CN117354928A - 一种资源分配方法、装置、电子设备及可读存储介质 - Google Patents

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CN117354928A CN202210728833.4A CN202210728833A CN117354928A CN 117354928 A CN117354928 A CN 117354928A CN 202210728833 A CN202210728833 A CN 202210728833A CN 117354928 A CN117354928 A CN 117354928A
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Abstract

本申请提供一种资源分配方法、装置、电子设备及可读存储介质，包括：获取第一目标函数以及第一目标函数对应的约束条件，第一目标函数与通信信道的总吞吐量和传输时延关联；基于第一目标函数以及约束条件，确定通信信道的目标信道比例；基于目标信道比例确定通信信道中正交信道的第一比例和共享信道的第二比例；基于第一比例和预先获取的通信信道参数，确定至少一条V2I链路的资源分配参数；基于第一比例、第二比例、资源分配参数以及第一目标函数，确定至少一条V2I链路与至少一条V2V链路中每一条链路的目标发射功率，以使在目标信道比例、资源分配参数和目标发射功率下第一目标函数的值最小。本申请可以减少数据传输时延。

Description

一种资源分配方法、装置、电子设备及可读存储介质
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种资源分配方法、装置、电子设备及可读存储介质。
背景技术
车联网将汽车技术、信息技术、通信技术进行融合，以行驶中的车辆为感知对象，利用最新的通信技术，实现车与车(vehicle-to-vehicle，V2V)、车与基站设施(vehicle-to-infrastructure，V2I)、车与人之间的通信连接。车联网中的通信资源主要包括频谱资源、功率资源等，车联网中的通信资源分配旨在通过合理的资源配置方式在满足用户的服务质量要求的基础上最大化资源的利用率。但现有方案在资源分配过程中通常仅考虑V2V链路的吞吐量，易导致数据传输时延较大。
发明内容
本申请提供一种资源分配方法、装置、电子设备及可读存储介质，以解决数据传输时延较大的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种资源分配方法，包括：
获取第一目标函数以及所述第一目标函数对应的约束条件，所述第一目标函数与通信信道的总吞吐量和传输时延关联；
基于所述第一目标函数以及所述约束条件，确定所述通信信道的目标信道比例；
基于所述目标信道比例确定所述通信信道中正交信道的第一比例和共享信道的第二比例，所述正交信道用于至少一条车与基站设施V2I链路的通信，所述共享信道用于至少一条车与车V2V链路的通信；
基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数；
基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述至少一条V2I链路与所述至少一条V2V链路中每一条链路的目标发射功率，以使在所述目标信道比例、所述资源分配参数和所述目标发射功率下所述第一目标函数的值最小。
第二方面，本申请实施例还提供一种资源分配装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取第一目标函数以及所述第一目标函数对应的约束条件，所述第一目标函数与通信信道的总吞吐量和传输时延关联；
第一确定模块，用于基于所述第一目标函数以及所述约束条件，确定所述通信信道的目标信道比例；
第二确定模块，用于基于所述目标信道比例确定所述通信信道中正交信道的第一比例和共享信道的第二比例，所述正交信道用于至少一条车与基站设施V2I链路的通信，所述共享信道用于至少一条车与车V2V链路的通信；
第三确定模块，用于基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数；
第四确定模块，用于基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述至少一条V2I链路与所述至少一条V2V链路中每一条链路的目标发射功率，以使在所述目标信道比例、所述资源分配参数和所述目标发射功率下所述第一目标函数的值最小。
第三方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第一方面所述的资源分配方法的步骤。
第四方面，本申请实施例还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的资源分配方法的步骤。
