CN111010662A - 一种基于分簇的车车通信资源调配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分簇的车车通信资源调配方法。本发明所述方法的基站指定部分车辆用户为簇头，而其他车辆用户根据接收到的簇头信息，包括簇头的运动方向，速度和地理位置，自主地加入合适的簇头以形成簇，基站根据覆盖范围内的簇的地理位置和簇内车辆用户个数，周期性地为簇预配置正交的显式资源池，有效减少了簇之间的同频干扰。同一基站覆盖范围内的簇之间几乎正交的资源池保证了即使存在干扰用户，也与发送车辆用户有一定的距离，不会造成太严重的干扰；第三，簇内用户基于资源预留的自主资源选择机制很好地避免簇内资源碰撞，因此采用本发明提出的V2V资源调配方法提升了V2V通信系统的可靠性。

Description

一种基于分簇的车车通信资源调配方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于分簇的车车通信资源调配方法。

背景技术

目前，近年来，汽车数量随着社会的发展呈爆发式增长，给人们生活带来便利的同时，道路交通日益繁忙，随之而来的交通事故频发，交通堵塞，环境噪声等问题严重的影响了人们的生活，城市交通安全成为社会关注热点，与此同时，随着人们生活质量的提升，诸如自动驾驶，远程驾驶等新的需求也油然而生。车联网(Vehicle-to-everythingcommunications，V2X)的出现因此受到社会广泛的关注。考虑到蜂窝移动通信的多元化通信选项和无处不在的覆盖，3GPP发展了基于蜂窝移动通信系统的蜂窝车联网(cellularvehicle to everything，C-V2X)，并在2016年9月发布的Release 14中包括对C-V2X的支持。

有效地利用有限的带宽资源来保证车联网通信的高可靠和低时延性能成为了研究热点，基站集中式的资源调度算法(Long Term Evolution vehicle to everything,LTE-V2X mode3)和基于感知的半持续(SPS)算法(LTE-V2X mode4)因此被提出来支持车辆到车辆的直接通信(Vehicle-to-vehicle，V2V)。基站集中式的资源调度算法由于它完全依赖于基站的调度，大量车辆用户信令的传输和处理导致车联网通信的时延要求得不到保证。另一方面，基于感知的SPS算法，车辆用户通过持续记录时频资源块的接收信号强度指示(Sidelink received signal strength indicator，S-RSSI)感知时频资源的占用情况，动态地维护自己的时频资源池，当有业务需要传输时，从时频资源池中选取被占用较少的资源块(即S-RSSI较小的资源块)来进行传输并在之后的R_counter个周期内持续使用相同的资源进行传输，其中R_counter∈(5,15)为随机正整数。毫无疑问，基于感知的SPS算法能够满足V2V通信的时延要求，但它也因此面临着以下几点问题，第一，它受限于车辆用户终端的感知能力，接收信号能力较差的用户将面临较差的感知效果，导致糟糕的无线资源管理效果；第二，即使用户有足够的感知能力，它也只能感知在一定范围内的用户，并且无法感知隐藏终端，由于车辆动态移动，原本不在感知范围内的车辆用户经过移动进入感知区域，由于用户半持续调度没有及时进行感知，将会在一定程度上影响干扰避免效果；第三，它带来的性能增益依赖于业务的周期性和半持续调度，非周期的业务的突发性导致它没办法为业务预留资源和执行半持续调度，算法将会失效。

综上所述，在保证V2V通信时延的要求下，进一步提高车辆之间通信可靠性以及保证非周期业务传输可靠性的资源调配方法势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的基于分簇的车车通信资源调配方法，本发明所述方法包括以下步骤：

步骤1，车辆用户向接入基站上报其地理位置和移动方向，基站根据车辆用户上报的信息，在每个移动方向上根据均匀的车辆用户数间隔指定车辆用户作为簇头。

步骤1.1，车辆用户能够通过蜂窝接口(Uu接口)与基站进行通信，也能够通过PC5接口不经过基站直接与其他车辆用户进行通信，车辆与车辆之间，基站与车辆之间的通信方式均可为单播，组播或广播，簇头车辆用户，在形成簇的过程和基站预配置资源池的过程中起辅助作用。

