CN111132312A

CN111132312A - 一种资源分配方法和装置

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Publication number: CN111132312A
Application number: CN201811279526.2A
Authority: CN
Inventors: 陈月云; 程远洋; 杜利平; 曾卓; 邓凌越
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-05-08
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: CN111132312B

Abstract

本发明实施例提供了一种资源分配方法和装置，其中，所述方法包括：基站依据各V2V多播组的位置进行编排得到多个编队；针对每个编队，从接入基站的蜂窝用户终端中，为编队选取对应的复用蜂窝用户终端；确定编队对应的能量效率模型，能量效率模型用于表征编队对应总能量效率与其中各V2V多播组对应发送功率之间的关系；采用能量效率模型进行计算，确定编队内各V2V多播组对应的发送功率，其中，采用所述能量效率模型进行计算的目标包括最大化总能量效率；为编队内的各V2V多播组，分配对应复用蜂窝用户终端的上行频率资源和对应的发送功率。从而本发明实施例可以提高频谱利用率、能量效率和吞吐量。

Description

一种资源分配方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种资源分配方法和一种资源分配装置。

背景技术

近年来，随着车辆数目迅速增加，给网络承载能力和频谱利用效率带来了极大的挑战，将D2D(Device to Device Communication，设备到设备的通信)通信技术引入至车联网中(可以称为V2V(Vehicle-to-Vehicle,车对车) 单播技术)，可以提高***的频谱效率，降低能量消耗，减轻基站负载，增强覆盖能力。

其中，D2D是点对点的通信，解决的是两个车辆之间的通信问题，但是在汽车在行驶过程中，若车辆需要实时获得周围其它车辆的速度、位置、运动方向等状态信息，则需引入D2D多播技术(可称为V2V多播技术)，即点对多点的通信，可以解决一个车辆与多个车辆之间的通信问题。

目前，有针对V2V单播的资源分配方案，但没有V2V多播资源分配方案；其中，针对V2V单播的资源分配方案是，让不同的V2V单播组复用不同蜂窝用户的上行频率资源；若将V2V单播资源分配方案应用至V2V多播资源分配中，虽然能避免V2V多播组车辆之间的同频干扰，但同时也降低了吞吐量、频谱利用效率和能量效率。

发明内容

本发明实施例提供一种资源分配方法，提高了频谱利用率、能量效率和吞吐量。

相应的，本发明实施例还提供了一种资源分配装置，用以保证上述方法的实现及应用。

为了解决上述问题，本发明公开了一种资源分配方法，应用于车联网系统中，所述车联网***包括基站和多个车对车V2V多播组，具体包括：基站依据各V2V多播组的位置进行编排得到多个编队，其中，一个V2V多播组包括多个车辆，一个编队包括多个V2V多播组；针对每个编队，从接入所述基站的蜂窝用户终端中，为所述编队选取对应的复用蜂窝用户终端；确定所述编队对应的能量效率模型，所述能量效率模型用于表征编队对应总能量效率与其中各V2V多播组对应发送功率之间的关系；采用所述能量效率模型进行计算，确定所述编队内各V2V多播组对应的发送功率，中，所述采用所述能量效率模型进行计算的目标包括最大化总能量效率；为所述编队内的各V2V多播组，分配对应复用蜂窝用户终端的上行频率资源和对应的发送功率。

可选地，所述基站依据各V2V多播组的位置进行编排得到多个编队，包括：基站依据各V2V多播组进入其信号覆盖范围的顺序，确定各V2V多播组的索引编号；通过将各V2V多播组对应的索引编号与编队总数求余，确定各V2V多播组对应的编队号；将编队号相同的V2V多播组确定为一个编队。

可选地，所述从接入所述基站的蜂窝用户终端中，选取所述编队对应的复用蜂窝用户终端，包括：从接入所述基站的蜂窝用户终端中选取未被复用的蜂窝用户终端；依据未被复用的蜂窝用户终端对应复用中断概率和基站所受的平均干扰，从未被复用的蜂窝用户终端中选取候选蜂窝用户终端；依据候选蜂窝用户终端对所述编队内各V2V多播组的干扰总和，从候选蜂窝用户终端中选取出最优蜂窝用户终端作为所述编队对应的复用蜂窝用户终端。

可选地，所述采用所述能量效率模型进行计算，包括：利用设定规划算法对所述能量效率模型进行循环嵌套迭代，确定所述编队内各V2V多播组对应的最优发射功率；针对所述编队中的每个V2V多播组，将所述V2V多播组对应的最优发射功率作为所述V2V多播组的发送功率。