本申请实施例中，获取第一目标函数以及所述第一目标函数对应的约束条件，所述第一目标函数与通信信道的总吞吐量和传输时延关联，并基于所述第一目标函数以及所述约束条件，依次确定所述通信信道的目标信道比例、所述通信信道中正交信道的第一比例和共享信道的第二比例、所述至少一条V2I链路的资源分配参数，以及每一条链路的目标发射功率，以使在所述目标信道比例、所述资源分配参数和所述目标发射功率下所述第一目标函数的值最小。从而使得对每一条链路的资源分配，在提高通信信道的总吞吐量的同时，可以减少传输时延。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种资源分配方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的一种资源分配装置的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，本申请中使用“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，例如A和/或B和/或C，表示包含单独A，单独B，单独C，以及A和B都存在，B和C都存在，A和C都存在，以及A、B和C都存在的7种情况。
在车联网通信系统中，可以将车联网中的通信资源分配给各V2V链路和各V2I链路，实现通信资源的分配。
请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种资源分配方法的流程示意图，如图1所示，包括以下步骤：
步骤101、获取第一目标函数以及所述第一目标函数对应的约束条件，所述第一目标函数与通信信道的总吞吐量和传输时延关联。
其中，上述第一目标函数在构建时，可以与上述通信信道的总吞吐量和传输时延关联，以使上述通信信道的总吞吐量和传输时延作为第一目标函数的优化目标。例如，第一目标函数的值越小表示通信信道的总吞吐量越大，传输时延越小。
可以理解，上述约束条件即上述第一目标函数需满足的条件，例如，上述约束条件为针对上述第一目标函数的取值或上述第一目标函数的参数取值时，在上述第一目标函数的优化或求解过程中，对应的函数取值或参数取值需满足上述约束条件。
可选地，步骤101中所述获取第一目标函数以及所述第一目标函数对应的约束条件，具体包括：
建立第二目标函数，所述第二目标函数与预设时间段内所述通信信道的总吞吐量和传输时延关联；
基于李雅普诺夫优化算法，将所述第二目标函数转换为所述第一目标函数；
基于所述第一目标函数，获取所述第一目标函数对应的约束条件。
其中，上述第二目标函数可以是用于提升系统总的吞吐量的同时降低系统通信链路的传输时延构建的函数，将第二目标函数与预设时间段内通信信道的总吞吐量和传输时延关联，进而基于第二目标函数优化对各信道的资源分配。
具体的，可以对车联网中各通信链路建模，模型包括I条V2I通信链路和V条V2V通信链路；第二目标函数可表示为：
其中，Pv表示第v条V2V链路可容忍的最大通信时延，Tv(t)表示第v条V2V链路在传输间隔上的数据传输时延，γ表示系统瞬时吞吐量因子，μ表示系统V2V通信链路的时延因子。
由于未来传输时隙上各传输链路数据量具有不可预测性，因而可利用李雅普诺夫(Lyapunov)优化算法，将预设时间平均的系统吞吐量与时延的联合优化目标转化为单传输时隙上最小化Lyapunov偏移加罚上界的优化目标。
通过Lyapunov优化算法将上述第二目标函数转化为第一目标函数：
其中，K表示一个权衡偏移与第一目标函数比重的非负常数，C(t)表示第t个传输时隙各通信链路的瞬时传输速率之和，μ表示系统V2V通信链路的时延因子，Pv表示第v条V2V链路可容忍的最大通信时延，Tv(t)表示第v条V2V链路在第t个传输时隙上的数据传输时延，Qv(t)表示第t个传输时隙第v条V2V链路的队列长度，Qi(t)表示第t个传输时隙第i条V2I链路的队列长度，Zv(t)表示第t个传输时隙上第v条V2V链路上成功传输的数据包个数，Zi(t)表示第t个传输时隙上第i条V2I链路上成功传输的数据包个数，Dv(t)表示第t个传输时隙上第v条V2V链路的队列向量，Di(t)表示第t个传输时隙上第i条V2I链路的队列向量，Ri分别代表第i条V2I链路的期望速率。
可以理解，可以获取上述第一目标函数对应的约束条件，在满足上述约束条件的情况下，基于上述第一目标函数对各通信链路的资源进行分配，实现在提高通信信道总吞吐量的同时，减少数据传输时延。
步骤102、基于所述第一目标函数以及所述约束条件，确定所述通信信道的目标信道比例。
步骤103、基于所述目标信道比例确定所述通信信道中正交信道的第一比例和共享信道的第二比例，所述正交信道用于至少一条车与基站设施V2I链路的通信，所述共享信道用于至少一条车与车V2V链路的通信。
可以理解，在车联网系统中，V2I链路为车与基站设施之间通信的链路，V2V链路为车与车之间通信的链路，V2I链路的传输速率等要求比V2V链路高，可将正交信道用于V2I链路的通信，将共享信道用于V2V链路的通信。
其中，在存在正交信道和共享信道两种类型的信道的情况下，上述通信信道的信道比例可以用于表示上述两种类型的信道比例，例如，使用正交信道与共享信道之比作为上述信道比例，也可以使用正交信道在通信信道中的比例作为上述信道比例(此时，正交信道在通信信道中的比例与共享信道在通信信道中的比例之和为1)，或者使用共享信道在通信信道中的比例作为上述信道比例(此时，共享信道在通信信道中的比例与正交信道在通信信道中的比例之和为1)。从而，可基于上述目标信道比例确定上述通信信道中正交信道的第一比例以及共享信道的第二比例。
步骤104、基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数。
其中，上述预先获取的通信信道参数可包括通信信道的信道总数、每一条信道的信道带宽等，通过上述第一比例，可确定通信信道中哪些信道作为正交信道用于V2I链路的通信，以及V2I链路可分配的资源。