步骤1.2，指定簇头的方法如下：基站m覆盖范围内某方向车道有a个车辆用户，根据地理位置顺序地为每个车辆用户标注序号1,2,3,...,a，以s为簇头车辆用户与相邻簇头车辆用户之间的车辆用户数间隔，产生随机数r_m∈(1,s)作为基站m在此方向车道的第一个簇头用户的序号，则基站m覆盖范围内此方向所有簇头车辆用户的序号如下式(1)：

r_m,r_m+s,r_m+2*s,...,r_m+b*s……(1)，

其中，b为正整数，且r_m+b*s≤a；

步骤2，簇头车辆以T_position为周期组播簇头信息，包括自己的地理位置，移动方向和移动速度，车辆用户根据接收到的簇头信息，选择加入相同移动方向且优先值最大的簇头车辆所在的簇：

步骤2.1，优先值的计算如下式(2)：

其中，S_ji为簇头用户i对车辆用户j的优先值，α和β分别为移动速度和距离的权重且α+β＝1，v_i和v_j分别为车辆用户i和簇头用户j的移动速度，Δv_max为速度差值的最大值，d_i为车辆用户i和簇头用户j的距离，d_max为距离的最大值；

步骤2.2，车辆用户选择簇头的流程如下：车辆用户j选择接收到的相同移动方向且优先值最大的簇头用户发送加入请求，簇头接收到车辆用户j的加入请求后，更新本簇内加入的车辆用户数，在移动过程中，车辆用户j持续接收新的簇头用户的信息并计算相应的优先值，当车辆用户j接收新的簇头用户k的信息且其优先值S_jk大于S_ji，则车辆用户j向簇头用户k发送加入请求，并向簇头用户i发送离开请求，簇头用户i和k分别更新各自簇内的车辆用户数目；

步骤3，为基站划分频域资源，将V2V通信频段划分为正交的M段顺序分配给M个相邻的基站，并以M-1个基站的间隔进行频域资源的复用，其中M的确定与基站覆盖范围有关，基站覆盖范围越大，M应越小，反之，则越大，基站1,2,...,M使用正交的频段1,2,...,M，而基站M+1,M+2,...,2M分别与基站1,2,...,M复用频域资源；

步骤4，基站以T_BS为周期，为覆盖范围内的簇预配置显式资源池，V2V通信信道在频域上被划分为子信道，在时域上被划分为子帧，一个子帧包含的一个子信道为一个RBG(Resource Block Group，资源块组)，每个RBG包含相同数量的RB，在基站预配置资源周期开始时，基站将此周期自己频段范围内的所有资源块组，根据覆盖范围内的每个簇的簇内车辆用户个数比例分给相应的簇；

步骤5，基站以T_BS为周期，为覆盖范围内的簇预配置隐式资源池，在基站为覆盖范围内的簇预配置显式资源池后，基站与指定方向的相邻基站以簇为单位进行资源复用：

步骤5.1，指定方向的相邻基站，当指定方向为基站右侧，则基站m的相邻基站为其右侧的第一个基站n，基站n的相邻基站为其右侧第一个基站p，即基站m使用基站n的时频资源形成基站m内簇的隐式资源池，而基站n使用基站p的时频资源形成基站n内簇的隐式资源池；

步骤5.2，以簇为单位进行资源复用指基站m内的簇C_m,i的隐式资源池为基站n内的簇C_n,j的显式资源池，基站n内的簇C_n,j的隐式资源池为基站p内的簇C_p,k的显式资源池，以此类推；

步骤6，在基站预配置资源池周期t＝(T_delay+k*T_BS)～(T_delay+k*T_BS+T_BS)内，其中k＝0,1,2,3，T_delay为业务最大传输时延，当有业务产生时，车辆用户自主地从自己的资源池中选择RBG用于数据传输，并将资源预留信息组播通知簇内的其他成员，资源预留信息包括车辆用户选择用于数据传输的RBG所在的子帧和子信道，其他成员根据接收到的资源预留信息在自己的资源池中移除此RBG，避免再次占用相同的RBG导致资源碰撞，车辆用户收发信息服从半双工机制，车辆将资源预留信息通过Uu接口通知基站，基站协助资源预留：

