1.一种保证可靠性的车联网用户容量最大化设计方法,其特征在于:包括以下步骤:一、划分NR‑V2X时频资源,计算出直通链路上各物理信道占用的物理资源,然后计算NR‑V2X直通链路通信中可用于消息传播的资源数;
二、基于可用资源数计算链路可靠性,给出链路可靠性与用户容量的转换关系;
三、根据当前系统参数,得到最多允许同时发送消息的车辆数的消息传播控制算法MDC,利用MDC算法分析MNCTN优化问题:在保证可靠性的条件下,最大化同时发送消息的车辆数。
2.根据权利要求1所述的一种保证可靠性的车联网用户容量最大化设计方法,其特征在于:步骤二中,基于可用资源数计算链路可靠性具体如下:对于一个给定的消息大小Nm,需要使用的资源单元数NRE计算如下:其中:pcd为在某种特定的调制与编码策略下的频谱效率;
配置消息传播持续时间为tx,系统中总可用的RE数为N,则系统中可使用的资源数计算如下:
计算车辆j的信号干扰噪声比,计算表达式如下:其中:Vk为使用资源Rk的所有车辆的集合;gi,gv分别为车辆i与车辆v对车辆j的小规模衰落信道系数,是服从均值为1的指数分布的变量;di,dv分别为车辆i、车辆v对车辆j的距离;P是车辆的传输功率;No是附加的白高斯噪声的功率;α是路径损耗指数;β为距离为1米时的路径损耗;Gr是车辆中接收器的天线增益;
在消息传播的过程中,如果无错误位的比特总数大于V2V数据包大小,即当车辆j收到的的消息大于8Nm比特时,则认为车辆i向车辆j成功传播了消息;车辆之间数据传输的链路可靠性可表述为:成功传输8Nm个有效比特的概率,公式表示如下:pr=Pr[ρlog2(1+Γ)>8Nm]=Pr[Γ>T];
其中:ρ=NRE·pcd表示在某种特定的MCS下单个消息传输的有效比特数;NRE为传播单个消息需要的RE的数量;T为SINR等效阈值;链路可靠性被等价地转化为SINR的约束,若SINR超过一个给定的阈值T,即认为当接收方SINR大于阈值时,数据传输是可靠的,经过计算可得,
选择每个车辆i的通信范围内与其距离最远的车辆j,设车辆i、j的距离为其通信距离dc;由于接收车辆的左侧第一干扰源与右侧第一干扰源是最强的两个干扰信号,几乎是消息传播过程中所有车辆的总干扰,使用这两个干扰信号代替接收车辆的总干扰;因此,链路可靠性的计算公式可替换如下:
上式中的变量g0,g1和g2是服从均值为1的独立指数分布的变量,经过转换,链路可靠性表达式可以被描述为以下式:
其中 和 分别是左侧第一干扰源和右侧第一干扰源到接收车辆的距离的概率密度函数;
令单位距离内发送消息的车辆数量表示为ξ=λ·S,其中λ表示单位距离内一个车道上的车辆数量,S为车道数,发送消息的车辆之间的平均距离为1/ξ。
3.根据权利要求2所述的一种保证可靠性的车联网用户容量最大化设计方法,其特征在于:步骤二中,给出链路可靠性与用户容量的转换关系具体如下:设道路中单位时间到达某一路段的车辆数量服从泊松分布,则道路中发送消息的车辆之间的距离间隔服从指数分布;当系统中资源数为NR时,则使用相同资源的车辆之间的干扰距离服从Erlang分布,且这些车辆的平均距离为NR/ξ;令左侧第一干扰源到接收车辆的距离为d1,那么d1的期望E[d1]=NR/ξ‑dc;右侧第一干扰源到接收车辆的期望距离为E[d2]=NR/ξ+dc;通过将d1和d2两个分量替换为其期望E[d1]和E[d2];最后,给出了链路可靠性pr的计算表达式:
‑α + ‑α + +
其中A=(NR/ξ+dc) ,B=([NR/ξ‑dc]) ,当x≥0,[x] =x,否则[x]=0,基于上述分析可得,链路可靠性pr可以用关于参数ξ的函数g(ξ)来表示,即可以通过控制同时发送消息的车辆数ξ来改变系统当前消息传播过程的链路可靠性;在满足链路可靠性时,定义最多允许同时发送消息的车辆数即为当前用户容量
4.根据权利要求3所述的一种保证可靠性的车联网用户容量最大化设计方法,其特征在于:MNCTN优化问题可以表述为最大化用户容量的期望,其模型表示如下:Maximize:
Subject to:
其中 为指定的链路可靠性要求,L为基站管理的道路长度。
5.根据权利要求4所述的一种保证可靠性的车联网用户容量最大化设计方法,其特征在于:步骤三中,MDC算法可表述为:S为道路上的车道数,λ表示每车道同时发送消息的车辆数,算法中输入链路可靠性要求、每千米道路上发送消息的车辆数等参数,然后由基站使用可靠性计算表达式计算当前系统的链路可靠性,然后得到当前用户容量 与可同时发送消息的节点数ξ,最后向关联的车辆发送允许消息传播的指令,为保证消息传播的链路可靠性,未收到指令的车辆则被限制,不能传播消息。
6.一种保证可靠性的车联网用户容量最大化设计方法的装置,其特征在于:其采用如权利要求1‑5中所述的任意一种保证可靠性的车联网用户容量最大化设计方法的装置,并包括存储模块、计算模块和通信模块;
存储模块用于在装置运行过程中输入车辆运行信息以及输出计算结果;
计算模块用于从存储模块中读取当前系统环境参数,计算当前系统资源,并根据系统可用资源数分析可靠性与用户容量之间的关系,优化通信模块在消息传播过程中的系统负载,最后将计算结果存入存储模块;
通信模块用于从存储模块中读取优化用户容量后的结果,控制发送消息的车辆数。
7.根据权利要求6所述的一种保证可靠性的车联网用户容量最大化设计方法的装置,其特征在于:计算模块包括:
资源计算模块,用于计算当前系统资源;
可靠性分析模块,用于根据系统可用资源数分析可靠性与用户容量之间的关系;
用户容量优化模块,用于优化通信模块在消息传播过程中的系统负载。
8.根据权利要求6所述的一种保证可靠性的车联网用户容量最大化设计方法的装置,其特征在于:通信模块包括消息发送模块和消息接收模块。