车载通信中无线传输与资源管理研究

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随着车辆数目的日益增加,车辆对高清地图、动态交通信息、安全信息业务等各种类型应用的需求也逐渐呈现出多样化差异化的特点。然而,考虑到基础通信设施负载过大,且车辆从远端基站处进行请求存在时延过长、传输链路不稳定等问题,需要充分协同基础设施与可利用车辆,协助满足各种需求。作为一种有效的车辆管理策略,车联网(InternetofVehicles)在很大程度上缓解了车辆通信需求及资源分配与基础设施不足之间的尖锐矛盾,具有广阔的发展前景。然而,考虑到资源的有限性和海量请求的重复性,车联网技术目前仍然面临三个方面的主要问题:首先,由于车辆数目庞大,交通堵塞严重,单独对每个车辆进行管理效率低下且可行性低,对资源分配方案提出了很高的要求;其次,车辆行驶速度过快,导致在与基础设施之间进行数据传输的过程中接触时间过短,无法完整下载整个内容;最后,各个车辆之间内容请求存在重复冗余的情况,进一步加剧了基础设施的通信负担。因此,针对以上三个方面的问题,本文分别进行了相关的研究。首先,研究了基于车队场景的数据共享及频谱资源管理方案,然后针对车辆与基础设施之间无法支撑大内容完整下发的问题提出了车载网络中基于NOMA的数据编码缓存与下发方法,最后,针对车辆对内容重复请求的问题提出了全双工中继辅助下的高效内容共享方法。以下是具体研究内容:首先,考虑到交通堵塞严重、频谱资源不足的问题,考虑采用车队(platoon)行驶的场景,并针对车队场景设计了一个基于车队场景的数据共享及频谱资源管理方案。具体地,考虑多个车辆使用相同资源时,会产生累积干扰,因此本文利用多个车辆用户之间的累计干扰构造超图,然后利用超图着色算法对车队内车辆间的干扰进行管理,并提出基于超图的资源分配和干扰管理方案,以在保证通信质量的同时使场景内的频谱效率最大化。最后通过仿真验证所提方案的合理性和有效性。其次,针对车辆与路边单元接触时间有限,无法在接触时间内接收完整内容的问题,本文考虑引入分布式编码缓存技术,并提出车载网络中基于NOMA的数据编码缓存与下发的方法。具体地,本文利用纠删码在下发内容数据前先将内容进行编码分片,路边单元将部分内容分片下发至车辆后,车辆通过车间通信获取其余内容分片。考虑当采用传统的正交多址技术传输内容分片时,需要依次向不同车辆节点下发内容分片,存在谱效能效低的问题,本文利用非正交多址接入技术将内容分片下发至场景中的车辆处,从而提升内容分片部署的效率。并在车辆间通信阶段对车辆间进行干扰管理并合理的分配频谱资源,并提出基于匹配理论的资源分配与用户成对方案,以最小化车辆成功获取内容的时延和。最后通过仿真结果验证所提方案的合理性和有效性。最后,考虑到热点区域中会有多个不同的热点内容,内容请求车辆节点会对不同的热点内容有不同的需求,各个车辆之间对内容请求的重复请求会加重基站回程链路的压力,本文提出全双工中继辅助下的高效内容共享的方法。具体地,本文考虑将不同内容的内容分片部署到内容缓存车辆节点处,使内容请求车辆从内容缓存车辆处接收足够的内容分片以解码原内容。而内容缓存车辆的缓存空间有限,无法缓存所有内容的内容分片,因此如何将内容缓存在内容缓存车辆中会影响整个系统的性能。同时,若有车辆离开目标区域,会导致其存储的内容分片丢失,降低系统的鲁棒性,因此考虑对丢失或者损坏的内容分片进行修复同样十分重要。具体地,本文考虑合理设计不同内容的内容分片缓存在缓存车辆处的方案,然后利用全双工技术使请求车辆从缓存车辆处获取内容,同时考虑了由于个别缓存车辆离开导致内容分片丢失的情况,提出基于匹配理论的内容分片部署与传输方案,以在保证通信质量的同时,最小化请求车辆获得所需内容所需的传输成本。最后通过仿真结果验证所提方案的合理性和有效性。
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