可选地，一个V2V多播组中，一个车辆为信号发送车辆，其他车辆为信号接收车辆。

本发明实施例还提供一种资源分配装置，应用于车联网***中，所述车联网***包括基站和多个车对车V2V多播组，具体包括：编排模块，用于依据各V2V多播组的位置进行编排得到多个编队，其中，一个V2V多播组包括多个车辆，一个编队包括多个V2V多播组；复用上行资源确定模块，用于针对每个编队，从接入所述基站的蜂窝用户终端中，为所述编队选取对应的复用蜂窝用户终端；模型确定模块，用于确定所述编队对应的能量效率模型，所述能量效率模型用于表征编队对应总能量效率与其中各V2V多播组对应发送功率之间的关系；发送功率确定模块，用于采用所述能量效率模型进行计算，确定所述编队内各V2V多播组对应的发送功率，其中，所述采用所述能量效率模型进行计算的目标包括最大化总能量效率；分配模块，用于为所述编队内的各V2V多播组，分配对应复用蜂窝用户终端的上行频率资源和对应的发送功率。

可选地，所述编排模块，具体用于基站依据各V2V多播组进入其信号覆盖范围的顺序，确定各V2V多播组的索引编号；通过将各V2V多播组对应的索引编号与编队总数求余，确定各V2V多播组对应的编队号；将编队号相同的V2V多播组确定为一个编队。

可选地，所述复用上行资源确定模块，具体用于从接入所述基站的蜂窝用户终端中选取未被复用的蜂窝用户终端；依据未被复用的蜂窝用户终端对应复用中断概率和基站所受的平均干扰，从未被复用的蜂窝用户终端中选取候选蜂窝用户终端；依据候选蜂窝用户终端对所述编队内各V2V多播组的干扰总和，从候选蜂窝用户终端中选取出最优蜂窝用户终端作为所述编队对应的复用蜂窝用户终端。

可选地，所述发送功率确定模块，具体用于利用设定规划算法对所述能量效率模型进行循环嵌套迭代，确定所述编队内各V2V多播组对应的最优发射功率；针对所述编队中的每个V2V多播组，将所述V2V多播组对应的最优发射功率作为所述V2V多播组的发送功率。

与现有技术相比，本发明实施例包括以下优点：

本发明实施例中，基站可以依据各V2V多播组的位置进行编排得到多个编队，然后针对每个编队进行资源分配；其中，在分配上行频率资源的过程中，可以为该编队选取对应的复用蜂窝用户终端，然后为所述编队内的各 V2V多播组分配对应复用蜂窝用户终端的上行频率资源，进而能提高频谱利用率；在分配发送功率的过程中，可以采用能量效率模型进行计算确定该编队内各V2V多播组对应的发送功率，再为所述编队内的各V2V多播组分配对应的发送功率，其中，在计算过程中以最大化该编队的总能量效率为目标的，进而本发明实施例能够在保证总能量效率的条件下确定各V2V多播组的发送功率，从而提高了能量效率和吞吐量。

附图说明

图1是本发明实施例的一种车联网***示意图；

图2的本发明的一种资源分配方法实施例的步骤流程图；

图3的本发明的一种资源分配方法可选实施例的步骤流程图；

图4的本发明实施例的一种不同资源分配算法对应总能量效率的示意图；

图5的本发明实施例的另一种不同资源分配算法对应总能量效率的示意图；

图6的本发明的一种资源分配装置实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例提供的一种资源分配方法，可以应用于车联网***中，所述车联网***可以包括基站和车辆，多个车辆可以组成一个V2V多播组；其中，可以以一个基站和其对应的多个V2V多播组为例，说明基站为其对应的多个V2V多播组分配资源的过程。其中，所述基站不仅可以为V2V多播组提供服务，也可以为其他不属于V2V多播组的车辆提供服务，还可以为蜂窝用户终端提供服务。

其中，车辆在道路上行驶的过程中，当多个车辆相互靠近时，前车可以以V2V多播形式向后方预设距离的范围内的多个车辆传输数据，形成V2V 多播组；其中，可以将前车称为发送车辆，其后方预设距离范围(可以看作是V2V多播范围)内的多个车辆均称为接收车辆，一个发送车辆和多个接收车辆可以组成一个V2V多播组；其中，一个V2V多播组可以包括一个发送车辆和多个接收车辆，一个接收车辆可以属于一个V2V多播组。其中，所述预设距离可以按照需求设置，可以由基站通知车辆其对应的预设距离。其中，由于各车辆在一定时间内行驶的方向和行驶速度是保持不变的，因此在一定时间内V2V多播组可以保持不变，各V2V多播组内的车辆数据保持不变。当V2V多播组驶入基站信号覆盖范围内后，V2V多播组中发送车辆可以向基站上报信道信息，所述信道信息包括发送车辆与各接收车辆之间信道的信道信息；进而基站可以接收到所述信道信息，然后依据接收的信道信息确定其对应的所有V2V多播组。如图1所示，图中包含了3个V2V多播组：V2V多播组1、V2V多播组2和V2V多播组3，其中，V2V多播组1 中车辆1是发送车辆、车辆2、3和4为接收车辆，且车辆2、3和4属于 V2V多播组1，不属于V2V多播组2，也不属于V2V多播组3。