步骤105、基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述至少一条V2I链路与所述至少一条V2V链路中每一条链路的目标发射功率，以使在所述目标信道比例、所述资源分配参数和所述目标发射功率下所述第一目标函数的值最小。
在确定每一条链路的目标发射功率之前，上述第一比例、上述第二比例和上述资源分配参数均已确定，从而对每一条链路的发射功率进行分配，使第一目标函数的值最小的情况下，确定对应的发射功率作为目标发射功率。
本申请实施例中，获取第一目标函数以及所述第一目标函数对应的约束条件，所述第一目标函数与通信信道的总吞吐量和传输时延关联，并基于所述第一目标函数以及所述约束条件，依次确定所述通信信道的目标信道比例、所述通信信道中正交信道的第一比例和共享信道的第二比例、所述至少一条V2I链路的资源分配参数，以及每一条链路的目标发射功率，以使在所述目标信道比例、所述资源分配参数和所述目标发射功率下所述第一目标函数的值最小。从而使得对每一条链路的资源分配，在提高通信信道的总吞吐量的同时，可以减少传输时延。
可选地，所述约束条件包括如下至少一项：
第一约束条件，所述第一约束条件用于约束每一条链路的传输速率，所述总吞吐量基于所述通信信道内链路的传输速率确定；
第二约束条件，所述第二约束条件用于约束所述第一比例、所述第二比例和所述资源分配参数；
第三约束条件，所述第三约束条件用于约束每一条链路的发射功率；
第四约束条件，所述第四约束条件用于约束所述传输时延。
其中，上述第一约束条件、上述第二约束条件、上述第三约束条件和上述第四约束条件可分别用于约束不同参数。
具体的，上述第一约束条件可通过设置一最低传输速率，即每一条链路的传输速率均需大于上述最低传输速率，以确保每一条链路的通信效果。
上述第二约束条件可分别对第一比例和第二比例设置一取值范围，该范围可根据实际需求确定，例如，上述第一比例和上述第二比例的值均需在0至1之间；上述资源分配参数可包括用于表示每一条V2I链路的资源的参数，可对所有V2I链路的资源的总和进行限制，例如，该总和需小于或等于可分配资源。
上述第三约束条件可对每一条链路的发射功率的取值范围进行限制，例如设置一最大发射功率，那么每一条链路的发射功率均需小于或等于该最大发射功率。并且，还可以分别对V2I链路和V2V链路设置不同的最大发射功率。
上述第四约束条件可通过对每一条链路的队列溢出概率进行限制，例如，可通过计算每一条链路的队列长度超出链路最大长度限制的概率，约束每一条链路在一传输时隙的传输时延的大小。
该实施方式中，所述第一约束条件用于约束每一条链路的传输速率；所述第二约束条件用于约束所述第一比例、所述第二比例和所述资源分配参数；所述第三约束条件用于约束每一条链路的发射功率；所述第四约束条件用于约束所述传输时延，通过上述约束条件确定所述第一目标函数的最优解，可以使资源分配的结果满足上述约束条件，提高资源分配的准确性。
可选地，所述方法还包括如下步骤：
获取所述每一条链路的传输缓存队列；
基于所述传输缓存队列，计算每一条链路的队列长度；
基于所述队列长度计算所述传输时延。
其中，在车联网中，可以为每一条链路配置一条数据传输的传输缓存队列，通过上述每一条传输缓存队列分析对应链路的时延性。具体的，每个传输时隙中各通信链路中新到达的任务服从泊松分布，因此，每条链路在下一个传输时隙开始时的队列长度等于当前时隙开始时的队列长度加上该时隙新到达的数据量再减去该时隙中成功传输出去的数据量。
该实施方式中，通过获取所述每一条链路的传输缓存队列；基于所述传输缓存队列，计算每一条链路的队列长度；基于所述队列长度计算所述传输时延，可以确定每一条链路的传输时延，从而在资源分配过程中使得每一链路分配的资源可以满足传输时延的要求。
可选地，步骤102中所述基于所述第一目标函数以及所述约束条件，确定通信信道的目标信道比例，具体包括：
基于所述约束条件，使用粒子群算法迭代更新预设次数多个粒子的位置，以得到所述多个粒子的目标位置；
基于所述多个粒子的目标位置以及所述第一目标函数，确定目标粒子的目标位置，所述多个粒子的目标位置包括所述目标粒子的目标位置；
基于所述目标粒子的目标位置确定所述通信信道的目标信道比例。
在粒子群算法中，通过多个粒子位置的迭代更新，确定最优的粒子位置。
具体的，本申请实施例中，首先可初始化设置粒子的速度和位置，个体最优位置和全局最优位置，其中，粒子的位置需满足上述约束条件；然后，更新每一次迭代的惯性权重因子粒子的加速度；进而，根据当前的粒子位置以及粒子的速度，更新粒子的下一步位置；并更新粒子的速度、个体最优位置和全局最优位置；通过重复上述过程对粒子的位置进行预设次数的迭代后，得到多个粒子的目标位置。上述过程中，可以使用上述第一目标函数对每个粒子的位置进行评价，以确定目标粒子的最佳位置。
此外，上述多个粒子的位置迭代更新过程，可以进行预设次数的迭代后停止，也可通过计算前后两次粒子的位置对应的第一目标函数的函数值是否小于预设阈值，确认是否停止迭代，若小于预设阈值可认为粒子位置的更新已接近目标位置，可停止迭代。
需要说明的是，上述粒子的位置可表示上述通信信道的信道比例，通过确认上述目标粒子的目标位置即可确认上述目标信道比例。
可选地，第N次更新所述多个粒子的位置，包括：
基于所述约束条件，使用粒子群算法获取所述多个粒子的第N次待更新位置；
基于所述第N次待更新位置，更新所述多个粒子的种群聚集度和相似度；
基于所述种群聚集度和所述相似度，对所述多个粒子的位置进行第N次更新；
其中，N为小于或等于所述预设次数的正整数。
