满足不同时延约束的车联网通信资源分配算法研究

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近年来,与日俱增的汽车保有量引发了一系列交通问题,包括道路安全、交通拥堵以及环境污染等,正迫使人们改变传统的交通技术和手段。高可靠低时延的车联网通信技术是改善现存交通问题的有效途径,已经成为国内外专家学者研究的热点。面对日益紧张的通信资源,相关学者从满足车到车(Vehicle-to-Vehicle,V2V)链路对低时延的要求以及车到网络(Vehicle-to-Network,V2N)链路对高遍历容量的要求出发,提出了满足车联网通信高可靠低时延需求的资源分配算法。然而,现有研究尚未从排队时延的角度关注不同类型业务的差异化时延需求问题。因此,如何在保证V2V链路中的数据包满足不同时延约束的前提下,通过合理的资源分配实现车联网通信的高可靠低时延需求,是本文要关注的问题。在本文中,我们首先对车联网通信场景进行建模,然后将V2V链路中的数据包进行优先级划分并分析推导得到不同优先级的平均时延表达式,最后在满足不同优先级的时延约束的前提下对车联网进行资源分配。具体的研究内容包括:(1)当V2V链路分别采用抢占式排队模式和非抢占式排队模式时,分析排队系统的时延并寻找满足不同优先级数据包的不同时延要求的条件。首先,将V2V链路建模成M/G/1排队系统并进行优先级分类。其次,对存在多个优先级的排队系统进行分析,得到排队系统的平均时延表达式。然后,平均时延表达式经过变量间换算后得到只有重传概率一个变量的式子,因而可以通过二分搜索法搜索满足不同优先级的时延约束的重传概率的取值范围。最后,仿真结果表明了平均时延理论的正确性。(2)在满足V2V链路中不同优先级时延约束的前提下,进行车联网通信资源分配。根据不同的优化目标,我们提出总的功耗最小化、总的V2N用户遍历容量最大化和V2N用户最小的遍历容量最大化资源分配问题。由于干扰只存在共享频谱的V2N用户和V2V用户之间,可以先进行功率分配再进行频谱分配来解决提出的资源分配问题。在满足不同优先级的时延约束的前提下求得任意复用对的最优功率分配,再利用匈牙利方法在多项式时间内找到最佳频谱分配模式。最后,通过仿真对三种资源分配算法进行比较和分析,验证不同资源分配算法各自的优越性。
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