本发明实施例的核心构思之一在于，在为V2V多播组分配资源的过程中，通过将多个V2V多播组划分为多个编队，为每个编队内的多个V2V多播组分配同一个蜂窝用户终端的上行频率资源，来提高频率利用率；以及在保证编队的总能量效率的条件下为编队内各V2V多播组分配发送功率，从而能够提高能量效率，同时也提高了吞吐量。

参照图2，示出了本发明的一种资源分配方法实施例的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤201、基站依据各V2V多播组的位置进行编排得到多个编队，其中，一个V2V多播组包括多个车辆，一个编队包括多个V2V多播组。

本发明实施例中，为V2V多播组分配资源包括为V2V多播组分配上行频率资源，其中，在为V2V多播组分配上行频率资源时，可以采取V2V多播组复用蜂窝用户终端的上行频率资源的方式；其中，为了提高频谱利用率，可以为多个V2V多播组分配同一个上行频率资源，即将同一个蜂窝用户终端的上行频率资源分配给多个V2V多播组，使得多个V2V多播组复用同一个蜂窝用户终端的上行频率资源。因此本发明实施例中，确定复用同一个蜂窝用户终端的上行频率资源的多个V2V多播组的一种方式可以是，通过对基站对应的所有V2V多播组进行编排，将所有V2V多播组划分为多个编队；其中，每个编队可以包括多个V2V多播组；然后可以将同一个编队内的多个V2V多播组确定为复用同一个蜂窝用户终端的上行频率资源的V2V多播组，不同编队可以复用不同蜂窝用户终端的上行频率资源。当然一个编队也可以只包括一个V2V多播组，本发明实施例对编队包含的V2V多播组的数量不作限制。

以下以一个编队为例，说明为该编队分配资源的方法，具体如下：

步骤202、针对每个编队，从接入所述基站的蜂窝用户终端中，为所述编队选取对应的复用蜂窝用户终端。

本发明实施例中，在确定复用相同的上行频率资源的多个V2V多播组后，可以确定这几个V2V多播组共同复用的上行频率资源是哪个蜂窝用户终端的资源，因此需要确定各编队复用哪个蜂窝用户终端的上行频率资源。本发明实施例中，针对每个编队，可以从接入所述的基站的蜂窝用户终端中，为所述编队选取可复用其上行频率资源的蜂窝用户终端(可称为复用蜂窝终端)，例如可以依据蜂窝用户终端对所述编队内各V2V多播组的干扰、基站受干扰程度等等，确定所述编队对应的复用蜂窝用户终端；每个编队内各 V2V多播组均复用该编队对应复用蜂窝用户终端的上行频率资源。其中，每个编队对应的复用蜂窝用户终端不同。

步骤203、确定所述编队对应的能量效率模型，所述能量效率模型用于表征编队对应总能量效率与其中各V2V多播组对应发送功率之间的关系。

步骤204、采用所述能量效率模型进行计算，确定所述编队内各V2V多播组对应的发送功率，其中，所述采用所述能量效率模型进行计算的目标包括最大化总能量效率。

本发明实施例中，为V2V多播组分配资源包括为V2V多播组配置发送功率，其中，本发明实施例为提高能量效率，可以基于各编队的总能量效率，来确定各编队中各V2V多播组对应的发送功率。因此本发明实施例中，可以针对每个编队，可以依据所述编队对应总能量效率与其中各V2V多播组对应发送功率之间的关系，确定该编队对应的能量效率模型；其中，所述能量效率模型可以用于表征编队对应总能量效率与其中各V2V多播组对应发送功率之间的关系。然后可以依据所述能量效率模型确定所述编队内各V2V 多播组对应的发送功率，其中，可以采用所述能量效率模型进行计算，得到各V2V多播组的发送功率；在采用所述能量效率模型进行计算的过程中，可以将最大化所述编队的总能量效率作为计算的目标，进而在保证总能量效率的条件下分配发送功率，从而提高了能量效率和吞吐量。