本申请实施例中，在对粒子的位置进行迭代更新的过程中，可基于多个粒子的种群聚集度和相似度，对所述多个粒子的位置进行更新。具体的，粒子的第N次待更新位置可对应一表示通信信道的信道比例的参数值，若该参数值小于多个粒子的种群聚集度和相似度的乘积，可在粒子的取值区间进行随机取值作为下一次迭代该粒子的位置；若该参数值大于或等于多个粒子的种群聚集度和相似度的乘积，则可使用上述待更新位置作为下一次迭代该粒子的位置。
这样，可以避免粒子的位置在更新过程中过早地收敛，从而可以在多次迭代过程中确定上述目标位置，提高结果的准确性。
可选地，步骤104中所述基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数，具体包括：
基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一个V2I链路的可分配资源；
使用背包算法确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数；
其中，使用所述至少一条V2I链路的可分配资源作为背包的容量，每一条V2I链路表示一个物品，使用每一条V2I链路所需的正交信道数量作为对应一个物品的体积，使用每一条V2I链路预设的最低传输速率作为对应一个物品的价值。
其中，上述第一比例即在通信信道中正交信道所占的比例，上述预先获取的通信信道参数可包括通信信道的信道总量、信道带宽等，从而确定上述通信信道中正交信道的信道资源，即上述至少一个V2I链路的可分配资源。
可以理解，在背包算法中，通过选择物品装入背包使背包内物品的总价值最大，以确定将哪些物品装入背包。本申请中，通过使用所述至少一条V2I链路的可分配资源作为背包的容量，每一条V2I链路表示一个物品，使用每一条V2I链路所需的正交信道数量作为对应一个物品的体积，使用每一条V2I链路预设的最低传输速率作为对应一个物品的价值，可以在尽可能地满足每一条V2I链路的瞬时传输速率和时延要求的同时，提高资源的利用率。
可选地，步骤105中所述基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述至少一条V2I链路与所述至少一条V2V链路中每一条链路的目标发射功率，具体包括：
使用二分搜索算法更新所述至少一条V2I链路的发射功率与所述至少一条V2V链路的发射功率，得到每一条链路的多个发射功率；
基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述多个发射功率中每一条链路的目标发射功率。
对于每一条链路的发射功率，首先可设置一最大发射功率，使用二分搜索算法即在0至最大发射功率内不断查找中间值，并将中间值代入上述第一目标函数中获取对应的函数取值来确认。可以理解，在使用二分搜索算法确定每一条链路的目标发射功率之前，上述第一比例、上述第二比例和上述资源分配参数的值均已确定，可直接或间接地与对应的发射功率代入上述第一目标函数中，获取对应的函数取值。
需要说明的是，上述二分搜索算法的停止条件可以是基于经验值预设的迭代次数，也可以是前后两次迭代获取的函数值小于预设值的情况下停止搜索，从而快速获取上述目标发射功率。
为更好地理解，具体示例如下：
本申请实施例还提供一种动态资源分配方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：搭建车联网通信系统模型，模型中包括I条V21通信链路和V条V2V通信链路；
步骤S2：基于步骤S1搭建的车联网通信系统模型，构建V2I和V2V通信链路传输机制以及排队模型；
其中，步骤S2中的V2I和V2V通信链路传输机制具体为：系统的通信信道数量设置为M，每条信道带宽为BHz，整个系统的信道资源被分成正交信道和共享信道两部分，I条V2I通信链路使用正交的信道资源进行通信，V条V2V通信链路使用共享的信道资源进行通信。
为了分析V2I和V2V通信链路的时延性，在每条V2I和V2V通信链路上均配置一条数据传输的缓存队列，V2I和V2V通信链路的排队模型具体为：
每个传输时隙中各通信链路中新到达的任务服从泊松分布，因此，每条链路在下一个传输时隙开始时的队列长度Q(t)，等于当前时隙开始时的队列长度加上该时隙新到达的数据量再减去该时隙中成功传输出去的数据量。
步骤S3：基于步骤S1的通信系统模型和步骤S2的传输机制，确立每条V2I链路和V2V链路的传输速率，以及系统的瞬时传输总速率；
其中，步骤S3中确定链路传输速率和系统瞬时传输总速率的具体步骤如下：
步骤S31：基于第V条V2V条链路在传输时隙上获得的发射功率Pv(t)，得到该条链路的瞬时信干噪比SINRv(t)；获取该传输时隙上共享信道的分配比例α；根据香农公式，将第v条V2V链路的信干噪比取对数后log(1+SINRv(t))与共享信道分配比例α、系统总的通信信道数量M、每条信道带宽B相乘，得到第v条链路的瞬时传输速率Rv(t)；
步骤S32：基于第i条V2I条链路在传输时隙上获得的发射功率Pi(t)，得到该条链路的瞬时信干噪比SINRi(t)；获取该传输时隙上正交信道的分配比例(1-α)以及每条正交信道的分配方案βk,i；根据香农公式，将第i条V2I链路的信干噪比取对数后得到log(1+SINRi(t))、正交信道分配比例(1-α)、正交信道的分配方案βk,i、系统总的通信信道数量M、每条信道带宽B相乘，得到第i条链路的瞬时传输速率Ri(t)；
步骤S33：在传输时隙t上系统总的传输速率为I条V2I的瞬时速率与V条V2V的瞬时速率之和C(t)。
