本發(fā)明涉及一種車載短距離通信網(wǎng)的信道資源調(diào)度優(yōu)化方法，屬于車載網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
車載短距離通信(Vehicle to X：V2X)網(wǎng)絡是通過無線通信、GPS/GIS、傳感等短距離通信技術(shù)實現(xiàn)的車內(nèi)(CAN-Controller Area Network)、車路(Vehicle-2-RSU)、車間(Vehicle-2-Vehicle)、車外(vehicle-2-Infrastructure)、人車(Vehicle-2-Person)之間的通信。
V2X中的車載節(jié)點配備有GPS或者北斗等定位裝置，車載節(jié)點按照設(shè)定的時間間隔定期向周圍車載節(jié)點廣播本節(jié)點的地理位置信息(稱為心跳信息)，同時接收周圍節(jié)點發(fā)送的心跳信息，以此獲得周圍車載節(jié)點同本節(jié)點的距離、速度、行駛方向等信息。由于車輛需要占據(jù)不同的信道廣播心跳信息，而且時延有嚴格的要求(一般小于100ms廣播一次)。以心跳信息為核心的安全應用是V2X網(wǎng)絡最核心的應用。除了以安全應用為核心的心跳信息廣播，V2X還有其他的對延遲要求不嚴格的大量的服務類應用，例如某些車輛的信息發(fā)布、路側(cè)節(jié)點的交通信號狀態(tài)廣播等服務。由于分配給V2X網(wǎng)絡的專用頻段帶寬受限，所以V2X網(wǎng)絡中對信道資源進行合理調(diào)度，可以確保低時延安全服務的心跳信息的廣播，同時提高服務類業(yè)務的信道帶寬和效率。相反，如果調(diào)度不當，可能影響低時延的安全類廣播，造成嚴重交通事故，或者安全類廣播分配帶寬過大，降低服務類應用的效率，造成帶寬資源的浪費。
V2X網(wǎng)絡信道資源調(diào)度過程中，充分利用V2X的心跳信息和路側(cè)節(jié)點收集車輛信息的能力，采用合理的算法，保證安全類應用，同時提高信道利用率。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明公開一種車載短距離通信網(wǎng)的信道資源調(diào)度優(yōu)化方法，包括步驟：
S1：約束條件確定和優(yōu)化目標分解；
S2：路側(cè)節(jié)點車輛信息收集；
S3：優(yōu)化參數(shù)設(shè)定和迭代優(yōu)化。
優(yōu)選地，首先根據(jù)約束條件確定優(yōu)化目標，并采用拉格朗日算子將目標分解成信道分配和吞吐量控制兩個獨立的優(yōu)化目標，然后路側(cè)節(jié)點接收經(jīng)過車輛的心跳信息而獲得車輛數(shù)量，利用相鄰路側(cè)節(jié)點接收的車輛的心跳信息獲得車輛平均速度，以拉格朗日優(yōu)化算法為基礎(chǔ)，確定優(yōu)化參數(shù)并進行迭代，獲得優(yōu)化的信道分配和各類應用的吞吐量控制參數(shù)，并將該參數(shù)由路側(cè)節(jié)點廣播到車載節(jié)點，保證安全類應用的時延要求，同時提高服務類應用的信道利用率，使得信道利用率達到最大。
本申請的信道資源調(diào)度優(yōu)化方法根據(jù)路側(cè)節(jié)點接收經(jīng)過車輛的心跳信息而獲得管理道路車輛數(shù)量和平均速度的能力，以拉格朗日優(yōu)化為基礎(chǔ)，根據(jù)收集到的車輛數(shù)據(jù)，在不同信道調(diào)度方案中，結(jié)合車載節(jié)點各類應用的吞吐量控制進行優(yōu)化，保證安全類應用的時延要求，同時提高服務類應用的信道利用率，使得信道利用率達到最大。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的方法流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
本實施例標識符號定義如下：
G＝(V,E)：V2X網(wǎng)絡模型
V：網(wǎng)絡的車載節(jié)點
E：網(wǎng)絡的廣播信道
S：代表車輛發(fā)送的廣播消息會話
f：廣播信道l∈E的總的碼流吞吐量矩陣
(r,f)：表示信道f的吞吐能力支持車輛廣播會話r產(chǎn)生的碼流吞吐量
1、約束條件確定和優(yōu)化目標分解
V2X中的信道的效用函數(shù)可以記為：
約束條件主要受兩個因素確定：第一是信道的容量，第二是各個車輛的吞吐量。信道容量的降低會直接導致各個會話碼流的降低，增加各個車載節(jié)點的數(shù)據(jù)廣播數(shù)量可以提高網(wǎng)絡的信道利用率，但是會增加各個會話的延時，造成安全類應用延時增加。所以，信道效用函數(shù)的約束條件是信道容量矩陣和各車載節(jié)點安全類應用延時要求下的吞吐量的限制，因此，式(1)的最優(yōu)化和約束條件可以分別表示為式(2)和式(3)：
U*＝max U(r,f) (2)
s.t.(subject to表示受限于)
式(3)標識，經(jīng)過廣播信道l∈E的總碼流受該信道容量cl的限制。
利用拉格朗日算子對式(3)進行松弛，得到拉格朗日優(yōu)化公式：
將式(4)進行分解，分別得：
和
式(5)是網(wǎng)絡層中各廣播信道的碼流優(yōu)化，式(6)是通過控制車載節(jié)點廣播功率進行的信道容量的優(yōu)化，同車載節(jié)點的各類應用的吞吐量有關(guān)，式(1)的優(yōu)化問題簡化為信道分配優(yōu)化和各個車載節(jié)點的吞吐量的優(yōu)化兩個獨立的問題。
2、路側(cè)節(jié)點車輛信息收集
車載節(jié)點定期廣播心跳信息，路側(cè)節(jié)點接收經(jīng)過的車載節(jié)點的心跳信息，通過心跳信息中的車輛唯一標識、地理位置(GPS或北斗)的變化，獲得進入管理道路的車輛數(shù)量；由于相鄰兩個路側(cè)節(jié)點之間有高帶寬鏈路連接，從而也可以獲得車輛的平均速度。
3、優(yōu)化參數(shù)設(shè)定和迭代優(yōu)化
設(shè)定不同類廣播會話參數(shù)S(包括安全類心跳信息時延要求、傳輸距離、服務類廣播包時延要求)，優(yōu)化通過下面步驟的跨層迭代完成：
1)將一段道路按照電波傳播特性和道路特性的變化分成不同的路段
2)在本區(qū)域中，制定不同車流密度、車輛平均速度場景下的不同廣播會話類型的信道分配策略；
3)獲得當前的平均車流量、平均速度參數(shù)；
4)初始化路段參數(shù)i＝0；
5)初始化j＝0，初始化信道分配策略
6)給定分別在原域求解優(yōu)化式(5)和式(6)，對應信道分配策略中的一種：
7)在對偶域迭代獲得各類應用的吞吐量參數(shù)其中l(wèi)∈E為不用信道：
其中，[x]+表示max(0,x)，表示迭代的步長。
8)j＝j+1，返回步驟5，直到收斂，從而得到優(yōu)化后的廣播信道分配方案和各類應用的吞吐量優(yōu)化方案。
9)i＝i+1，返回步驟4，直到所有的路段；
10)將優(yōu)化后的參數(shù)通過路側(cè)節(jié)點廣播到進入該路段的車輛，控制車輛安全類廣播和服務類廣播的信道分配和吞吐量控制。
信道資源調(diào)度優(yōu)化以上所述是本發(fā)明的較佳實施例及其所運用的技術(shù)原理，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。