步骤205、为所述编队内的各V2V多播组，分配对应复用蜂窝用户终端的上行频率资源和对应的发送功率。

进而基站可以为该编队的各个V2V多播组分配该编队对应复用蜂窝用户终端的上行频率资源，以及为该编队中每一个V2V多播组分配对应的发送功率。

本发明实施例中，基站可以依据各V2V多播组的位置进行编排得到多个编队，然后针对每个编队进行资源分配；其中，在分配上行频率资源的过程中，可以确定该编队选取对应的复用蜂窝用户终端，然后为所述编队内的各V2V多播组分配对应复用蜂窝用户终端的上行频率资源，进而能提高频谱利用率；在分配发送功率的过程中，可以采用能量效率模型进行计算确定该编队内各V2V多播组对应的发送功率，再为所述编队内的各V2V多播组分配对应的发送功率，其中，在计算过程中以最大化该编队的总能量效率为目标的，进而本发明实施例能够在保证总能量效率的条件下确定各V2V多播组的发送功率，从而提高了能量效率和吞吐量。

本发明的另一个实施例中，分别对如何确定将V2V多播组划分为多个编队、为各编队选取对应的复用蜂窝用户终端和确定各编队内各V2V多播组对应的发送功率，进行详细说明。

参照图3，示出了本发明的一种资源分配方法可选实施例的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤301、基站依据各V2V多播组进入其信号覆盖范围的顺序，确定各 V2V多播组的索引编号。

步骤302、通过将各V2V多播组对应的索引编号与编队总数求余，确定各V2V多播组对应的编队号。

步骤303、将编队号相同的V2V多播组确定为一个编队。

本发明实施例中，基站可以依据各V2V多播组进入其信号覆盖范围的顺序，为各V2V多播组分配对应的索引编号；例如图1所示，V2V多播组 3是最先进入基站信号覆盖范围的，可以为其分配对应的索引编号为1，V2V 多播组2是第二个进入基站信号覆盖范围的，可以为其分配对应的索引编号为2，V2V多播组1是最后进入基站信号覆盖范围的，可以为其分配对应的索引编号为3。

然后可以依据各V2V多播组对应的索引编号和编队总数，确定各V2V 多播组对应的编队号，再将编队号相同的V2V多播组确定为一个编队。其中，一种确定各V2V多播组对应的编队号的方式可以是，通过将各V2V多播组对应的索引编号与编队总数求余，确定各V2V多播组对应的编队号；其中，各V2V多播组的编队号采用如下公式：

l_index＝mod(index,G)+1,index∈{1,2,...N}

其中，index为V2V多播组的索引编号，l_index为V2V多播组的编队号，G 是编队总数，可以按照需求设置如2，N是基站信号覆盖范围内V2V多播组总数。

本发明的一个示例中，可参照图1，基站对应的V2V多播组总数N＝3，若设置编队总数G＝2，则V2V多播组1的索引编号index＝3，对应的编队号 l₃＝mod(3,2)+1＝2，V2V多播组2的索引编号index＝2，对应的编队号 l₂＝mod(2,)2+1，＝1V2V多播组3的索引编号index＝1，对应的编队号 l₁＝mod(1,2)+1＝2。进而V2V多播组3和V2V多播组1属于同一个编队即编队号为2的编队，V2V多播组2属于编队号为1的编队。可见，同一个编队内多个V2V多播组是相互间隔的，从而可以降低同一个编队内多个V2V多播组之间的同频干扰。

以下以一个编队为例，详细说明为该编队中各V2V多播组分配资源的方法，具体如下：

步骤304、针对每个编队，从接入所述基站的蜂窝用户终端中选取未被复用的蜂窝用户终端；

步骤305、依据未被复用的蜂窝用户终端对应复用中断概率和基站所受的平均干扰，从未被复用的蜂窝用户终端中选取候选蜂窝用户终端。

步骤306、依据候选蜂窝用户终端对所述编队内各V2V多播组的干扰总和，从候选蜂窝用户终端中选取出最优蜂窝用户终端作为所述编队对应的复用蜂窝用户终端。

本发明实施例中，可以为不同的编队选取不同的复用蜂窝用户终端，因此在选取每个编队对应的复用蜂窝用户终端的过程中，可以先从接入所述基站的蜂窝用户终端选取出未被复用的蜂窝用户终端，然后再从未被复用蜂窝用户终端中选取出一个最优蜂窝用户终端，作为该编队对应的复用蜂窝用户终端。其中，所述编队对应最优蜂窝用户终端可以是指在基站所能承受最大干扰的情况下，对所述编队内各V2V多播组总干扰最小，且复用中断概率小于中断概率阈值的蜂窝用户终端；进而在基站所能承受最大干扰的情况下，保证复用蜂窝用户终端和V2V多播组的通信质量。其中，所述中断概率阈值可以按照需求设置。

