一种基于车载通信的资源分配方法及装置

1.本发明涉及车载通信技术领域，具体涉及一种车载通信的资源分配方法及装置。


背景技术：

2.随着智能交通系统的迅速发展，车载通信网络得到了越来越多的关注。通常而言，车载通信网络中主要包含车与基础设施(例如基站)之间的通信链路(vehicle
‑
to
‑
infrasructure,v2i)及车与车之间的通信链路(vehicle
‑
to
‑
vehicle,v2v)。而在这其中v2i链路可以通过使用蜂窝网络来提供高带宽的网络服务以满足车辆用户娱乐信息的服务需求，而v2v链路则是利用设备间(device
‑
to
‑
device,d2d)通信技术在车辆之间传递高可靠低时延的安全信息来满足车辆用户道路安全类业务。
3.然而在车载通信场景下，由于不断增加的车辆通信要求和日益稀缺的频谱，传统的无线接入技术已经难以满足系统的性能要求。目前，作为一种新兴的接入技术，非正交多址接入(non
‑
orthogonal multiple access，noma)已经得到了广泛的研究。其noma技术的优点是可以提高频谱效率和接入量，这恰好能满足了车载通信网络的需求，被认为是一种有希望应用在车载网络中的技术。但又由于在车载通信系统中同时存在多种不同通信链路，其系统的性能会因为不同链路间强烈的干扰而大幅降低。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供一种基于车载通信的资源分配方法及装置，以解决如何提高系统性能的问题。
5.根据第一方面，本发明实施例提供了一种基于车载通信的资源分配方法，包括：获取预设道路上的cue数据并对所述cue数据进行分组得到cue分组结果；根据所述cue分组结果对预设链路中cue数据和due数据进行最优功率分配，得到cue数据及due数据的最优功率分配方案；基于所述最优功率分配方案进行资源分配，获得最优资源分配策略。
6.结合第一方面，在第一方面的第二实施方式中，所述获取预设道路上的cue数据并对所述cue数据进行分组得到cue分组结果，包括：将所述预设道路上的cue数据进行初始化设置，得到初始化cue数据；基于所述初始化cue数据按预设小组数量进行分组，得到至少一组cue分组结果。
7.结合第一方面，在第一方面的第三实施方式中，根据所述cue分组结果对预设链路中cue数据和due数据进行最优功率分配，得到cue数据及due数据的最优功率分配方案，包括：获取预设链路中cue数据和due数据中的数据资源；对所述数据资源进行功率分配，从中确定出最优分配功率方案。
8.结合第一方面，在第一方面的第四实施方式中，最优分配功率方案包括：
[0009][0010]
[0011][0012]
其中，表示为最优分配功率方案即最大化最小cue传输速率下的的最优资源分配,表示为最大化发射功率，表示为最小due容量限制，表示为第j个due复用第n个rb资源与基站进行通信，表示为第j个due数据对复用第n个资源数据进行通信时为二进制参数，取0或1；j表示任意due数据。
[0013]
结合第一方面，在第一方面的第五实施方式中，基于所述最优功率分配方案进行资源分配，获得最优资源分配策略，包括：利用匈牙利算法对所述最优功率分配方案进行求解，并从中选择出最优资源分配策略。
[0014]
根据本实施例提供的基于车载通信的资源分配方法，通过对cue数据进行分组之后进行功率分配选择最优功率分配方案，利用最优功率分配方案实施资源分配获得最优的资源分配策略，通过执行最优资源分配策略从而进一步提高系统性能。
[0015]
根据第二方面，本发明实施例提供了一种基于车载通信的资源分配装置，包括：获取模块，用于获取预设道路上的cue数据并对所述cue数据进行分组得到cue分组结果；功率分配模块，用于根据所述cue分组结果进行预设链路中cue数据的最优功率分配，得到cue数据的最优功率分配方案；资源分配模块，用于基于所述最优功率分配方案进行资源分配，获得最优资源分配策略。
[0016]
结合第二方面，在第二方面的第一实施方式中，包括：初始化模块，用于将所述预设道路上的cue数据进行初始化设置，得到初始化cue数据；分组模块，用于基于所述初始化cue数据按预设小组数量进行分组，得到至少一组cue分组结果。
[0017]
结合第二方面，在第二方面的第二实施方式中，包括：数据资源获取模块，用于获取预设链路中cue数据和due数据中的数据资源；分配模块，用于对所述数据资源进行功率分配，从中确定出最优分配功率方案。
[0018]
根据第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括∶存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面或者第一方面的任意一种实施方式中所述的基于车载通信的资源分配方法。
[0019]
