CN111432376B - 一种协作式v2x无线资源分配和调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种协作式V2X无线资源分配和调度方法,该方法中通过用户间协作共享资源分配和调度的参数,以优化资源选择的控制参数配置和调度过程;通过优化SCI控制信令消息体,实现资源选择的控制参数信息的共享;通过设计协作式资源分配和调度方法,降低传输冲突概率。本发明的方法不仅增强了资源分配的效率和资源利用率,同时能够满足V2X车联网业务的高可靠性、低时延需求。
Description
技术领域
本发明属于移动无线网络领域,具体涉及移动无线网络中V2X车联网的无线资源管理,尤其涉及一种基于用户节点间协作的资源优化分配和调度方法。
背景技术
基于蜂窝网络的V2X(Vehicular To Everything)技术最大的挑战是车联网中车辆高移动性、分布高密度性以及无线连接不稳定性使得实现车联网低时延、高可靠性的数据传输以及信息分发变成极大的挑战。在第三代合作伙伴计划(3rd GenerationPartnership Project,3GPP)的技术报告中,为了更好地满足不同业务需求,提升信息交互效率,定义了Sidelink Device-to-Device (SL D2D)直连通信技术作为V2X 通信的关键技术。通过基于Sidelink资源分配和半持续调度SPS(Semi-Persistent Scheduling)方法,提高V2X无线频谱利用率,降低数据传输时延,提高网络的可靠性。
目前基于Sidelink的V2X资源分配和调度方法主要是分布式的资源预留策略,车辆根据感知到的信道资源分配情况进行资源选择,从而避免冲突。一些相关的资源分配和调度优化方法主要研究基于地理位置的资源分配方法、冲突控制机制、功率控制机制等已取得一些改善,然而不管是资源预留时间、资源重选计数时间还是资源选择位置参数的选择都存在一定的概率性(随机性), 虽然调度的监测感知过程会为资源选择获取一部分信息,但这些信息远远不足,选择地随机性进一步加大了用户间资源使用的冲突。且V2X资源调度方法缺乏竞争解决策略,如果两个用户选择了相同的时频资源,冲突就无法避免,而且由于用户无法感知冲突,冲突发生后还会持续多个消息间隔。现有的资源分配和调度策略还难以满足远程驾驶、车辆编队等高级车联网应用场景更加苛刻的低时延、高可靠的需求。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提出一种协作式V2X无线资源分配和调度方法,具体技术方案如下:
一种协作式V2X无线资源分配和调度方法,其特征在于,在车联网用户无线资源分配和调度的重选过程中,车联网用户间通过控制信道广播协作共享信息,当前的车联网用户获取其他车联网用户的协作共享信息以取得资源分配和调度控制参数,并基于协作共享信息,进行资源分配和调度控制参数的优化配置,从而实现协作式无线资源分配和调度;
所述的协作共享信息包括资源重选计数器信息、资源重选位置、资源分配大小。
进一步地,该方法具体包括如下步骤:
S1:车联网用户传输数据时,在感知窗口对前序资源进行监测感知,根据监测感知结果获取其他车联网用户的资源占用情况,形成候选子帧资源集合;同时对监测到的周边车联网用户的SCI format1消息体进行解码,获取其协同共享信息;车联网用户在候选子帧资源集合内选择可用的资源进行数据传输,每个数据包传输的时间间隔为RRI,每传输一次数据,资源选择计数器RC减去一;
S3:判断车联网用户当前的计数器值是否等于车联网用户接收到的周边用户的资源选择计数器值RCRX,其中,所述的周边用户为邻近的资源预留间隔时间RRI内的用户,且RCRX=[RC0,RC1,⋯,RCN-1],其中RCi为车联网用户接收到的第i个用户资源选择计数器值,N为接收到的周边用户资源选择计数器的个数;
若RC≠RCRX,则按原RC值继续进行数据传输,同时令当前的计数器值RC=RC-1;