本发明一个可选实施例中，可以先从未被复用的蜂窝用户终端中选取出该编队对应的候选蜂窝用户终端，再从候选蜂窝用户终端中选取出最优蜂窝用户终端作为该编队对应的复用蜂窝用户终端。本发明的一个示例中，一种选取候选蜂窝用户终端的方式可以是，依据未被复用的蜂窝用户终端对应复用中断概率和基站所受的平均干扰选取。

所述蜂窝用户终端对应复用中断概率可以是指蜂窝用户终端的上行频率资源被所述编队的各V2V多播组复用时的中断概率，可以采用如下公式表示：

其中，Pr{R_i≤R₀}表示被编队复用上行频率资源的蜂窝用户终端i的中断概率；R_i表示蜂窝用户终端i对应的速率，R₀表示满足蜂窝用户终端QoS (Quality of Service，服务质量)需求的最小速率阈值(可以按照需求设置)， L_i,B和h_i,B分别表示蜂窝用户终端i到基站的路径损耗和小尺度衰落，K表示编队内V2V多播组的总数，P_j为V2V多播组j中发送车辆的发射功率，L_j,B和 h_j,B分别表示V2V多播组j的发送车辆到基站的路径损耗和小尺度衰落，N₀为噪声功率。

对应的，所述基站所受的平均干扰可以是指基站受到所述编队内各V2V 多播组干扰的平均值，可以采用如下公式表示：

其中，I_ave表示基站所受的平均干扰，

然后可以在基站所受的最大平均干扰的情况下，选取出复用中断概率不超过中断概率阈值的蜂窝用户终端作为候选蜂窝用户终端；进而可以得到如下约束条件：

其中，I₀表示基站可容忍干扰阈值(可以按照需求设置)，p_th表示中断概率阈值(可以按照需求设置)。

进而可以得到候选集合

可以表示为：

其中，

中包括至少一个候选蜂窝用户终端，

为蜂窝用户终端最大上行发射功率。

然后可以从候选集合的候选蜂窝用户终端中选取出最优蜂窝用户终端；其中，可以依据候选蜂窝用户终端对该编队中各V2V多播组干扰的总和，选取出最优蜂窝用户终端。其中，由于一个V2V多播组中的传输速率受限于，与发送车辆距离最远的接收车辆，因此可以依据候选蜂窝用户终端，对该编队中各V2V多播组中距离发送车辆最远的接收车辆干扰的总和，确定最优蜂窝用户终端。

其中，编队的V2V多播组k中，距离发送车辆最远的接收车辆x_k ^*可以表示为：

其中，|X_k|为V2V多播组k中的接收车辆数，d_k,kx为V2V多播组k的发送车辆到V2V多播组k中接收车辆x的距离。

然后可以从候选蜂窝用户终端中，选取出对该编队的各V2V多播组中离发送车辆最远的接收车辆的干扰总和最小的候选蜂窝用户终端，作为最优蜂窝用户终端i^*，可表示为：

其中，

和

分别为蜂窝用户i到V2V多播组k中接收车辆

的路径损耗和小尺度衰落。

最优蜂窝用户终端i^*对应的发射功率P_i*，可以采用如下公式表示：

步骤307、确定所述编队对应的能量效率模型，所述能量效率模型用于表征编队对应总能量效率与其中各V2V多播组对应发送功率之间的关系。

步骤308、利用设定规划算法对所述能量效率模型进行循环嵌套迭代，确定所述编队内各V2V多播组对应的最优发射功率，其中，所述循环嵌套迭代的目标包括最大化总能量效率。

本发明实施例中，可以确定所述编队对应的能量效率模型，所述能量效率模型可以用于表征编队对应总能量效率与其中各V2V多播组对应发送功率之间的关系；然后可以基于所述编队的总能量效率，确定对应编队中各 V2V多播组对应的发送功率；其中，所述编队对应的能量效率模型可以表示为：

其中，ee表示编队的总能量效率，R_total为编队内各V2V多播组的速率总和，P_sum为编队内各V2V多播组消耗的功率总和，P_e为V2V发送车辆的电路功率，

为功放效率，SINR_k表示多播组k的信干燥比。

其中，由于V2V多播组的速率受限于多播组中最差信道状况的接收车辆，且由于多个V2V多播组复用同一蜂窝用户终端上行频率资源，因此除了蜂窝用户终端与基站、车辆与车辆之间的正常通信链路之外，还存在V2V 多播组中发送车辆到基站、蜂窝用户终端到V2V多播组中接收车辆和复用同一蜂窝资源的不同V2V多播组之间的干扰链路。因此该编队内V2V多播组k的信干燥比SINR_k可以表示为：