步骤S4：基于步骤S1的通信系统模型和步骤S2的传输机制及排队模型，建立通信约束机制；
具体的，步骤S4中的约束机制包括：
为保障每一条V2I链路满足最低的传输速率要求，设计第一约束机制：
为保障每条通信链路关联到信道资源的分配方案，设计第二约束机制：
0<α<1；
为确保每条通信链路的发射功率限制的功率分配方案，设计第三约束机制：
为保障每条通信链路的排队时延要求，设计队列溢出概率的第四约束机制：
其中，表示链路i的最低传输速率要求，/>分别表示链路i、链路v分配到的最大发射功率，Pr()表示求概率，Qi(t)表示第t个传输时隙的队列长度，Li表示链路最大长度限制，θi表示任意队列的溢出概率；
步骤S5：基于步骤S3和步骤S4构建系统资源分配的第一优化目标。本申请实施例通过综合考虑车联网通信链路的传输速率要求及时延要求，寻求一种在长时间传输间隔中的资源分配方案；
具体的，步骤S5的第一优化目标可表示为：
其中，Pv表示第v条V2V链路可容忍的最大通信时延，Tv(t)表示第v条V2V链路在传输间隔上的数据传输时延，γ表示系统瞬时吞吐量因子，μ表示系统V2V通信链路的时延因子。
步骤S6：由于第一优化目标的随机特征、未来传输时隙上各传输链路数据量的不可预测性，引入Lyapunov优化将步骤S5最大化长时间平均的系统吞吐量与时延的联合优化目标转化为单传输时隙上最小化Lyapunov偏移加罚上界的第二优化目标；
具体的，步骤S6中利用Lyapunov优化转化成的第二优化目标可表示为：
其中，K表示一个权衡偏移与第一优化目标比重的非负常数，C(t)表示第t个传输时隙各通信链路的瞬时传输速率之和，μ表示系统V2V通信链路的时延因子，Pv表示第v条V2V链路可容忍的最大通信时延，Tv(t)表示第v条V2V链路在第t个传输时隙上的数据传输时延，Qv(t)表示第t个传输时隙第v条V2V链路的队列长度，Qi(t)表示第t个传输时隙第i条V2I链路的队列长度，Zv(t)表示第t个传输时隙上第v条V2V链路上成功传输的数据包个数，Zi(t)表示第t个传输时隙上第i条V2I链路上成功传输的数据包个数，Dv(t)表示第t个传输时隙上第v条V2V链路的队列向量，Di(t)表示第t个传输时隙上第i条V2I链路的队列向量，Ri分别代表第i条V2I链路的期望速率。
步骤S7：基于步骤S6将第二优化目标进行拆分，利用粒子群算法获得V2I正交信道和V2V共享信道比例α划分的分配方案；
其中，步骤S7中利用粒子群算法获得V2I正交信道和V2V共享信道比例划分的分配方案，具体可包括如下步骤：
步骤S71：初始化设置粒子的速度和位置、个体最优位置和全剧最优位置，其中粒子位置需要满足步骤S4的约束机制；
步骤S72：更新每一次迭代的惯性权重因子和粒子的加速度；
步骤S73：根据当前的粒子位置以及粒子的速度，更新粒子的下一步位置；判断粒子的新位置是否满足步骤S4的约束机制，若不满足，则用个体最优位置替换粒子的新位置；
步骤S74：更新每个粒子的相似度和聚集度，若粒子位置接近最优粒子附近时，执行随机变异策略；
其中，随机变异策略具体为：
若当前粒子的位置小于种群聚集度与相似度的乘积，则在粒子的最大最小值区间进行随机取值，并将该值作为下次迭代该粒子的位置；
若当前粒子的位置大于或等于种群聚集度与相似度的乘积，则使用步骤S73的粒子位置进行下一次的迭代。
步骤S75：更新粒子的速度、个体最优位置和全局最优位置；
步骤S76：不断重复步骤S72-步骤S75，直到达到最大的迭代次数，得到V2I正交信道和V2V共享信道比例α划分的分配方案。
步骤S8：基于步骤S7获得的信道划分方案，利用0-1背包算法获得各V2I链路接入正交信道资源的分配方案；
其中，步骤S8中利用0-1背包算法获得各V2I链路的信道分配方案的具体实现方式包括：将可分配的信道资源作为背包的容量，将每条V2I链路所需要的信道数作为每一个物品的体积，将每条V2I链路期望的瞬时传输速率作为每一个物品的价值，使用低复杂度的动态规划方法，为每条V2I链路分配信道资源，其中分配方案需要满足步骤S4的约束机制。采用0-1背包调度算法为V2I分配信道资源时，能够尽可能的满足每一条V2I链路的瞬时速率与时延要求，同时提高了资源的利用率。
步骤S9：基于步骤S7和步骤S8获得的信道比例划分方案和V2I信道分配方案，利用二分搜索算法获得各V2I链路和V2V链路的功率分配方案。
其中，步骤S9中利用二分搜索算法获得各V2I链路和V2V链路的功率分配方案的具体步骤如下：
步骤91：初始化最大迭代次数、V2V功率分配矩阵V2I功率分配矩阵和系统容忍误差，确定各V2V链路的功率搜索范围为/>各V2I链路的功率搜索范围为/>令/>
步骤92：将带入到步骤S6的第二优化目标中，获得当前功率分配方案的目标价值；
步骤93：判断功率分配方案是否满足步骤S4的约束机制，若满足，则令反之则令/>
步骤94：不断重复步骤92-93，直到达到最大迭代次数，或前后两次迭代获得的目标价值差小于系统容忍误差，输出各通信链路的功率分配方案。
本申请实施例中，利用Lyapunov优化算法将最大化长时间平均的系统吞吐量与时延的联合优化目标转化为单传输时隙上最小化Lyapunov偏移加罚上界的优化目标，并将优化目标拆分为共享信道资源比例分配问题、V2I链路接入信道资源分配问题和各链路发射功率分配问题三个子问题，进而分别利用粒子群算法获得共享信道资源比例划分方案，利用0-1背包算法获得V2I链路接入方案，利用二分搜索算法获得系统各链路发射功率分配方案，在提升系统总吞吐量的同时，可降低V2V链路的数据传输时延，提高系统性能。
