙设计，进行时隙的组合来实现控制信息。4.如权利要求1所述的基于博弈论的车联网系统时间资源分配方法，其特征在于，所述构建系...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈方园，李文博，陈高波，陈小忠，
申请(专利权)人：浙江金乙昌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：