其中，w表示V2V多播组k中信道状况最差的接收车辆；P_k表示V2V 多播组k中发送车辆对应的发送功率；L_k,kx、h_k,kx为V2V多播组k中发送车辆到接收车辆x的路径损耗和小尺度衰落；L_j,kx、h_j,kx为V2V多播组j的发送车辆到V2V多播组k中接收车辆x的路径损耗和小尺度衰落；

为V2V 多播组对应的复用蜂窝用户i^*到V2V多播组k中接收车辆x的路径损耗和小尺度衰落。

采用能量效率模型进行计算，确定该编队内各V2V多播组对应的发送功率，在计算过程中，可以以最优化编队对应的总能量效率为目标，进行计算；其中，可以采用编队中各V2V多播组对应的发送功率，不断优化编队对应的总能量效率，以使总能量功能最大化；其中，最大化能量效率模型可表示为：

P是V2V多播组的发送功率。

当然在最大化总能量效率的过程中，还可以包括以下约束条件：基站所受的平均干扰小于基站可容忍干扰阈值，和，V2V多播组k中发送车辆的发送功率小于车辆最大发送功率，可采用如下公式表示：

其中，

为V2V发送车辆的最大发送功率。

然后可以采用设定规划算法对能量效率模型进行循环嵌套迭代，确定所述编队内各V2V多播组对应的最优发射功率，其中，所述设定规定算法可以按照需求设置，可以包括分式规划算法和D.C.(Difference.concave.convex 凹(凸)函数的差分)规划算法。

其中，上述最大化总能量效率为目标计算各V2V多播组对应的最优发射功率，属于非凸的分式规划问题，可定义如下函数表示为：

其中，q表示一个非负参数，f(q,P)和g(P)均为关于P的凹函数，F(q,P)是一个关于q的线性递减函数，同时是一个关于P的D.C.函数。可以证明的是，原分式规划问题取得最优解P^*时的最优值ee^*与F(q,P)＝0关于q的唯一解q^*相互等价，且q^*即为原分式规划问题的最优值。

上述问题利用分式规划与D.C.规划(两个凹函数或凸函数的差)进行循环嵌套迭代的方法得到该编队内各V2V多播组中发送车辆的最优发射功率和总能量效率求解方法的具体步骤如下：

外层分式规划迭代步骤如下：

1)初始化q＝q₀，设置收敛精度ε₁。

2)求解如下D.C.规划问题得到最优解P^*：

3)判断F(q,P^*)≤ε₁的是否成立。若该式成立，P^*即为原分式规划问题最优解；否则，转步骤4)。

4)将P^*代入

计算并更新q值，转步骤2)。

外层迭代步骤2)中涉及求解D.C.规划的过程，其中D.C.规划是涉及目标函数可转化为两个凸(凹)函数的差的规划问题，从上式可以看出，当q固定时，F(q,P)是仅关于优化变量P的D.C.函数。由于g(P)为凹函数，因此根据凸函数的性质，有：

其中，P^(t)表示第t次迭代的最优值，

表示g(P)的梯度向量，<·>为内积运算。

根据上式，可将上述D.C.规划问题的目标函数转化为如下形式：

其中，F_lower(q,P)表示F(q,P)的一个下界，因此上述D.C.函数可以转化为原D.C.函数的一个下界，通过下界最大化来得到近似最优解。可以证明的是， F_lower(q,P)是一个凹函数，其求解过程可以利用凸优化的方法解决。

因此，上述步骤2)中涉及内层D.C.规划的迭代步骤如下：

1)初始化t＝0，初始化P⁽⁰⁾，设置收敛精度ε₂。

2)当q固定时，求解如下凸优化问题得到最优解P^*：

3)令t＝t+1，P^(t+1)＝P^*；判断|F_lower(q,P^(t+1))-F_lower(q,P^(t))|≤ε₂是否成立。若该式成立，P^*即为原D.C.规划问题最优解；否则，转步骤2)。

进而可以计算得到该编队中各V2V多播组中发送车辆对应的最优发射功率。

步骤309、针对所述编队中的每个V2V多播组，将所述V2V多播组对应的最优发射功率作为所述V2V多播组的发送功率。

步骤310、为所述编队内的各V2V多播组，分配对应复用蜂窝用户终端的上行频率资源和对应的发送功率。

然后可以为所述编队内的各V2V多播组，分配对应复用蜂窝用户终端的上行频率资源和对应的发送功率。

作为本发明实施例的一个应用，对应应用场景：车联网***和接入该车辆网***中基站的蜂窝用户终端，其中，所述应用场景可包括如表1所示的参数和对应的参数值：

表1

其中，基于本发明实施例提出的资源分配方法(采用一个编队内各组 V2V多播组复用最优蜂窝用户终端的上行频率资源，通过最大化总能量效率进行功率分配)，可以提出另外一种资源分配方法：算法1；其中，算法1 是按照本发明实施例提供的上行频率资源分配的方法(即为一个编队内各组 V2V多播组分配对应最优蜂窝用户终端的上行频率资源)进行上行频率资源分配，根据V2V多播组的地理位置进行功率分配。