此外，通过在每条V2V链路和V2I链路均配置数据缓存队列，可以基于实时的链路信道条件及数据缓存队列长度，在每个传输时隙上对链路发射功率、共享信道、专用信道资源进行动态分配，提升网络资源利用率。
参见图2，图2是本申请实施例提供的一种资源分配装置的结构示意图。如2所示，资源分配装置200包括：
第一获取模块201，用于获取第一目标函数以及所述第一目标函数对应的约束条件，所述第一目标函数与通信信道的总吞吐量和传输时延关联；
第一确定模块202，用于基于所述第一目标函数以及所述约束条件，确定所述通信信道的目标信道比例；
第二确定模块203，用于基于所述目标信道比例确定所述通信信道中正交信道的第一比例和共享信道的第二比例，所述正交信道用于至少一条车与基站设施V2I链路的通信，所述共享信道用于至少一条车与车V2V链路的通信；
第三确定模块204，用于基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数；
第四确定模块205，用于基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述至少一条V2I链路与所述至少一条V2V链路中每一条链路的目标发射功率，以使在所述目标信道比例、所述资源分配参数和所述目标发射功率下所述第一目标函数的值最小。
可选地，所述约束条件包括如下至少一项：
第一约束条件，所述第一约束条件用于约束每一条链路的传输速率，所述总吞吐量基于所述通信信道内链路的传输速率确定；
第二约束条件，所述第二约束条件用于约束所述第一比例、所述第二比例和所述资源分配参数；
第三约束条件，所述第三约束条件用于约束每一条链路的发射功率；
第四约束条件，所述第四约束条件用于约束所述传输时延。
可选地，资源分配装置200还包括：
第二获取模块，用于获取所述每一条链路的传输缓存队列；
第一计算模块，用于基于所述传输缓存队列，计算每一条链路的队列长度；
第二计算模块，用于基于所述队列长度计算所述传输时延。
可选地，所述第一获取模块201，包括：
建立单元，用于建立第二目标函数，所述第二目标函数与预设时间段内所述通信信道的总吞吐量和传输时延关联；
转换单元，用于基于李雅普诺夫优化算法，将所述第二目标函数转换为所述第一目标函数；
获取单元，用于基于所述第一目标函数，获取所述第一目标函数对应的约束条件。
可选地，所述第一确定模块202，包括：
第一更新单元，用于基于所述约束条件，使用粒子群算法迭代更新预设次数多个粒子的位置，以得到所述多个粒子的目标位置；
第一确定单元，用于基于所述多个粒子的目标位置以及所述第一目标函数，确定目标粒子的目标位置，所述多个粒子的目标位置包括所述目标粒子的目标位置；
第二确定单元，用于基于所述目标粒子的目标位置确定所述通信信道的目标信道比例。
可选地，第N次更新所述多个粒子的位置，包括：
基于所述约束条件，使用粒子群算法获取所述多个粒子的第N次待更新位置；
基于所述第N次待更新位置，更新所述多个粒子的种群聚集度和相似度；
基于所述种群聚集度和所述相似度，对所述多个粒子的位置进行第N次更新；
其中，N为小于或等于所述预设次数的正整数。
可选地，所述第三确定模块204，包括：
第三确定单元，用于基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一个V2I链路的可分配资源；
第四确定单元，用于使用背包算法确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数；
其中，使用所述至少一条V2I链路的可分配资源作为背包的容量，每一条V2I链路表示一个物品，使用每一条V2I链路所需的正交信道数量作为对应一个物品的体积，使用每一条V2I链路预设的最低传输速率作为对应一个物品的价值。
可选地，所述第四确定模块205，包括：
第二更新单元，用于使用二分搜索算法更新所述至少一条V2I链路的发射功率与所述至少一条V2V链路的发射功率，得到每一条链路的多个发射功率；
第五确定单元，用于基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述多个发射功率中每一条链路的目标发射功率。
资源分配装置200能够实现本申请实施例中图1方法实施例的各个过程，以及达到相同的有益效果，为避免重复，这里不再赘述。
本申请实施例还提供一种电子设备。由于电子设备解决问题的原理与本申请实施例中图1所示的资源分配方法相似，因此该电子设备的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。如图3所示，本申请实施例的电子设备，包括存储器320，收发机310，处理器300；
存储器320，用于存储计算机程序；收发机310，用于在所述处理器300的控制下收发数据；处理器300，用于读取所述存储器320中的计算机程序并执行以下操作：
获取第一目标函数以及所述第一目标函数对应的约束条件，所述第一目标函数与通信信道的总吞吐量和传输时延关联；
基于所述第一目标函数以及所述约束条件，确定所述通信信道的目标信道比例；
基于所述目标信道比例确定所述通信信道中正交信道的第一比例和共享信道的第二比例，所述正交信道用于至少一条车与基站设施V2I链路的通信，所述共享信道用于至少一条车与车V2V链路的通信；
基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数；