步骤6.1，用户自主选择资源的方法为：车辆用户v计算显式资源池中满足当前业务的时延要求的RBG个数C_{Ex_RBG}，即满足T_RBG-t≤T_{delay_v}，其中T_RBG为所选RBG对应的子帧，t为当前子帧，T_{delay_v}为车辆用户v当前产生业务的时延要求，当C_{Ex_RBG}大于或等于阈值C_{min_RBG}，则从显式资源池随机选择一个满足当前业务的时延要求的RBG，当C_{Ex_RBG}小于阈值C_{min_RBG}，则计算其隐式资源池中满足当前业务的时延要求的RBG个数C_{Im_RBG}，当C_{Im_RBG}大于或等于阈值C_{min_RBG}，则从隐式资源池随机选择一个满足当前业务的时延要求的RBG，当C_{Im_RBG}小于阈值C_{min_RBG}，车辆用户v从除所属基站m的子信道范围f_m～f_M及相邻基站n的子信道范围f_n～f_N以外的子信道中随机选择一个满足当前业务的时延要求的RBG；

步骤6.2，半双工收发机制为：车辆用户在同一时刻只能处于接收或发送状态中的一个状态，即当车辆用户在发送资源预留信息时无法接收到别的车辆用户发送的资源预留信息；

步骤6.3，基站协助资源预留的方法为：基站m收到车辆用户v的资源预留信息，当基站m在当前子帧没有收到别的车辆用户的资源预留信息，则不需要向车辆用户v做任何反馈，否则，当基站m在当前子帧收到了车辆用户w的资源预留信息，并且车辆用户v与车辆用户w的资源预留信息相同，则基站m根据车辆用户v和车辆用户w的时延要求选择其中一个车辆用户进行资源重选，即，当T_{delay_v}≤T_{delay_w}，基站m通过Uu接口通知车辆用户w重新选择资源，否则，通知车辆用户v重新选择资源，当基站m在当前子帧收到了车辆用户w的资源预留信息，但车辆用户v与车辆用户w的资源预留信息不同，则基站m通过Uu接口通知车辆用户w和车辆用户v对方的资源预留信息。

本发明所述方法的优越效果是：

1，本发明所述方法的基站指定部分车辆用户为簇头，而其他车辆用户根据接收到的簇头信息，包括簇头的运动方向，速度和地理位置，自主地加入合适的簇头以形成簇，基站根据覆盖范围内的簇的地理位置和簇内车辆用户个数，周期性地为簇预配置正交的显式资源池，有效减少了簇之间的同频干扰。

2，本发明所述方法考虑到频谱效率和同频干扰的折中，基站通过与相邻基站进行资源复用，为覆盖范围内的簇配置隐式资源池。

3，本发明所述方法在一个基站预配置周期内，簇成员通过资源预留机制，自主地从自己的显式资源池或隐式资源池中选择资源进行数据传输，并通知其他车辆用户为当前业务传输进行资源预留，进一步避免与簇内成员的资源碰撞。

4，本发明所述方法在保证业务传输时延要求的基础上，具有以下优点：

4.1，基站为覆盖范围内的簇预配置资源池并且与相邻的基站以簇为单位进行资源复用是资源碰撞和频谱效率的折中；

4.2，同一基站覆盖范围内的簇之间几乎正交的资源池保证了即使存在干扰用户，也与发送车辆用户有一定的距离，不会造成太严重的干扰；

4.3，簇内用户基于资源预留的自主资源选择机制很好地避免簇内资源碰撞，因此采用本发明提出的V2V资源调配方法提升了V2V通信系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明所述方法的基于分簇的车联网资源调配方法操作步骤流程图；

图2为本发明所述方法的基站指定簇头和车辆用户根据簇头信息形成簇的示意图；

图3为本发明所述方法的实施例中V2V通信信道模型的示意图；

图4为本发明所述方法的实施例中基站为簇预配置显示资源池的示意图；

图5为本发明所述方法的实施例中基站为簇预配置隐示资源池的示意图；

图6和图7为本发明所述方法的在周期性业务模型下的仿真效果图；

图8和图9为本发明所述方法的在非周期性业务模型下的仿真效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

如图1所示，本发明所述方法具体包括以下步骤：

步骤101：车辆用户向接入基站上报其地理位置和移动方向，基站根据车辆用户上报的信息，在每个移动方向上以均匀的车辆用户数间隔指定车辆用户作为簇头。

车辆用户的能够通过蜂窝接口(Uu接口)与基站进行通信，也能够通过PC5接口不经过基站与其他车辆用户进行直接通信，车辆与车辆之间，基站与车辆之间的通信方式均可为单播，组播或广播。簇头车辆用户，在形成簇的过程和基站预配置资源的过程中起辅助作用，详情见步骤102，步骤103，如图2所示，以基站m为例，操作步骤为：基站m覆盖范围内向东车道有a个车辆用户，根据地理位置顺序地为每个车辆用户标注序号1,2,3,...,a，以s为簇头车辆用户与相邻簇头车辆用户之间的车辆用户数间隔，产生随机数r_m∈(1,s)作为基站m向东车道的第一个簇头用户的序号，则基站m覆盖范围内向东车道所有簇头车辆用户的序号如下式(1)：

r_m,r_m+s,r_m+2*s,...,r_m+b*s……(1)