基于表1，按照本发明实施例提供的资源分配方法进行资源分配后，一个编队的总能量效率如图4中曲线1所示；图4中，曲线2是按照算法1进行资源分配后，一个编队的总能量效率；曲线3是按照算法2(可以称为信道随机选择算法，即采用随机为一个编队复用一个随机选取的蜂窝用户终端对应上行频率资源，根据V2V多播组的地理位置进行功率分配)进行资源分配之后，一个编队的总能量效率。可见，本发明所提供的资源分配方法的总能量效率明显优于其它两种算法。

图5是道路车辆密度一定时，按照不同算法进行资源分配得到一个编队的总能量效率示意图，其中，曲线4是按照本发明实施例提供的资源分配方法进行资源分配后，一个编队的总能量效率；曲线5是按照算法1进行资源分配后，一个编队的总能量效率；曲线6是是按照算法2进行资源分配后，一个编队的总能量效率。可见，曲线4和曲线5的总能量效率均随着V2V 多播范围的增大而逐渐上升并趋于平缓，而曲线6的总能量效率出现下降趋势，说明选择最优蜂窝用户终端作为复用蜂窝用户终端，能够提高能量效率。

其次，本发明实施例在依据各V2V多播组的位置进行编排得到多个编队过程中，依据各V2V多播组进入其信号覆盖范围的顺序，确定各V2V多播组的索引编号；通过将各V2V多播组对应的索引编号与编队总数求余，确定各V2V多播组对应的编队号；将编队号相同的V2V多播组确定为一个编队；由于同一个编队内的多个V2V多播组是复用同一个蜂窝用户终端的上行频率资源，因此通过各V2V多播组对应的索引编号与编队总数求余，确定各V2V多播组对应的编队号，将一个编队内各V2V多播组在位置上相互间隔，从而来降低V2V多播组之间的同频干扰。

再次，本发明实施例在采用能力效率模型进行计算的过程中，利用设定规划算法对所述能量效率模型进行循环嵌套迭代，进而提高了计算的效率，从而提高了资源分配的效率。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

本发明实施例还提供了一种资源分配装置，应用于上述所述的车联网系统中。

参照图6，示出了本发明一种资源分配装置实施例的结构框图，具体可以包括如下模块：

编排模块601，用于依据各V2V多播组的位置进行编排得到多个编队，其中，一个V2V多播组包括多个车辆，一个编队包括多个V2V多播组；

复用上行资源确定模块602，用于针对每个编队，从接入所述基站的蜂窝用户终端中，为所述编队选取对应的复用蜂窝用户终端；

模型确定模块603，用于确定所述编队对应的能量效率模型，所述能量效率模型用于表征编队对应总能量效率与其中各V2V多播组对应发送功率之间的关系；

发送功率确定模块604，用于采用所述能量效率模型进行计算，确定所述编队内各V2V多播组对应的发送功率，其中，所述采用所述能量效率模型进行计算的目标包括最大化总能量效率；

分配模块605，用于为所述编队内的各V2V多播组，分配对应复用蜂窝用户终端的上行频率资源和对应的发送功率。

本发明一个可选实施例中，所述编排模块，具体用于基站依据各V2V 多播组进入其信号覆盖范围的顺序，确定各V2V多播组的索引编号；通过将各V2V多播组对应的索引编号与编队总数求余，确定各V2V多播组对应的编队号；将编队号相同的V2V多播组确定为一个编队。

本发明一个可选实施例中，所述复用上行资源确定模块，具体用于从接入所述基站的蜂窝用户终端中选取未被复用的蜂窝用户终端；依据未被复用的蜂窝用户终端对应复用中断概率和基站所受的平均干扰，从未被复用的蜂窝用户终端中选取候选蜂窝用户终端；依据候选蜂窝用户终端对所述编队内各V2V多播组的干扰总和，从候选蜂窝用户终端中选取出最优蜂窝用户终端作为所述编队对应的复用蜂窝用户终端。

本发明一个可选实施例中，所述发送功率确定模块，具体用于利用设定规划算法对所述能量效率模型进行循环嵌套迭代，确定所述编队内各V2V 多播组对应的最优发射功率；针对所述编队中的每个V2V多播组，将所述 V2V多播组对应的最优发射功率作为所述V2V多播组的发送功率。