若RC=RCRX,则车联网用户启动计数器重选,在计数器值集合X=A\B中以等概率随机选择一个计数器值,即RC=集合X中的随机值,同时进行数据传输,令当前的计数器值RC=RC-1;如果集合X=Ф,即集合X为空,则用户不进行计数器重选,按原计数器值进行数据传输;其中,A为设置的计数器重选的计数器集,A={1,2,⋯,RC-1},B为车联网用户不可用的计数器集,B=RCRX∪(RCRX-1),RCRX -1=[RC0-1,RC1-1,⋯,RCN-1-1],A\B表示所有属于集合A不属于集合B的元素;1<RCnext<集合X中的元素
S4:继续判断RC是否等于资源预留选择时间RCnext,其中1<RCnext<集合X中的元素;
当RC≠RCnext时,则继续进行数据传输,同时令当前的计数器值RC=RC-1;
当RC=RCnext时,车联网用户为下一个数据传输周期选择数据传输的资源,即预留资源选择,并将预留资源的位置、大小信息附加在SCI消息体中进行协同共享;
S5:继续进行数据传输,同时令RC=RC-1;
S6:判断RC是否等于1;
若RC≠1,则返回S5;
若RC=1,则车联网用户进行预留资源选择的确认,即,将预留资源的位置、大小信息与其他车联网用户的预留资源的位置、大小信息进行对比,如果出现资源重叠,则车联网用户进行预留资源重选以避免冲突,如果没有出现资源重叠,则继续进行数据传输;同时令RC=RC-1,在RC=0时,则车联网用户在新的传输周期利用预留资源进行数据传输。
进一步地,所述的SCI format1消息体中包含对后续PSSCH数据传输的时频资源预留、资源指示、时间间隔、MCS、是否重传以及保留信息位,所述的协同共享信息附加在所述的SCI format1消息体的保留信息位。
本发明的有益效果如下:
本发明的协作式V2X无线资源分配和调度方法,基于3GPP规范中的半持续调度SPS方法,通过最大化节点间资源选择的信息共享(计数器感知和重选策略)优化资源分配和调度的控制参数,以减少数据传输冲突概率,提高资源利用率,且新增的控制信息附加在SCIformat1消息体中,不会额外增加的控制信道信令开销,从而不会增加额外的传输时延,满足V2X车联网通信高级应用场景对高可靠性和低时延的QoS需求。
附图说明
图1 为本发明所采用的PSCCH和PSSCH资源池配置方式示意图;
图2 现有的3GPP规范中基于SPS的调度策略示意图;
图3 协作式调度冲突避免示意图;
图4为SCI format 1消息体的示意图,其中,图4a为标准SCI format 1 消息体,图4b为基于协作共享的SCI format 1消息体;
图5为本发明的协作式V2X无线资源分配和调度方法的流程图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明,本发明的目的和效果将变得更加明白。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
首先说明3GPP规范中的SPS资源调度方法如下:
车联网用户UE(以下简称用户)传输数据的周期称为PSCCH周期,每个周期包括承载车联网数据的物理侧链路共享信道PSSCH(Pysical Sidelink Share Channel)和承载车联网控制信令的物理侧链路控制信道PSCCH(physical sidelink control channel ),PSCCH包含控制信息SCI(Sidelink Control Information),又称为调度分配SA(Scheduling Assignment)信令。
如图1所示,PSSCH和PSCCH的资源池配置采用邻带分布部署方式,PSCCH的SA信息和关联的PSSCH数据传输块TB(Transport block)在同一个子帧的邻带发送,且两者在频域上是相邻的。