其中，b为正整数，且r_m+b*s≤a，其他方向车道的簇头车辆用户的选取同理。

步骤102：簇头车辆以T_position为周期组播簇头信息，包括自己的地理位置，移动方向和移动速度，车辆用户根据接收到的簇头信息，选择加入相同移动方向且优先值最大的簇头车辆所在的簇。

优先值的计算方法为：

其中S_ji为簇头用户i对车辆用户j的优先值，α和β分别为移动速度和距离的权重且α+β＝1，v_i和v_j分别为车辆用户i和簇头用户j的移动速度，Δv_max为速度差值的最大值，d_i为车辆用户i和簇头用户j的距离，d_max为距离的最大值。

车辆用户j选择接收到的相同移动方向且优先值最大的簇头用户发送加入请求，簇头接收到车辆用户j的加入请求后，更新本簇内加入的车辆用户数。在移动过程中，车辆用户j持续接收新的簇头用户的信息并计算相应的优先值。当车辆用户j接收新的簇头用户k的信息且其优先值S_jk大于S_ji，则车辆用户j向簇头用户k发送加入请求，并向簇头用户i发送离开请求，簇头用户i和k分别更新各自簇内的车辆用户数目。

步骤103：为基站划分频域资源，将V2V通信信道频段划分为正交的M段顺序分配给M个相邻的基站，并以M-1个基站的间隔进行频域资源的复用，其中M的确定与基站覆盖范围有关，基站覆盖范围越大，M应越小，反之，则越大，基站1,2,...,M使用正交的频段1,2,...,M，而基站M+1,M+2,...,2M分别与基站1,2,...,M复用频域资源。

步骤104：基站以T_BS为周期，为覆盖范围内的簇预配置显式资源池，如图3所示，V2V通信信道在频域上被划分为子信道，在时域上被划分为子帧，一个子帧包含的一个子信道为一个RBG(Resource Block Group，资源块组)，每个RBG包含相同数量的RB，在基站预配置资源周期开始时，基站将此周期自己频段范围内的所有资源块组，根据覆盖范围内的每个簇的簇内车辆用户个数比例分给相应的簇，以基站m为例，操作步骤如下：

步骤1041，基站m覆盖范围内有C_m个簇，m_i代表簇序号，c_m,i代表簇m_i内车辆用户个数。在基站预配置资源周期开始时，基站m覆盖范围内的所有簇头将本簇内的车辆用户个数上报给基站，基站m将根据上报的所有簇的车辆用户个数比例为簇预配置资源池；

步骤1042，初始化配置，基站m将时间跨度为t＝1～T_delay，子信道跨度范围为f＝f_m～F_m的RBG，以时间顺序依次分配给覆盖范围内的簇，其中T_delay为车辆业务最大时延，f_m和F_m分别为基站m频段范围内子信道的下界和上界，从t＝1～T_delay轮询子帧，对于每个子帧t，轮询子信道f＝f_m～F_m，根据覆盖范围内簇的车辆用户个数判断每个RBG所属的簇；判断方法为：对于每一个RBG，分配给簇m_i的概率为

其中

为基站m内所有簇的簇内车辆用户的和，引入分配系数R_m,i，且

对于每一个RBG，产生随机数r_t,f∈(0,1)，其中t和f分别为当前RBG对应的子帧和子信道的序号，当r_t,f≤R_m,1，则将此RBG添加到簇m₁的显式资源池中，否则，当r_t,f＞R_m,i-1并且r_t,f≤R_m,i，则将此RBG添加到簇m_i的显式资源池中，显式资源池中的RBG是遵循时间顺序的，如图4所示，图中灰色填充资源块部分，为基站m的资源划分，RBG上面不同的符号标志意味着此RBG属于不同的簇；