根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第一方面或者第一方面的任意一种实施方式中所述的基于车载通信的资源分配方法。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]
图1为本发明实施例适用场景示意图；
[0022]
图2为本发明实施例提供的一种基于车载通信的资源分配方法的流程图；
[0023]
图3为本发明实施例的一个具体示例中车速对系统最小due容量的影响；
[0024]
图4为本发明实施例的一个具体示例中车速对系统最小due容量的影响；
[0025]
图5为本发明实施例提供的一种基于车载通信的资源分配装置的结构框图；
[0026]
图6为本发明实施例提供的一种电子设备的结构框图。
[0027]
附图标记
[0028]
获取模块
‑
10；功率分配模块
‑
20；资源分配模块
‑
30；
[0029]
处理器
‑
4；存储器
‑
5。
具体实施方式
[0030]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0032]
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0033]
需要说明的是，如图1所示，本发明中所考虑的场景为高速公路，其中包含一个基站，m个v2i链路和k个v2v链路。其中，使用v2i链路为车辆用户(cellular users,cues)使用noma技术接入网络，使用v2v链路为车辆用户(d2d users,dues)使用d2d技术进行车辆间通信。假设系统中一共存在n个rb(数据资源块)，且m≥2n。所有cue和due的集合分别定义为m＝{1,2,3...，m}和k＝{1,2,...，k}。我们假设所有dues复用cues的信道进行通信，并且基站能完美获取所有链路的信道状态信息。为公平起见，我们假设每个noma集群内的用户数量相同，则第n个集群中用户数量l
n
＝[(m/n)]
‑
1或[(m/n)]。
[0034]
如图2所示，为本发明实施例提供的一种基于通信网络的资源分配方法，包括：
[0035]
s10,获取预设道路上的cue数据并对所述cue数据进行分组得到cue分组结果。
[0036]
s20,根据所述cue分组结果对预设链路中cue数据和due数据进行最优功率分配，得到cue数据及due数据的最优功率分配方案。
[0037]
s30,基于所述最优功率分配方案进行资源分配，获得最优资源分配策略。
[0038]
本实施例提供的基于通信网络的资源分配方法，通过对cue数据进行分组之后进行功率分配最后根据功率分配方案，利用功率分配方案实施资源分配获得最优的资源分配策略，从而进一步提高系统性能。
[0039]
可选的，步骤s10还包括：
[0040]
s101,将所述预设道路上的cue数据进行初始化设置，得到初始化cue数据。
[0041]
s102,基于所述初始化cue数据按预设小组数量进行分组，得到至少一组cue分组结果。
[0042]
可选的，步骤s20还包括：
[0043]
s201,获取预设链路中cue数据和due数据中的数据资源。
[0044]
s202,对所述数据资源进行功率分配，从中确定出最优分配功率方案。
[0045]
在本实施例中，最优分配功率方案包括：
[0046][0047][0048][0049]
其中，表示为最优分配功率方案即最大化最小cue传输速率下的的最优资源分配,表示为最大化发射功率，表示为最小due容量限制，表示为第j个due复用第n个rb资源对发射机进行通信，表示为第j个due数据对复用第n个资源数据进行通信时为二进制参数，取0或1；j表示任意due数据。
[0050]
可选的，步骤s30还包括：
[0051]
s301,利用匈牙利算法对所述最优功率分配方案进行求解，并从中选择出最优资源分配策略。在本实施例中，所使用的匈牙利算法为现有技术在此不做赘述。
[0052]
本发明实施例提供的一种基于通信网络的资源分配方法，在执行上述步骤s10
‑
s30外，还包括：
[0053]
在一个典型的上行noma系统中，bs能够通过sic(successive interference cancellation)串行干扰消除技术去解码接收信号，且sic顺序按照信道增益大小以降序的进行解码。为不失一般性，我们假设在第n个cue集群中信道增益已经预先排列好，也就是h
1,b
|2≥|h
2,b
|2≥
…
≥|h
n,b
|2。假设系统带宽为1，则在第n个cue集群中的cuem的传输速率为：
[0054][0055]
其中p
m
表示第m个cue到基站的发射功率，h
m,b
表示cue与基站两者之间的传输信道。σ2表示cue的复高斯白噪声功率。表示第k个cue对发射机的发射功率，表示due对发射机与基站之间的传输信道，为一个二进制参数，当第k个due对复用第n个rb进行通信时其他情况时p