基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述至少一条V2I链路与所述至少一条V2V链路中每一条链路的目标发射功率，以使在所述目标信道比例、所述资源分配参数和所述目标发射功率下所述第一目标函数的值最小。
其中，在图3中，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器300代表的一个或多个处理器和存储器320代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。收发机310可以是多个元件，即包括发送机和收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器300负责管理总线架构和通常的处理，存储器320可以存储处理器300在执行操作时所使用的数据。
处理器300可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable LogicDevice，CPLD)，处理器也可以采用多核架构。
可选地，所述约束条件包括如下至少一项：
第一约束条件，所述第一约束条件用于约束每一条链路的传输速率，所述总吞吐量基于所述通信信道内链路的传输速率确定；
第二约束条件，所述第二约束条件用于约束所述第一比例、所述第二比例和所述资源分配参数；
第三约束条件，所述第三约束条件用于约束每一条链路的发射功率；
第四约束条件，所述第四约束条件用于约束所述传输时延。
可选地，处理器300，还用于读取所述存储器320中的计算机程序并执行以下操作：
获取所述每一条链路的传输缓存队列；
基于所述传输缓存队列，计算每一条链路的队列长度；
基于所述队列长度计算所述传输时延。
可选地，所述获取第一目标函数以及所述第一目标函数对应的约束条件，包括：
建立第二目标函数，所述第二目标函数与预设时间段内所述通信信道的总吞吐量和传输时延关联；
基于李雅普诺夫优化算法，将所述第二目标函数转换为所述第一目标函数；
基于所述第一目标函数，获取所述第一目标函数对应的约束条件。
可选地，所述基于所述第一目标函数以及所述约束条件，确定通信信道的目标信道比例，包括：
基于所述约束条件，使用粒子群算法迭代更新预设次数多个粒子的位置，以得到所述多个粒子的目标位置；
基于所述多个粒子的目标位置以及所述第一目标函数，确定目标粒子的目标位置，所述多个粒子的目标位置包括所述目标粒子的目标位置；
基于所述目标粒子的目标位置确定所述通信信道的目标信道比例。
可选地，第N次更新所述多个粒子的位置，包括：
基于所述约束条件，使用粒子群算法获取所述多个粒子的第N次待更新位置；
基于所述第N次待更新位置，更新所述多个粒子的种群聚集度和相似度；
基于所述种群聚集度和所述相似度，对所述多个粒子的位置进行第N次更新；
其中，N为小于或等于所述预设次数的正整数。
可选地，所述基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数，包括：
基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一个V2I链路的可分配资源；
使用背包算法确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数；
其中，使用所述至少一条V2I链路的可分配资源作为背包的容量，每一条V2I链路表示一个物品，使用每一条V2I链路所需的正交信道数量作为对应一个物品的体积，使用每一条V2I链路预设的最低传输速率作为对应一个物品的价值。
可选地，所述基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述至少一条V2I链路与所述至少一条V2V链路中每一条链路的目标发射功率，包括：
使用二分搜索算法更新所述至少一条V2I链路的发射功率与所述至少一条V2V链路的发射功率，得到每一条链路的多个发射功率；
基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述多个发射功率中每一条链路的目标发射功率。
本申请实施例提供的电子设备，可以执行上述图1所示的方法实施例，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现上述图1所述方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
其中，所述处理器为上述实施例中所述的电子设备中的处理器。所述可读存储介质，包括计算机可读存储介质，如计算机只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等。
本申请实施例另提供了一种芯片，所述芯片包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行程序或指令，实现上述图1所述方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
应理解，本申请实施例提到的芯片还可以称为系统级芯片、系统芯片、芯片系统或片上系统芯片等。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (11)

1.一种资源分配方法，其特征在于，包括：
获取第一目标函数以及所述第一目标函数对应的约束条件，所述第一目标函数与通信信道的总吞吐量和传输时延关联；
基于所述第一目标函数以及所述约束条件，确定所述通信信道的目标信道比例；