步骤1043，基站分别将各簇的显式资源池配置结果组播通知相应簇的簇内所有车辆用户，由车辆用户自主的在预配置的资源池中选择RBG用以数据传输；

步骤1044，从0时刻开始，基站m以T_BS为周期将时间跨度范围为t＝(T_delay+k*T_BS)～(T_delay+k*T_BS+T_BS)，其中k＝0,1,2,3...，频率子信道范围为f＝f_m～F_m的RBG按照步骤402，403根据覆盖范围内簇的车辆用户个数比例分配给相应的簇，构建覆盖范围内簇的车辆用户的显式资源池。

步骤105，基站以T_BS为周期，为覆盖范围内的簇预配置隐式资源池，在基站为覆盖范围内的簇预配置显式资源池后，基站与指定方向的相邻基站以簇为单位进行资源复用，指定方向的相邻基站如图5所示，当指定方向为右侧，则基站m的相邻基站为基站n，基站n的相邻基站为基站p，即基站m使用基站n的时频资源形成基站m内簇的隐式资源池，而基站n使用基站p的时频资源形成基站n内簇的隐式资源池，以簇为单位进行资源复用指基站m内的某簇的隐式资源池为基站n内的某簇的显式资源池，基站n内的某簇的隐式资源池为基站p内的某簇的显式资源池，以此类推，如图5所示，图中相同填充的圆圈代表相同的资源池，能够看到，基站m中簇i的隐式资源池与基站n中簇j的显式资源池相同，基站n中簇j的隐式资源池与基站p中簇k的显式资源池相同，以基站m为例，操作步骤为：

步骤1051，计算基站m内的簇个数C_m和基站n内的簇个数的C_n的差值，当差值大于阈值D_num，则基站m以基站为单位复用基站n的频域资源，否则执行步骤1052以簇为单位进行资源复用，以基站为单位进行资源复用指基站m按照步骤104使用基站m的频域资源为覆盖范围内的簇预配置隐式资源池；

步骤1052，构建基站m对于基站n的簇集合H_m，初始时H_m包含基站n中的所有簇C_n,j∈(1,C_n)，轮询基站m内的簇，对于每一个簇C_m,i∈(1,C_m)，执行步骤1053,步骤1054；

步骤1053，轮询簇集合H_m，当簇C_m,i与簇C_n,j的距离大于或等于阈值D_distance，则复制簇C_n,j的显式资源池作为簇C_m,i的隐式资源池，并将簇C_n,j从簇集合H_m中移除，其中簇C_m,i与簇C_n,j的距离用簇C_m,i中的簇头与簇C_n,j中的簇头之间的距离代替，当簇C_m,i与簇C_n,j的距离小于阈值D_distance，从簇集合H_m中寻找下一个簇，直到簇集合H_m中的簇被轮询完毕，

步骤1054，当簇C_m,i的显式资源池为空且簇集合H_m不为空，则从簇集合H_m中随机选择一个簇，复制簇的显式资源池作为簇C_m,i的隐式资源池，并将其从簇集合H_m中移除，否则，当簇集合H_m为空，则从基站n中随机选择一个簇，复制簇的显式资源池作为簇C_m,i的隐式资源池；

步骤1055，基站分别将各簇的隐式资源池配置结果组播通知相应簇的簇内所有车辆用户，由车辆用户自主的在预配置的资源池中选择RBG用以数据传输。

步骤106：在基站预配置资源池周期t＝(T_delay+k*T_BS)～(T_delay+k*T_BS+T_BS)内，其中k＝0,1,2,3...，当有业务产生时，车辆用户自主地从自己的显式或隐式资源池中选择RBG用于数据传输，并将资源预留信息组播通知簇内的其他成员，资源预留信息包括车辆用户选择用于数据传输的RBG所在的子帧和子信道，其他成员根据接收到的资源预留信息在自己的资源池中移除此RBG，避免再次占用相同的RBG导致资源碰撞，同时，车辆用户收发信息服从半双工机制，车辆将资源预留信息通过Uu接口通知基站，基站协助资源预留，半双工收发机制为车辆用户在同一时刻只能处于接收或发送状态中的一个状态，即当车辆用户在发送资源预留信息时无法接收到别的车辆用户发送的资源预留信息，当基站m覆盖范围内的簇C_m,i中的车辆用户v有时延要求为T_{delay_v}的业务产生时，选择资源的步骤如下：

步骤1061，车辆用户v将其显式资源池和隐式资源池中的过期的RBG移除，过期的RBG指RBG对应的子帧时刻已经过去了，即RBG实际已经不存在了，资源池中的RBG只是RBG的指示；

