【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于车联网无线短距离通信，涉及一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法。
技术介绍
1、资源分配是车联网通信网络中的关键技术之一，涉及功率分配、频谱分配等多方面内容。资源分配的有效实施可以显著提升车辆通信系统的效率和性能，从而保障车辆用户的服务质量。
2、由于智能网联汽车技术的飞速发展导致数据量的急剧增加，电动车辆端设备算力资源与能量资源有限，车辆端在处理海量计算任务时面临多重挑战。为了应对车端计算与能量资源受限的问题，借助路侧单元丰富的边端计算能力，车辆设备可以将其任务卸载到边缘服务器进行处理。此外，网联协同驾驶通信系统在面对密集车辆接入时，有限的频谱资源会导致车辆接入竞争加剧，可能引起通信中断，无法保障网联协同驾驶通信系统的安全信息交换。然而，现有的资源分配方法中，鲜有研究频谱与能量受限约束下网联协同驾驶通信系统中的通信模式选择与资源分配问题，导致面对复杂通信环境和高数据量计算任务时，难以满足车辆用户的服务质量需求和计算任务的低延迟需求，还会严重影响电动车辆的续航里程。因此，需要一种频谱与能量受限约束下的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，以解决上述问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，针对海量计算任务造成车辆端高计算时延与高能耗问题以及复杂通信场景导致通信链路不稳定的问题，考虑车端最大发射功率、最大带宽、车对基站通信最大能耗、车对车通信最小速率、通信模式选择因子、用户与
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，包括以下步骤：
4、s1.初始化网联协同驾驶通信系统的参数，包括：一个宏基站、n个配备边缘计算(mobile edgecomputing，mec)服务器的路侧单元、k个车对车通信用户对、m个车对基础设施通信用户；每个车对车通信用户对由一个车对车通信发射机和一个车对车通信接收机构成，发射机向接收机发送安全信息，每个车对车通信用户对可以根据信道质量选择直连通信或路侧单元中继通信；每个车对基础设施通信用户有计算任务，并将部分计算任务卸载至路侧单元；所有通信设备采用频分多址接入方式，将其信息调制到入射信号上并发射给信息接收机，路侧单元与宏基站通过光纤连接，宏基站集中式分配接入路侧单元车辆的子载波；
5、s2.根据车端最大发射功率、最大带宽、车对基站通信最大能耗、车对车通信最小速率、通信模式选择因子和用户与路侧单元关联因子的约束，以网联协同驾驶通信系统任务计算总时延最小化为优化目标，以此目标构建基于部分任务卸载、模式选择、用户关联的资源分配模型；
6、s3.利用变量松弛、连续凸近似、交替优化和变量替换等方法将混合整数非线性规划资源分配模型转化为凸优化模型求解，从而得到最优的任务计算总时延。
7、进一步地，s1中：所述网联协同驾驶通信系统的参数还包括：路侧单元个数n，车对车通信用户对个数k，车对基础设施通信用户个数m，路侧单元处的噪声方差车对车用户对接收机处的噪声方差车对车用户对发送的安全信息大小lk，车对车用户对最大可容忍延迟tmax，车对车用户最大发射功率车对基础设施用户最大发射功率pmax，车对车用户最大占用带宽车对基础设施用户最大占用带宽bmax，任务计算总时延t、最大迭代次数dmax，收敛精度ω和迭代次数d。
8、进一步地，s2中：所述构建基于部分任务卸载、模式选择、用户关联的资源分配模型，具体为：
9、
10、其中，sk表示第k个车对车通信用户对的模式选择，am,n表示第m个车对基础设施通信用户与第n个路侧单元的关联状态，表示中继模式下车辆与路侧单元的关联状态，pm表示第m个车对基础设施通信用户的发射功率，表示第k个车对车通信用户对的速率，ξm表示第m个车对基础设施通信用户的任务卸载比例，cm表示为执行任务所需的cpu循环数，flocal表示车辆本地计算能力，vm表示计算任务数据量，rm表示第m个车对基础设施通信用户的速率，frsu表示路侧单元的计算能力，表示第m个车对基础设施通信用户的本地计算能耗，表示第m个车对基础设施通信用户的本地卸载计算能耗，emax表示任务计算最大能耗，表示第k个车对车通信用户对的发射功率，pmax表示车对基础设施用户最大发射功率，bm表示第m个车对基础设施通信用户的带宽，表示第k个在中继模式下的车对车通信用户对的带宽，表示直接通信模式下车对车通信用户对k可实现的数据速率，表示第k个在直连模式下的车对车通信用户对的带宽，表示车对车通信最大带宽，表示中继模式下车对车通信对k可实现的数据速率。
11、进一步地，s3中，还包括以下步骤：
12、利用变量松弛法将非凸的目标函数转化为线性函数，将问题转化为：
13、
14、其中，c10、c11是对辅助变量μ进行松弛而得到的，该优化问题的目标函数和约束条件中仍存在耦合变量与二元变量，其仍为非凸优化问题。
15、进一步地，s3中，还包括以下步骤：