本发明一个可选实施例中，一个V2V多播组中，一个车辆为信号发送车辆，其他车辆为信号接收车辆。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种资源分配方法和一种资源分配装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种资源分配方法，其特征在于，应用于车联网***中，所述车联网***包括基站和多个车对车V2V多播组，所述的方法包括：

基站依据各V2V多播组的位置进行编排得到多个编队，其中，一个V2V多播组包括多个车辆，一个编队包括多个V2V多播组；

针对每个编队，从接入所述基站的蜂窝用户终端中，为所述编队选取对应的复用蜂窝用户终端；

确定所述编队对应的能量效率模型，所述能量效率模型用于表征编队对应总能量效率与其中各V2V多播组对应发送功率之间的关系；

采用所述能量效率模型进行计算，确定所述编队内各V2V多播组对应的发送功率，其中，所述采用所述能量效率模型进行计算的目标包括最大化总能量效率；

为所述编队内的各V2V多播组，分配对应复用蜂窝用户终端的上行频率资源和对应的发送功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站依据各V2V多播组的位置进行编排得到多个编队，包括：

基站依据各V2V多播组进入其信号覆盖范围的顺序，确定各V2V多播组的索引编号；

通过将各V2V多播组对应的索引编号与编队总数求余，确定各V2V多播组对应的编队号；

将编队号相同的V2V多播组确定为一个编队。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从接入所述基站的蜂窝用户终端中，选取所述编队对应的复用蜂窝用户终端，包括：

从接入所述基站的蜂窝用户终端中选取未被复用的蜂窝用户终端；

依据未被复用的蜂窝用户终端对应复用中断概率和基站所受的平均干扰，从未被复用的蜂窝用户终端中选取候选蜂窝用户终端；

依据候选蜂窝用户终端对所述编队内各V2V多播组的干扰总和，从候选蜂窝用户终端中选取出最优蜂窝用户终端作为所述编队对应的复用蜂窝用户终端。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用所述能量效率模型进行计算，包括：

利用设定规划算法对所述能量效率模型进行循环嵌套迭代，确定所述编队内各V2V多播组对应的最优发射功率；

针对所述编队中的每个V2V多播组，将所述V2V多播组对应的最优发射功率作为所述V2V多播组的发送功率。

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，一个V2V多播组中，一个车辆为信号发送车辆，其他车辆为信号接收车辆。

6.一种资源分配装置，其特征在于，应用于车联网***中，所述车联网***包括基站和多个车对车V2V多播组，所述的装置包括：

编排模块，用于依据各V2V多播组的位置进行编排得到多个编队，其中，一个V2V多播组包括多个车辆，一个编队包括多个V2V多播组；

复用上行资源确定模块，用于针对每个编队，从接入所述基站的蜂窝用户终端中，为所述编队选取对应的复用蜂窝用户终端；

模型确定模块，用于确定所述编队对应的能量效率模型，所述能量效率模型用于表征编队对应总能量效率与其中各V2V多播组对应发送功率之间的关系；

发送功率确定模块，用于采用所述能量效率模型进行计算，确定所述编队内各V2V多播组对应的发送功率，其中，所述采用所述能量效率模型进行计算的目标包括最大化总能量效率；

分配模块，用于为所述编队内的各V2V多播组，分配对应复用蜂窝用户终端的上行频率资源和对应的发送功率。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述编排模块，具体用于基站依据各V2V多播组进入其信号覆盖范围的顺序，确定各V2V多播组的索引编号；通过将各V2V多播组对应的索引编号与编队总数求余，确定各V2V多播组对应的编队号；将编队号相同的V2V多播组确定为一个编队。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述复用上行资源确定模块，具体用于从接入所述基站的蜂窝用户终端中选取未被复用的蜂窝用户终端；依据未被复用的蜂窝用户终端对应复用中断概率和基站所受的平均干扰，从未被复用的蜂窝用户终端中选取候选蜂窝用户终端；依据候选蜂窝用户终端对所述编队内各V2V多播组的干扰总和，从候选蜂窝用户终端中选取出最优蜂窝用户终端作为所述编队对应的复用蜂窝用户终端。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述发送功率确定模块，具体用于利用设定规划算法对所述能量效率模型进行循环嵌套迭代，确定所述编队内各V2V多播组对应的最优发射功率；针对所述编队中的每个V2V多播组，将所述V2V多播组对应的最优发射功率作为所述V2V多播组的发送功率。

10.根据权利要求6-9任一所述的装置，其特征在于，一个V2V多播组中，一个车辆为信号发送车辆，其他车辆为信号接收车辆。