一种蜂窝车联网通信资源选择方法、系统、设备及介质

本发明涉及蜂窝车联网通信领域，特别是涉及一种蜂窝车联网通信资源选择方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、蜂窝车联网(cellvehicle to everything，c-v2x)是物联网在蜂窝通信网络中的典型应用，是智能交通和智慧城市建设的实现途径之一，包括4g蜂窝车联网(long termevolution-v2x，lte-v2x)及其演进的5g蜂窝车联网(new radio-v2x，nr-v2x)。在c-v2x中，车载用户终端(vehicle user equipment，vue)和蜂窝用户终端(cell userequipment，cue)共享有限的频谱资源进行无线通信，支持集中式资源分配模式mode3/mode1实现终端与基站间的通信，支持分布式通信资源分配模式mode4/mode2实现车辆间(vehicle tovehicle，v2v)的通信。目前，mode4/mode2通信资源分配模式使用基于感知的半持续调度(sensingbased semi-persistent scheduling，sb-sps)机制分配可用通信资源，该机制包括资源感知、候选资源选择、资源选择(或资源重选)三个过程。在资源选择(或资源重选)过程中，车联网的高动态拓扑、sps机制的随机资源选择方法等因素引起的多个vue同步接入相同频谱资源导致竞争冲突，会使所有竞争的vue通信接入和通信传输失败，因此，通过计算方法选择通信资源以减小竞争接入冲突，有益于提高有限频谱资源的利用率，提高车间通信端到端传输性能。

2、目前，在sb-sps资源调度机制中一般使用随机选择方法从候选资源库中选择通信资源传输消息数据，通过挑选最小信号强度方法(mode4)或通过扩大候选资源库方法(mode2)减小随机资源选择的冲突概率，但降低了通信可靠性或增大了共频组网的通信干扰概率。基于分簇的资源选择机制通过持续监测通信信号能量，为车间通信选择信道状态好的通信资源，主要优点是提高了通信的可靠性，一定程度上缓解了竞争冲突，但车辆的强动态性要求vue必须在很短信道感知时间内估计信道状态。基于短周期感知的资源选择方法首先将资源子帧分成感知区间和消息传输区间，通过设置不同时长的感知计时器实现不同优先级业务的差异化接入，一定程度上减小了竞争冲突，但计算开销大。基于强化学习的资源选择与功率控制联合优化方案通过深度神经网络分层迭代选择自适应信道状态的通信功率，利用车辆位置差异性形成的信道状态差异性减小竞争冲突，提高通信可靠性，但需要大量的有效样本训练神经网络。智能计算方法能提高资源分配机制的性能，利用粒子群优化(particle swarm optimization,pso)算法的目标信息共享能力、位置相关性和邻居节点相互影响的特征选择通信资源，能够避免资源选择或资源重选过程中的竞争冲突，通过预计算减小资源分配机制的实时计算量，为算法的在线执行应用提供了可能，目前还未发现相关方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种蜂窝车联网通信资源选择方法、系统、设备及介质，可减少资源选择过程中的竞争接入冲突，提高有限资源的利用率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种蜂窝车联网通信资源选择方法，包括：

4、获取车辆集群中的车载用户终端的消息帧候选资源列表并根据所述消息帧候选资源列表构建候选资源列表矩阵；所述消息帧候选资源列表是由多个子帧和多个子载波构成的时频资源块集合；