基于所述目标信道比例确定所述通信信道中正交信道的第一比例和共享信道的第二比例，所述正交信道用于至少一条车与基站设施V2I链路的通信，所述共享信道用于至少一条车与车V2V链路的通信；
基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数；
基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述至少一条V2I链路与所述至少一条V2V链路中每一条链路的目标发射功率，以使在所述目标信道比例、所述资源分配参数和所述目标发射功率下所述第一目标函数的值最小。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束条件包括如下至少一项：
第一约束条件，所述第一约束条件用于约束每一条链路的传输速率，所述总吞吐量基于所述通信信道内链路的传输速率确定；
第二约束条件，所述第二约束条件用于约束所述第一比例、所述第二比例和所述资源分配参数；
第三约束条件，所述第三约束条件用于约束每一条链路的发射功率；
第四约束条件，所述第四约束条件用于约束所述传输时延。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述每一条链路的传输缓存队列；
基于所述传输缓存队列，计算每一条链路的队列长度；
基于所述队列长度计算所述传输时延。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取第一目标函数以及所述第一目标函数对应的约束条件，包括：
建立第二目标函数，所述第二目标函数与预设时间段内所述通信信道的总吞吐量和传输时延关联；
基于李雅普诺夫优化算法，将所述第二目标函数转换为所述第一目标函数；
基于所述第一目标函数，获取所述第一目标函数对应的约束条件。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一目标函数以及所述约束条件，确定通信信道的目标信道比例，包括：
基于所述约束条件，使用粒子群算法迭代更新预设次数多个粒子的位置，以得到所述多个粒子的目标位置；
基于所述多个粒子的目标位置以及所述第一目标函数，确定目标粒子的目标位置，所述多个粒子的目标位置包括所述目标粒子的目标位置；
基于所述目标粒子的目标位置确定所述通信信道的目标信道比例。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第N次更新所述多个粒子的位置，包括：
基于所述约束条件，使用粒子群算法获取所述多个粒子的第N次待更新位置；
基于所述第N次待更新位置，更新所述多个粒子的种群聚集度和相似度；
基于所述种群聚集度和所述相似度，对所述多个粒子的位置进行第N次更新；
其中，N为小于或等于所述预设次数的正整数。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数，包括：
基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一个V2I链路的可分配资源；
使用背包算法确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数；
其中，使用所述至少一条V2I链路的可分配资源作为背包的容量，每一条V2I链路表示一个物品，使用每一条V2I链路所需的正交信道数量作为对应一个物品的体积，使用每一条V2I链路预设的最低传输速率作为对应一个物品的价值。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述至少一条V2I链路与所述至少一条V2V链路中每一条链路的目标发射功率，包括：
使用二分搜索算法更新所述至少一条V2I链路的发射功率与所述至少一条V2V链路的发射功率，得到每一条链路的多个发射功率；
基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述多个发射功率中每一条链路的目标发射功率。
9.一种资源分配装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取第一目标函数以及所述第一目标函数对应的约束条件，所述第一目标函数与通信信道的总吞吐量和传输时延关联；
第一确定模块，用于基于所述第一目标函数以及所述约束条件，确定所述通信信道的目标信道比例；
第二确定模块，用于基于所述目标信道比例确定所述通信信道中正交信道的第一比例和共享信道的第二比例，所述正交信道用于至少一条车与基站设施V2I链路的通信，所述共享信道用于至少一条车与车V2V链路的通信；
第三确定模块，用于基于所述第一比例和预先获取的通信信道参数，确定所述至少一条V2I链路的资源分配参数；
第四确定模块，用于基于所述第一比例、所述第二比例、所述资源分配参数以及所述第一目标函数，确定所述至少一条V2I链路与所述至少一条V2V链路中每一条链路的目标发射功率，以使在所述目标信道比例、所述资源分配参数和所述目标发射功率下所述第一目标函数的值最小。
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的资源分配方法的步骤。
11.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的资源分配方法的步骤。
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