如图2所示,当用户传输数据时,在感知窗口对前序1000个子帧(1秒)的资源进行监测感知,感知窗口大小为[n-1000,n-1],n为用户当前资源位置,通过监测接收到的信号强度Sidelink RSSI(S-RSSI,Sidelink-received signal strength indicator)判断其他用户占用PSSCH资源的情况,即发射功率小于等于预设的功率阀值的一个资源块认为是可用资源。根据监测感知结果获取其他用户的资源占用情况,形成候选子帧资源集合,并根据一定的规则将被其他用户占用的、受到干扰较大的资源从候选资源中排除。用户基于候选子帧资源集合,在资源选择窗口[n+T1,n+T2]内选择可用的资源,其中T1 取决于用户的数据处理时延T1≤4,T2根据业务的时延要求确定20≤T2≤100。每个数据包传输的时间间隔为RRI(Resource Reservation Interval),每传输一次,资源选择计数器RC(SL_RESOURCE_RESELECTION_COUNTER)减去一。当RC=0时,用户以概率P保持在原资源继续传输或进行资源重选。
如图3所示,用户UE在进行资源重选时,由于缺少其他用户的资源重选计数器RC信息、资源重选位置、资源分配大小等参数信息,在资源重选时存在一定的随机性,不可避免造成资源利用的冲突,同时,也存在资源已经释放而因信息缺乏而仍被认为资源不可用造成资源利用率低的情况。因此,需要对3GPP规范中的基于SPS的资源分配和调度进行优化。
本发明的协作式V2X无线资源分配和调度方法,在车联网用户无线资源分配和调度的重选过程中,车联网用户间通过控制信道广播协作共享信息,当前的车联网用户获取其他车联网用户的协作共享信息以取得资源分配和调度控制参数,并基于协作共享信息,进行资源分配和调度控制参数优化配置,从而实现协作式无线资源分配和调度。所述的协作共享信息包括资源重选计数器信息、资源重选位置、资源分配大小。
具体地,周边用户之间相互传送用于资源重选的相关信息(包括资源重选计数器信息RC、资源重选位置、资源分配大小信息),通过两步资源重选策略,减少冲突提高资源利用率。先通过协同共享资源重选计数器RC信息重组资源选择(重选)窗口,再通过协同共享资源重选位置、资源分配大小信息在资源选择(重选)窗口重选单子帧资源,从而最大程度降低冲突概率。
1. 用户间共享资源重选计数器信息。
由于数据传输冲突会发生在用户间资源选择窗口重叠的时候,因此设置用户间协同共享RC信息,让每个用户能够知道其他用户下一RC周期的资源选择的时间,当接收到其他用户最近一个RRI的RC值与之当前的RC值相同时,用户将启动计数器RC重选,通过这种方式避免用户在资源重选窗口发生冲突。如图3所示,如果用户b感知到用户a的RC值,且RCa=RCb,则用户b重新选择RC值,以避免和用户a的资源选择窗口重叠,如果用户a和用户b的资源位置间隔(nb-na+1)小于资源选择窗口大小(T2-T1+1),仍存在资源选择窗口的部分重叠。
2. 用户间共享资源重选位置和资源分配大小信息,进一步优化单个子帧资源的选择。
在第一步资源选择(重选)窗口优化的情况下,在标准的SPS调度方法中,用户在RC=0时确定下一数据传输周期所要选择的资源,本发明设置资源预留选择时间,资源预留选择时间的值大于1,用户UE在资源预留选择时间进行资源预留的选择,同时用户间协同共享预留的选择的资源位置信息,在RC=1时,对该位置资源的可用性进行再次确认,如果发现其他用户也选择了该资源,则该用户可以有时间进行资源重选避让,在RC=0时选择其他资源,以避免冲突发生。举例说明,如图3所示,在RCb=1时,用户a与用户b的资源重选位置和资源分配大小信息进行对比,如果发现两者使用了相同的资源,则用户b在RCb=0时选择新的资源进行传输。
因此,本发明的协作式V2X无线资源分配和调度方法进一步优选的具体流程如下:
S1:车联网用户传输数据时,在感知窗口对前序资源进行监测感知,根据监测感知结果获取其他车联网用户的资源占用情况,形成候选子帧资源集合;同时对监测到的周边用户的SCI format1消息体进行解码,获取其协同共享信息;车联网用户在候选子帧资源集合内选择可用的资源进行数据传输,每个数据包传输的时间间隔为RRI,每传输一次数据,资源选择计数器RC减去一。