步骤1062，计算显式资源池中满足当前业务的时延要求的RBG个数C_{Ex_RBG}，即满足T_RBG-t≤T_{delay_v}，其中T_RBG为所选RBG对应的子帧，t为当前子帧。当C_{Ex_RBG}大于或等于阈值C_{min_RBG}，则从显式资源池随机选择一个满足当前业务的时延要求的RBG，当C_{Ex_RBG}小于阈值C_{min_RBG}，则计算其隐式资源池中满足当前业务的时延要求的RBG个数C_{Im_RBG}，当C_{Im_RBG}大于或等于阈值C_{min_RBG}，则从隐式资源池随机选择一个满足当前业务的时延要求的RBG，当C_{Im_RBG}小于阈值C_{min_RBG}，车辆用户v从除所属基站m的子信道范围f_m～f_M及相邻基站n的子信道范围f_n～f_N以外的子信道中随机选择一个满足当前业务的时延要求的RBG；

步骤1063，车辆用户v将资源预留信息组播通知簇C_m,i内的其他成员，同时将资源预留信息通过Uu接口通知给基站m；

步骤1064，簇C_m,i内的其他车辆用户收到车辆用户v的资源预留信息，从自己的显式资源池和隐式资源池中查找是否存在相同的RBG，当存在则将其从自己的资源池中移除，避免选择相同的RBG造成资源碰撞；

步骤1065，基站m收到车辆用户v的资源预留信息，当基站m在当前子帧没有收到别的车辆用户的资源预留信息，则不需要向车辆用户v做任何反馈，否则，当基站m在当前子帧收到了车辆用户w的资源预留信息，并且车辆用户v与车辆用户w的资源预留信息相同，则基站m根据车辆用户v和车辆用户w的时延要求选择其中一个车辆用户进行资源重选。即，当T_{delay_v}≤T_{delay_w}，基站m通过Uu接口通知车辆用户w重新选择资源，否则，通知车辆用户v重新选择资源。当基站m在当前子帧收到了车辆用户w的资源预留信息，但车辆用户v与车辆用户w的资源预留信息不同，则基站m通过Uu接口通知车辆用户w和车辆用户v对方的资源预留信息，车辆用户w和车辆用户v分别执行步骤604进行资源预留。

仿真结果：本发明所述方法在OPNET14.5软件中基于C语言编写的C-V2X系统级动态仿真平台上实现，并与基于感知的SPS算法相比较，基于感知的SPS算法中，车辆用户通过解调接收到的其他车辆用户发送的控制信息获取并记录上一个周期内的资源块组的占用情况，预估从当前子帧t到t+T_delay这期间的资源块组的占用情况，当有业务产生时，从时延范围内的资源块组中选择预估被占用较少的资源块组用于数据传输，并在一个SPS周期内持续占用相同的资源进行数据传输。

图6和图7为本发明在低负载周期性业务模型和高负载周期性业务模型中高速场景和城区场景下的平均数据包成功传输率(Average packet reception ratio，AveragePRR)性能，图8和图9为本发明在非周期业务模型中高速场景和城区场景下的平均数据包成功传输率。

平均数据包成功传输率为3GPP定义的V2V通信的目标可靠性指标，其中数据包成功传输率定义为：当车辆用户发送一个数据包，其数据包成功传输率为

其中y为位于距离发送车辆用户距离范围为(a,b)的接收车辆用户的个数，x为y中成功接收数据包的接收车辆用户的个数。平均数据包成功传输率定义为：n个发送车辆用户，其中每个发送车辆用户的数据包成功传输率为

则平均数据包成功传输率

低负载周期性业务模型为时延要求T_delay＝100ms，数据包到达间隔为100ms，数据包大小为190字节的业务，高负载周期性业务模型为时延要求T_delay＝50ms，数据包到达间隔为50ms，每个数据包的大小有0.2的概率为1200字节，0.8的概率为800字节的业务。非周期业务模型为时延要求为T_delay＝50ms，数据包到达间隔为50+r_exp,其中r_exp为均值为50，服从指数分布的随机数，数据包大小在200,400,600,...,2000中服从均匀分布的业务。