i
为第i个due发射功率，h
i,b
表示为第i个due于基站之间的传输信道。
[0056]
类似地，在第n个cue集群中的cuek的传输速率为：
[0057][0058]
其中，表示第k个due对中发射机和接受机之间的传输信道，h
m,k
表示第m个cue到第k对due接收机的传输信道，p
m
表示发射功率，u
m,n
为一个二进制参数，当第m个cue复用第n
个rb进行通信时u
m,n
＝1，其他情况时u
m，n
＝0。
[0059]
我们假设系统中衰落信道由一个小规模和一个大规模衰落组成，可以表示为：
[0060]
h
m,b
＝g
m,b
α
m,b
[0061]
其中，g
m,b
表示不同cue到基站之间的小规模衰落，可以归结为独立同分布的零均值单位方差的复高斯随机变量。α
m,b
表示独立于g
m,b
的大规模衰落，它可以表示为：
[0062][0063]
其中，β
m,b
是表示阴影衰落的对数正态随机变量。a是路径衰落常数。l
m,b
是第m个cue和基站之间的距离，γ是一个路径衰落指数。
[0064]
在本发明中，考虑基于d2d通信的车载通信网络中最大化最小cue传输速率下的的最优资源分配，同时系统应满足最小due容量限制和每个车辆的最大发射功率限定。问题可以描述为：
[0065][0066][0067][0068][0069][0070][0071][0072][0073]
其中，可以为最小due容量限制和每个车辆的最大发射功率限定，表示为第m个车辆的发射功率，表示为车辆的最大发射功率，表示为第n个cue集群中的cuem的传输速率，表示为最小due的传输速率，表示为每个cue只能占有一个rb资源；表示为第n个rb能够分配给最多l个cue；示为每个due占有一个rb资源；表示为每个rb最多分配个一个due。
[0074]
我们可以发现，该问题是一个混合整数非线性问题，并不能直接求解。因此我们开发了一个低复杂度的资源分配方案进行求解，包括cue分组、功率分配和rb分配三部分。
[0075]
为解决cue分组问题，常用的方法是使用穷举搜索或者分支限界法等方法。但是这些方法会带来难以忍受的计算复杂度。然而，我们注意到同一个小组中的cue接受的due用户的干扰时一致的，因此我们不需要讨论dues对cue分组的影响。已有的研究中，已经证明在一个cue集群中，不同用户信道增益的差异性对于减小系统干扰，提高系统容量具有重要作用。基于以上原则，在本实施例中，提出了一个有效的启发式算法对于cue分组方法，该方
法详细步骤如下：
[0076]
1)初始化，设置所有的cue：h
1,b
≥h
1,b
≥
…
≥h
m,b
。
[0077]
2)设置cue小组数量为k个。
[0078]
3)分配cues到不同小组中：
[0079]
4)第一个小组＝{h
1,b
,h
k+1,b
,h
2k+1,b
,...,h
m
‑
k
‑
1,b
}，
[0080]
5)第二个小组＝{h
2,b
,h
k+2,b
,h
2k+2,b
,...,h
m
‑
k
‑
2,b
}，
[0081]
6)第k个小组＝{h
k,b
,h
2k,b
,h
3k,b
,...,h
m,b
}，
[0082]
7)最后返回cue分组结果。
[0083]
当通过cue分组后，原有的m个cue已经划分为n个小组。
[0084]
而对于使用第n个rb的cue组和due对的最优功率分配方案，可以表示为：
[0085][0086][0087][0088][0089]
为更方便的处理还需要将其公式转换为如下形式：
[0090][0091][0092][0093][0094]
其中可以看出，在目标函数关于单调递增，关于p
m
单调递减。因此约束在刚好取等号就能得到最优解。
[0095]
进一步的，由于约束条件中的变量p
m
和变量存在线性关系。即：
[0096][0097]
其中，φ
‑1为所有cue用户的发射功率向量，且，
[0098]
[0099]
将公式代入目标函数中，我们能发现目标函数关于单调递增。因此，考虑最大发射功率约束，我们能得到最佳的due发射功率为：
[0100][0101]
和
[0102][0103]
其中，1是一个全1的向量，为φ
‑1的第i行。
[0104]
至此，我们得到了cue分组和任意cue
‑
due组合的功率分配方案。其目标问题可以重写为：
[0105][0106][0107][0108]
之后使用改良的匈牙利算法进行求解，确定出最优的结果。
[0109]
最后，为了验证最优结果的有效性，可以通过仿真实验来验证了,如图3
‑
4所示，我们遵循仿上述步骤模拟高速公路下场景。并与传统的oma方案进行了对比。
[0110]