S2:首先判断车联网用户当前的计数器值RC是否为0,若RC=0,则车联网用户以概率P保持在原资源位置继续传输或进行资源重选;若RC≠0,则执行S3;
S3:判断车联网用户当前的计数器值RC是否等于车联网用户接收到的周边用户的资源选择计数器值RCRX,其中,所述的周边用户为邻近的资源预留间隔时间RRI内的用户,且RCRX=[RC0,RC1,⋯,RCN-1],其中RCi为车联网用户接收到的第i个用户资源选择计数器值,N为接收到的周边用户资源选择计数器的个数;
若RC≠RCRX,则按原RC值继续进行数据传输,同时令当前的计数器值RC=RC-1;
若RC=RCRX,则车联网用户启动计数器重选,在计数器值集合X=A\B中以等概率随机选择一个计数器值,即RC=集合X中的随机值,同时进行数据传输,令当前的计数器值RC=RC-1;如果集合X=Ф,即集合X为空,则用户不进行计数器重选,按原计数器值进行数据传输;其中,A为设置计数器重选的计数器集,A={1,2,⋯,RC-1},为了不增加额外时延,A的取值小于当前计数器值。为用户不可用的计数器集,B=RCRX∪(RCRX-1),RCRX -1=[RC0-1,RC1-1,⋯,RCN-1-1],A\B表示所有属于集合A不属于集合B的元素;1<RCnext<集合X中的元素。通过这种方式避免用户在资源重选窗口发生冲突;
S4:继续判断RC是否等于资源预留选择时间RCnext,其中1<RCnext<集合X中的元素;
当RC≠RCnext时,则继续进行数据传输,同时令当前的计数器值RC=RC-1;
当RC=RCnext时,车联网用户为下一个数据传输周期选择数据传输的资源,即预留资源选择,并将预留资源的位置、大小信息附加在SCI消息体中进行协同共享。
在标准的SPS调度方法中,用户在RC=0时确定下一阶段所要选择的资源,本发明设置资源预留选择时间,资源预留选择时间的值大于1,用户UE在资源预留选择时间进行资源预留的选择,同时用户间协同共享预留的选择的资源位置信息,在RC=1时,对该位置资源的可用性进行再次确认,如果发现其他用户也选择了该资源,则该用户可以有时间进行资源重选避让,在RC=0时选择其他资源,以避免冲突发生。
S5:继续进行数据传输,同时令RC=RC-1;
S6:判断RC是否等于1;
若RC≠1,则返回S5;
若RC=1,则车联网用户进行预留资源选择的确认,即,将预留资源的位置、大小信息与其他车联网用户的预留资源的位置、大小信息进行对比,如果出现资源重叠,则车联网用户进行预留资源重选以避免冲突,如果没有出现资源重叠,则继续进行数据传输;同时令RC=RC-1,在RC=0时,则车联网用户在新的传输周期利用预留资源进行数据传输。具体的流程如图5所示。
另外,Sidelink mode 4传输模中,PSCCH传输的SCI format1消息体中包含对后续PSSCH数据传输的时频资源预留、资源指示RIV(初次传输和重传的时频资源位置与长度)、时间间隔、MCS(Modulation and Coding Scheme)以及是否重传等信息(如图4a所示)。本发明优化Sidelink mode 4传输模式的控制信息SCI format1消息体,将协同共享信息附加在SCI format1消息体的保留信息位(如图4b所示)。
SCI format1消息体总长32bits,其中保留信息位为7~15bits,长度可变,大小取决于资源指示RIV的长度0~8bits,保留信息位加资源指示RIV长度为固定值15bits。设资源选择计数器RC<32,则需要5bits长度,资源预留选择的位置与长度信息所需空间与资源指示RIV值类似,根据RIV长度计算公式
综上所述,采用本发明的方法,用户在感知窗口对前序资源进行监测感知时,同时对检测到的邻近用户的SCI format1消息体进行解码,获取用户的控制调度参数信息,包括资源重选计数器信息、资源重选位置、资源分配大小等信息,对调度的参数进行优化设置。从而优化资源分配和调度策略,减少数据传输冲突。新增的控制信息附加在SCI format1消息体中,不会额外增加的控制信道信令开销,从而不会增加额外的传输时延。