从图6和图7能够看到，随着发送车辆和接收车辆距离的增大，平均包接收率呈下降趋势；在高速场景周期性低业务负载条件下，能够很明显的观察到，由于几乎没有资源冲突以及良好的链路质量，本发明提出的V2V资源调配方法与基于感知的SPS算法能够达到相似的平均数据包接收性能；在高速场景周期性高业务负载条件下，本发明提出的V2V资源调配方法相比基于感知的SPS算法在320米处能够提升平均数据包接收性能14％，在城区场景周期性低业务负载和高业务负载条件下，在150米处能够提升平均数据包接收性能2％～10％。本发明提出的V2V资源调配方法相较基于感知的SPS算法在可靠性上有显著提升，原因如下：第一，基站为覆盖范围内的簇预配置资源池并且与相邻的基站以簇为单位进行资源复用是资源碰撞和频谱效率的折中；第二，同一基站覆盖范围内的簇之间几乎正交的资源池保证了即使存在干扰用户，也与发送车辆用户有一定的距离，不会造成太严重的干扰；第三，簇内用户基于资源预留的自主资源选择机制很好地避免簇内资源碰撞。因此采用本发明提出的V2V资源调配方法的V2V通信系统的整体性能会优于基于感知的SPS算法。

从图8和图9能够看到，相比基于感知的SPS算法，本发明提出的V2V资源调配方法在非周期业务模型条件下高速场景320米处和城区场景150米处均能够提升平均数据包接收性能20％，证明本发明提出的V2V资源调配方法对非周期业务模型也有显著的效果。

综上所述，相比于基于感知的SPS算法，本发明提出的V2V资源调配方法，在保证业务时延要求的基础上，能够有效的提升V2V通信可靠性，满足V2V通信要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于分簇的车车通信资源调配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，车辆用户向接入基站上报其地理位置和移动方向，基站根据车辆用户上报的信息，在每个移动方向上根据均匀的车辆用户数间隔指定车辆用户作为簇头；

步骤2，簇头车辆以T_position为周期组播簇头信息，包括自己的地理位置，移动方向和移动速度，车辆用户根据接收到的簇头信息，选择加入相同移动方向且优先值最大的簇头车辆所在的簇；

步骤3，为基站划分频域资源，将V2V通信频段划分为正交的M段顺序分配给M个相邻的基站，并以M-1个基站的间隔进行频域资源的复用，其中M的确定与基站覆盖范围有关，基站覆盖范围越大，M应越小，反之，则越大，基站1,2,...,M使用正交的频段1,2,...,M，而基站M+1,M+2,...,2M分别与基站1,2,...,M复用频域资源；

步骤4，基站以T_BS为周期，为覆盖范围内的簇预配置显式资源池，V2V通信信道在频域上被划分为子信道，在时域上被划分为子帧，一个子帧包含的一个子信道为一个RBG(Resource Block Group，资源块组)，每个RBG包含相同数量的RB，在基站预配置资源周期开始时，基站将此周期自己频段范围内的所有资源块组，根据覆盖范围内的每个簇的簇内车辆用户个数比例分给相应的簇；

步骤5，基站以T_BS为周期，为覆盖范围内的簇预配置隐式资源池，在基站为覆盖范围内的簇预配置显式资源池后，基站与指定方向的相邻基站以簇为单位进行资源复用；

步骤6，在基站预配置资源池周期t＝(T_delay+k*T_BS)～(T_delay+k*T_BS+T_BS)内，其中k＝0,1,2,3...，T_delay为业务最大传输时延，当有业务产生时，车辆用户自主地从自己的资源池中选择RBG用于数据传输，并将资源预留信息组播通知簇内的其他成员，资源预留信息包括车辆用户选择用于数据传输的RBG所在的子帧和子信道，其他成员根据接收到的资源预留信息在自己的资源池中移除此RBG，避免再次占用相同的RBG导致资源碰撞，车辆用户收发信息服从半双工机制，车辆将资源预留信息通过Uu接口通知基站，基站协助资源预留。

2.根据权利要求1所述的一种基于分簇的车车通信资源调配方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1，车辆用户能够通过蜂窝接口(Uu接口)与基站进行通信，也能够通过PC5接口不经过基站直接与其他车辆用户进行通信，车辆与车辆之间，基站与车辆之间的通信方式均可为单播，组播或广播，簇头车辆用户，在形成簇的过程和基站预配置资源池的过程中起辅助作用；