5、根据所述候选资源列表矩阵利用pso算法构建最优资源列表的优化迭代方程；

6、根据资源感知窗构建子载波的子帧内最优资源块的适应度函数；

7、根据所述适应度函数对所述优化迭代方程进行迭代，得到最优选择资源列表。

8、可选地，所述候选资源列表矩阵的表达式为：

9、

10、其中，l为候选资源列表矩阵，j∈[1,f]为子载波序号，i∈[1,s]为子帧序号，为第i时隙内第j子载波上的资源块，f为子载波总数，s为子帧总数。

11、可选地，所述优化迭代方程的表达式为：

12、

13、

14、其中，lk(t)为第t子帧内，第k个车载用户终端当前选择的资源块集合，为第t子帧内，第k个车载用户终端最优选择的资源块集合，为第t子帧内，第k个车载用户终端更新选择资源块集合的速度，为当前k个车载用户终端群集的最优选择的资源块集合；lk(t+1)为第t+1子帧内，第k个车载用户终端当前选择的资源块集合，为第t+1子帧内，第k个车载用户终端更新选择资源块集合的速度，ω为惯性权重，c1为个体学习因子，c2为群体学习因子，r1和r2均为区间[0,1]内的加权随机数。

15、可选地，所述适应度函数的表达式为：

16、

17、其中，为感知窗内第j子载波第i子帧内最优资源块的参考信号接收功率的线性均值，h为感知窗内测量周期总数，h为第h个测量周期，rsrp为参考信号接收功率，为第j子载波上第n+i-ns+(h-1)·rri子帧的子帧序号，ns为资源感知过程中感知窗的持续时间，i为子帧序号，j为子载波序号，n为子帧区间序号，rri为资源预留间隔。

18、可选地，根据所述适应度函数对所述优化迭代方程进行迭代，得到最优选择资源列表，具体包括：

19、根据适应度函数对优化迭代方程进行迭代，得到第t+1子帧内选择资源块集合的更新速度；

20、根据所述更新速度计算第t+1子帧内第k个车载用户终端选择的最优资源列表；

21、根据所述第t+1子帧内第k个车载用户终端选择的最优资源列表和业务请求资源块集合确定最优选择资源列表。

22、可选地，根据所述第t+1子帧内第k个车载用户终端选择的最优资源列表和业务请求资源块集合确定最优选择资源列表，具体包括：

23、根据所述第t+1子帧内第k个车载用户终端选择的最优资源列表对第k个车载用户终端初始选择的最优资源列表进行赋值；

24、判断赋值后的第k个车载用户终端初始选择的最优资源列表中选择资源模块集合是否都大于业务请求资源块集合，得到判断结果；

25、若所述判断结果为是，则将所述赋值后的第k个车载用户终端初始选择的最优资源列表作为最优选择资源列表；

26、若所述判断结果为否，则对子帧进行更新并返回步骤“根据适应度函数对优化迭代方程进行迭代，得到第t+1子帧内选择资源块集合的更新速度”。

27、本发明还提供一种蜂窝车联网通信资源选择系统，包括：

28、获取和构建模块，用于获取车辆集群中的车载用户终端的消息帧候选资源列表并根据所述消息帧候选资源列表构建候选资源列表矩阵；所述消息帧候选资源列表是由多个子帧和多个子载波构成的时频资源块集合；

29、优化迭代方程构建模块，用于根据所述候选资源列表矩阵利用pso算法构建最优资源列表的优化迭代方程；

30、适应度函数确定模块，用于根据资源感知窗构建子载波的子帧内最优资源块的适应度函数；

31、迭代模块，用于根据所述适应度函数对所述优化迭代方程进行迭代，得到最优选择资源列表。

32、本发明还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，其上存储有一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如所述的方法。

33、本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述的方法。

34、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

35、本发明获取车辆集群中的车载用户终端的消息帧候选资源列表并根据所述消息帧候选资源列表构建候选资源列表矩阵；所述消息帧候选资源列表是由多个子帧和多个子载波构成的时频资源块集合；根据所述候选资源列表矩阵利用pso算法构建最优资源列表的优化迭代方程；根据资源感知窗构建子载波的子帧内最优资源块的适应度函数；根据所述适应度函数对所述优化迭代方程进行迭代，得到最优选择资源列表。借助车载设备的计算能力，利用pso算法为群集运动中的不同车辆分别选择各自位置相关的最优候选资源列表，减小群集车间通信接入竞争冲突，提高有限通信资源的利用率。