本领域普通技术人员可以理解,以上所述仅为发明的优选实例而已,并不用于限制发明,尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内,所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种协作式V2X无线资源分配和调度方法,其特征在于,在车联网用户无线资源分配和调度的重选过程中,车联网用户间通过控制信道广播协作共享信息,当前的车联网用户获取其他车联网用户的协作共享信息以取得资源分配和调度控制参数,并基于协作共享信息,进行资源分配和调度控制参数的优化配置,从而实现协作式无线资源分配和调度;
所述的协作共享信息包括资源重选计数器信息、资源重选位置、资源分配大小;
该方法具体包括如下步骤:
S1:车联网用户传输数据时,在感知窗口对前序资源进行监测感知,根据监测感知结果获取其他车联网用户的资源占用情况,形成候选子帧资源集合;同时对监测到的周边车联网用户的SCI format1消息体进行解码,获取其协同共享信息;车联网用户在候选子帧资源集合内选择可用的资源进行数据传输,每个数据包传输的时间间隔为RRI,每传输一次数据,资源选择计数器RC减去一;
S2:首先判断车联网用户当前的计数器值RC是否为0,若RC=0,则车联网用户以概率P保持在原资源位置继续传输或进行资源重选;若RC≠0,则执行S3;
S3:判断车联网用户当前的计数器值RC是否等于车联网用户接收到的周边用户的资源选择计数器值RCRX,其中,所述的周边用户为邻近的资源预留间隔时间RRI内的用户,且RCRX=[RC0,RC1,⋯,RCN-1],其中RCi为车联网用户接收到的第i个用户资源选择计数器值,N为接收到的周边用户资源选择计数器的个数;
若RC≠RCRX,则按原RC值继续进行数据传输,同时令当前的计数器值RC=RC-1;
若RC=RCRX,则车联网用户启动计数器重选,在计数器值集合X=A\B中以等概率随机选择一个计数器值,即RC=集合X中的随机值,同时进行数据传输,令当前的计数器值RC=RC-1;如果集合X=Ф,即集合X为空,则用户不进行计数器重选,按原计数器值进行数据传输;其中,A为设置的计数器重选的计数器集,A={1,2,⋯,RC-1},B为车联网用户不可用的计数器集,B=RCRX∪(RCRX-1),RCRX -1=[RC0-1,RC1-1,⋯,RCN-1-1],A\B表示所有属于集合A不属于集合B的元素;1<RCnext<集合X中的元素;
S4:继续判断RC是否等于资源预留选择时间RCnext,其中1<RCnext<集合X中的元素;
当RC≠RCnext时,则继续进行数据传输,同时令当前的计数器值RC=RC-1;
当RC=RCnext时,车联网用户为下一个数据传输周期选择数据传输的资源,即预留资源选择,并将预留资源的位置、大小信息附加在SCI消息体中进行协同共享;
S5:继续进行数据传输,同时令RC=RC-1;
S6:判断RC是否等于1;
若RC≠1,则返回S5;
若RC=1,则车联网用户进行预留资源选择的确认,即,将预留资源的位置、大小信息与其他车联网用户的预留资源的位置、大小信息进行对比,如果出现资源重叠,则车联网用户进行预留资源重选以避免冲突,如果没有出现资源重叠,则继续进行数据传输;同时令RC=RC-1,在RC=0时,则车联网用户在新的传输周期利用预留资源进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的协作式V2X无线资源分配和调度方法,其特征在于,所述的SCIformat1消息体中包含对后续PSSCH数据传输的时频资源预留、资源指示、时间间隔、MCS、是否重传以及保留信息位,所述的协同共享信息附加在所述的SCI format1消息体的保留信息位。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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