如图3所示，显示了车速对系统最小due容量的影响，并以使用noma和oma技术，在最大发射功率最小容量时，对23dbm和17dbm进行举例，其中横坐标表示车速，单位是km/h，纵坐标表示最小due容量,单位是bit/s/hz。从图中可以看出，所有基于noma和oma技术的资源分配方案中系统最小due容量都随着车速增加而减小。这是由于所采用的仿真模型中，随着车速增加，车辆之间间隔也会随之增加，进而due对之间的信道衰落更大，传输速率也会相应减小。另外提出的noma方案容量一致高于oma方案，这是由于sic技术的使用，会消除一部分系统内的干扰从而提高系统性能，表明noma在车载应用中具有良好的效果。
[0111]
如图4所示，对比了最小due容量与最小cue容量限制的两种不同资源分配方法下的关系，包括最大化最小传输速率方案(min,the proposed scheme)，最大化总和传输方案(max)。并以对23dbm和17dbm进行举例，纵坐标表示最小due容量,单位是bit/s/hz，横坐标表示最小cue需求容量，单位是bps/hz,由图可以看出我们提出的方法可以有效提高最小的due容量，这表明直接优化系统最大容量时往往无法兼顾系统的公平性，而在一些特定场景下，譬如对于交通安全，无人驾驶等领域需要保证高可靠和稳定的v2v通信时，保证due之间容量的公平性是有必要的。
[0112]
相应地，请参考图5，本发明实施例提供一种基于车载通信的资源分配，具体的该装置包括：
[0113]
获取模块10，用于获取预设道路上的cue数据并对所述cue数据进行分组得到cue
分组结果，详细内容参考步骤s10。
[0114]
功率分配模块20，用于根据所述cue分组结果进行预设链路中cue数据的最优功率分配，得到cue数据的最优功率分配方案，详细内容参考步骤s20所述
[0115]
资源分配模块30，用于基于所述最优功率分配方案进行资源分配，获得最优资源分配策略，详细内容参考步骤s30所述。
[0116]
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图6所示，该电子设备可以包括处理器4和存储器5，其中处理器4和存储器5可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。
[0117]
处理器4可以为中央处理器(central processing unit，cpu)。处理器4还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field
‑
programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
[0118]
存储器5作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的人口流动统计分析方法对应的程序指令/模块(例如，图5所示的获取模块1、功率分配模块2、资源分配模块3)。处理器4通过运行存储在存储器5中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的人口流动统计分析方法。
[0119]
存储器5可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器4所创建的数据等。此外，存储器5可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器5可选包括相对于处理器4远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器4。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0120]
所述一个或者多个模块存储在所述存储器5中，当被所述处理器4执行时，执行如图2
‑
4所示实施例中的车载通信的资源分配方法。
[0121]
上述电子设备的具体细节可以对应参阅图2至图4所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
[0122]
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read
‑
only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid
‑
state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0123]
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
[0124]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或
变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。