步骤1.2，指定簇头的方法如下：基站m覆盖范围内某方向车道有a个车辆用户，根据地理位置顺序地为每个车辆用户标注序号1,2,3,...,a，以s为簇头车辆用户与相邻簇头车辆用户之间的车辆用户数间隔，产生随机数r_m∈(1,s)作为基站m在此方向车道的第一个簇头用户的序号，则基站m覆盖范围内此方向所有簇头车辆用户的序号如下式(1)：

r_m,r_m+s,r_m+2*s,...,r_m+b*s……(1)

其中，b为正整数，且r_m+b*s≤a。

3.根据权利要求1的一种基于分簇的车车通信资源调配方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1，优先值的计算方法为：

其中S_ji为簇头用户i对车辆用户j的优先值，α和β分别为移动速度和距离的权重且α+β＝1，v_i和v_j分别为车辆用户i和簇头用户j的移动速度，Δv_max为速度差值的最大值，d_i为车辆用户i和簇头用户j的距离，d_max为距离的最大值；

步骤2.2，车辆用户选择簇头的流程如下：车辆用户j选择接收到的相同移动方向且优先值最大的簇头用户发送加入请求，簇头接收到车辆用户j的加入请求后，更新本簇内加入的车辆用户数，在移动过程中，车辆用户j持续接收新的簇头用户的信息并计算相应的优先值，当车辆用户j接收新的簇头用户k的信息且其优先值S_jk大于S_ji，则车辆用户j向簇头用户k发送加入请求，并向簇头用户i发送离开请求，簇头用户i和k分别更新各自簇内的车辆用户数目。

4.根据权利要求1所述的一种基于分簇的车车通信资源调配方法，其特征在于，所述步骤5包括以下步骤：

步骤5.1，指定方向的相邻基站，当指定方向为基站右侧，则基站m的相邻基站为其右侧的第一个基站n，基站n的相邻基站为其右侧第一个基站p，即基站m使用基站n的时频资源形成基站m内簇的隐式资源池，而基站n使用基站p的时频资源形成基站n内簇的隐式资源池；

步骤5.2，以簇为单位进行资源复用指基站m内的簇C_m,i的隐式资源池为基站n内的簇C_n,j的显式资源池，基站n内的簇C_n,j的隐式资源池为基站p内的簇C_p,k的显式资源池，以此类推。

5.根据权利要求1所述的一种基于分簇的车车通信资源调配方法，其特征在于，所述步骤6包括以下步骤：

步骤6.1，用户自主选择资源的方法为：车辆用户v计算显式资源池中满足当前业务的时延要求的RBG个数C_{Ex_RBG}，即满足T_RBG-t≤T_{delay_v}，其中T_RBG为所选RBG对应的子帧，t为当前子帧，T_{delay_v}为车辆用户v当前产生业务的时延要求，当C_{Ex_RBG}大于或等于阈值C_{min_RBG}，则从显式资源池随机选择一个满足当前业务的时延要求的RBG，当C_{Ex_RBG}小于阈值C_{min_RBG}，则计算其隐式资源池中满足当前业务的时延要求的RBG个数C_{Im_RBG}，当C_{Im_RBG}大于或等于阈值C_{min_RBG}，则从隐式资源池随机选择一个满足当前业务的时延要求的RBG，当C_{Im_RBG}小于阈值C_{min_RBG}，车辆用户v从除所属基站m的子信道范围f_m～f_M及相邻基站n的子信道范围f_n～f_N以外的子信道中随机选择一个满足当前业务的时延要求的RBG；

步骤6.2，半双工收发机制为：车辆用户在同一时刻只能处于接收或发送状态中的一个状态，即当车辆用户在发送资源预留信息时无法接收到别的车辆用户发送的资源预留信息；

步骤6.3，基站协助资源预留的方法为：基站m收到车辆用户v的资源预留信息，当基站m在当前子帧没有收到别的车辆用户的资源预留信息，则不需要向车辆用户v做任何反馈，否则，当基站m在当前子帧收到了车辆用户w的资源预留信息，并且车辆用户v与车辆用户w的资源预留信息相同，则基站m根据车辆用户v和车辆用户w的时延要求选择其中一个车辆用户进行资源重选，即，当T_{delay_v}≤T_{delay_w}，基站m通过Uu接口通知车辆用户w重新选择资源，否则，通知车辆用户v重新选择资源，当基站m在当前子帧收到了车辆用户w的资源预留信息，但车辆用户v与车辆用户w的资源预留信息不同，则基站m通过Uu接口通知车辆用户w和车辆用户v对方的资源预留信息。

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