16、s31.固定模式选择因子sk、车辆发射功率部分卸载因子ξm、利用变量替换法、变量松弛法和交替优化法将混合整数非线性规划问题模型转化为凸优化问题模型，计算得到车辆带宽用户与路侧单元选择因子松弛变量μ；
17、s32.固定利用变量替换法、连续凸近似法、变量松弛法和交替优化法将混合整数非线性规划问题模型转化为凸优化问题模型，计算得到部分卸载因子ξm、车辆功率松弛变量μ；
18、s33.基于松弛变量μ，更新网联协同驾驶通信系统基于部分任务卸载的任务计算总时延t；
19、s34.判断网联协同驾驶通信系统基于部分任务卸载的任务计算总时延是否收敛；若是，输出最优的网联协同驾驶通信系统基于部分任务卸载的任务计算总时延t*，然后结束；否则，进入s35；
20、s35.判断当前迭代次数是否大于最大迭代次数；若是，输出t*，然后结束，否则，更新当前迭代次数d，然后进入下一次迭代，返回s31。
21、进一步地，所述s31中，最优的模式选择策略具体为：
22、对于第k个车对车通信用户对，如果则第k个车对车通信用户对工作在中继模式下，否则其选择直连通信模式；约束c7等价变换为二元变量被松弛为区间[0,1]上的连续变量，并定义和得到如下联合带宽分配与用户与路侧单元选择子问题：
23、
24、联合带宽分配与用户与路侧单元选择子问题为凸优化问题，利用cvx工具箱(cvxtoolbox)求解。
25、进一步地，s32中：引入松弛变量θm并满足引入变量λm替换θmpm，利用连续凸近似技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，其特征在于，所述S1中：所述网联协同驾驶通信系统的参数还包括：路侧单元个数N，车对车通信用户对个数K，车对基础设施通信用户个数M，路侧单元处的噪声方差车对车用户对接收机处的噪声方差车对车用户对发送的安全信息大小Lk，车对车用户对最大可容忍延迟Tmax，车对车用户最大发射功率车对基础设施用户最大发射功率Pmax，车对车用户最大占用带宽车对基础设施用户最大占用带宽Bmax，任务计算总时延T、最大迭代次数Dmax，收敛精度ω和迭代次数d。
3.根据权利要求2所述的一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，其特征在于，所述S2中：所述构建基于部分任务卸载、模式选择、用户关联的资源分配模型，具体为：
4.根据权利要求3所述的一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，其特征在于，所述S3中，还包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种频谱与能量受限的网联协同
6.根据权利要求5所述的一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，其特征在于：所述S31中，最优的模式选择策略具体为：
7.根据权利要求5所述的一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，其特征在于，所述S32中：
8.根据权利要求5所述的一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，其特征在于，所述S33中，所述更新网联协同驾驶通信系统基于部分任务卸载的任务计算总时延T＝μ。
9.根据权利要求5所述的一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，其特征在于，所述S34中，所述判断网联协同驾驶通信系统基于部分任务卸载的任务计算总时延是否收敛，具体为：当第d次迭代网联协同驾驶通信系统基于部分任务卸载的任务计算总时延满足|T(d)-T(d-1)|≤ω时，则收敛，反之不收敛。
...【技术特征摘要】
1.一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，其特征在于，所述s1中：所述网联协同驾驶通信系统的参数还包括：路侧单元个数n，车对车通信用户对个数k，车对基础设施通信用户个数m，路侧单元处的噪声方差车对车用户对接收机处的噪声方差车对车用户对发送的安全信息大小lk，车对车用户对最大可容忍延迟tmax，车对车用户最大发射功率车对基础设施用户最大发射功率pmax，车对车用户最大占用带宽车对基础设施用户最大占用带宽bmax，任务计算总时延t、最大迭代次数dmax，收敛精度ω和迭代次数d。
3.根据权利要求2所述的一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，其特征在于，所述s2中：所述构建基于部分任务卸载、模式选择、用户关联的资源分配模型，具体为：
4.根据权利要求3所述的一种频谱与能量受限的网联协同驾驶通信系统资源分配方法，其特征在于，所述s3中，还...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐勇军，刘易坤，张海波，李永福，来容，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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