本发明属于无线通信领域,具体涉及一种应用在多跳异构车联网中的基于拍卖匹配理论的高能效资源分配方案,能够在综合考虑中继选择,频谱分配,功率优化和基站功耗的情况下实现异构车联网能效最大化。
背景技术:
随着城市化和汽车工业化的进一步发展,现代交通系统的数十亿辆汽车引发了一系列的关键问题,例如能源消耗增加,空气污染,以及温室气体排放等等。为创造绿色可持续发展的未来,研究智能交通系统显得尤为重要。在智能交通系统众多基础技术中,车辆直通(vehicle-to-vehicle,v2v)通信能够实现车辆之间的信息交流和内容传递,从而有效的解决车辆通信能耗的问题。在车辆较多而信道资源较少的情况下,传统的v2v通信技术存在一定的传输时延,而基于终端直通(device-to-device,d2d)的车辆通信方式(d2d-v2v)能有效的解决频谱资源分配和内容分发的问题,因此有必要设计一个有效的频谱资源管理方案,实现车联网能效最大化。
技术实现要素:
本发明是一种应用在多跳异构车联网中的基于拍卖匹配理论的高能效资源分配方案,首先提出了一种基于英式竞价拍卖的资源管理算法,能够综合考虑车辆和蜂窝用户中的中继选择,频谱分配,功率优化问题,实现d2d-v2v通信能效最大化,其次,提出了一种基于功率控制的非线性分式优化算法,实现基站能效最大化。其具体实施过程如下:
1)图1为多跳异构车联网d2d-v2v通信模型,模型中包括了一个基站,k个蜂窝用户(cue),m个潜在内容传输车辆(v-tx)和内容接收车辆(v-rx),n个内容中继车辆(v-rs),其中k个蜂窝用户和资源块分别用
其中
总的两跳d2d-v2v对(
因此与其对应的能效可表示为
其中
如果找不到合适的
其中
其中
2)基于以上描述,我们可以把能效资源分配问题划分为两个阶段。在第一阶段,本发明综合考虑车辆中继选择,频谱资源分配和传输功率控制的情况下最大化cue和两跳d2d-v2v对(
同理,可得出第二阶段的优化目标为
3)在第一阶段中,优化问题p1涉及到tx-rx对(
本发明采用一种基于英式竞价拍卖的能效优先的资源分配算法来解决涉及到的双边匹配问题,在双边匹配的过程中,
其中
由于p3是一个关于
拍卖商品:定义接收到多对tx-rx请求的
拍卖商:定义基站为拍卖商,其主要任务为根据拍卖规则分配□的归属。
投标人:定义具有匹配请求冲突的tx-rx对的集合为□,□中的元素即为投标人。
竞标价格:中继接收车辆v-rs和频谱资源块rb的价格集合分别是
定义
基于以上公式,tx-rx对(
在第二阶段中,本发明采用非线性分式优化的方法来求解p2,定义
其中
用分式优化算法求解优化问题p4时,首先设置一个容差极限
附图说明:
图1是多跳异构车联网d2d-v2v通信模型示意图。
图2是基于sumo的真实仿真环境图。
图3是网络平均能效随着tx-rx对数变化图。
图4是d2d-v2v用户平均覆盖率随着d2d-v2v链路阈值变化图。
图5是网络平均能效随着d2d-v2v链路阈值变化图。
具体实施方式
本发明的实施方式总共分为两步,分别为模型建立过程和算法实现过程,能够在综合考虑中继选择,频谱分配,功率优化和基站功耗的情况下实现异构车联网能效最大化。
1)图1是多跳异构车联网d2d-v2v通信模型,由于车辆的高移动性和信号衰落的缘故,当车辆之间距离较远时,仅仅由一跳传输来实现车辆通信往往满足不了内容传输的需求,因此需要选择中继车辆进行内容传输。在两跳的通信传输模型中,由v-tx将内容传输给v-rs,再由v-rs传输给v-rx,其中传输信道复用
2)为了解决上述问题,首先要将tx-rx对(
对于本发明,我们进行了大量仿真,在基于sumo和matlab的仿真环境下,基于真实地图对发明进行验证。本发明利用sumo导入真实地图,模拟车辆运动状态,获取车辆位置信息,图2是基于sumo的真实仿真环境图,图中黄色的三角块表示仿真车辆。在获取车辆信息后,本发明利用matlab进行算法验证。图3为网络平均能效随着tx-rx对数的变化情况,其中比较了含功率控制的穷举算法,含功率控制的匹配算法,不含功率控制的无中继匹配算法以及不含功率控制的随机分配算法。含有功率控制的匹配算法与含有功率控制的穷举算法性能最为接近,明显好于其他两种算法。图4为d2d-v2v用户平均覆盖率随着d2d-v2v链路sinr阈值的变化情况,其中比较了含有功率控制的匹配算法和含有功率控制的无中继匹配算法。随着链路阈值的增大,两种算法的用户平均覆盖率都在减小,但有中继的匹配算法优于无中继的匹配算法。图5为网络平均能效随着d2d-v2v链路sinr阈值的变化情况,其中比较了含功率控制的穷举算法,含功率控制的匹配算法,不含功率控制的无中继匹配算法以及不含功率控制的随机分配算法。随着链路阈值的增大,四种算法的网络平均能效都在减小,含有功率控制的匹配算法与含有功率控制的穷举算法性能最为接近,明显好于其他两种算法。
尽管为说明目的公开了本发明的具体实施和附图,其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施,但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内,各种替换、变化和修改都是可能的。因此,本发明不应局限于最佳实施例和附图所公开的内容,本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。