V2V系统中半静态资源分配算法的研究

（北京邮电大学无线理论与技术研究室，北京 100876）

V2V系统中半静态资源分配算法的研究

颜留单，高月红

（北京邮电大学无线理论与技术研究室，北京 100876）

本文主要研究在城镇场景中，基于LTE的V2V通信系统在通信过程中的资源分配算法，搭建了系统级LTE-based V2V仿真平台，对V2V系统资源分配算法进行研究。同时对比动态调度算法，主要提出了基于单播、多播的半静态调度算法。仿真结果表明，在单播和多播下的半静态资源分配算法具有资源利用率高，系统吞吐量大等优点。

V2V；资源分配；系统级仿真；半静态调度

1 引言

中国已经逐渐成长为全球最大的汽车市场和全球最大的移动互联市场。越来越多的车辆以及不断扩大的交通网络给社会生活增添了不少的便利。也给社会的发展带来了一系列的问题，如何解决这些问题成为了当务之急，只有通过对交通状况的实时监控，以及对车辆自身状况和周围环境的不断检测，做到及时的调控，由此实现对车辆运作的智能化控制，提高车辆对能源的利用率，从而减少对环境的影响。基于以上要求，车联网系统应运而生。

由于LTE/LTE-Advanced技术具有容量大和可靠性高等优点，我国广泛采用LTE技术，在此基础之上进行V2V的研究具有较大的优势。对于LTE-Advanced通信系统，上下行速率分别为500 Mbit/s，1 Gbit/s，由于正交频分复用（OFDM）技术的使用，提高了系统容量，改善了系统时延[1，2]。此外，LTE-Advanced系统加入了点到多点的多播服务，终端到终端（Device-to-Device，D2D）等新特性[3]，这为LTE-Advanced系统提高频率利用率以及为基于LTE的V2V系统打下了基础，本文在基于LTE的V2V通信系统上，提出了基于单播和多播的半静态系统资源分配算法，进一步提高了系统性能。

2 LTE-based V2V通信系统建模

为了满足系统中尽可能多的用户的业务需求，以及考虑不同用户在不同业务上的服务质量（QoS）上的区别，系统中的基站需要对上下行链路无线资源进行调度。

限制LTE系统的业务数量的一个重要因素是控制信息的不足，采用半静态调度的方式可以很好地解决这一问题。在V2V系统下，由于V2V业务具有周期性触发，通信数据小的特点，对于周期性的V2V业务周期为100 ms，数据大小最大为300 byte[4]。因此在理论上，对于V2V的数据采用半静态调度能够节省系统的信令开销，从而能够增加系统的业务容量[5]。在此基础之上，利用V2V通信的距离限制，提出了改进型的单播SPS调度算法。同时为了支持城镇车辆密度大的场景，提出了基于多播的SPS调度算法。

2.1 基于位置控制的单播半静态调度算法

在V2V系统中，车辆复用蜂窝网用户所占有的频谱资源从而实现车辆与车辆之间的直接通信。基站侧调度算法首先给蜂窝网络用户进行资源分配，然后再考虑V2V用户资源复用。假设在此单小区中有M个VUE用户， N个UE用户，在此小区中需要发送消息的VUE（记为VUES）数量为Y（VUES，i表示Y个发送消息的VUE用户中的第i个，i=1，2…Y），首先这Y个有V2V业务需求的VUES会在基站的辅助下将自己进行标记，标记之后自己的位置会被其他不发送消息的VUE感知，不发送数据的VUE记为VUER，会接收其他的VUES的信息，VUER个数为M-Y，（其中VUER，j表示不发送消息而接收消息VUE用户中的第j个，j=1，2…M-Y）。此时M-Y个VUER会根据自己的位置坐标遍历所有的VUES，对他们之间的路径损耗进行估算。并且进行排序，选取其中最强的链路，并且与之对应的VUES建立连接。在M-Y个VUER遍历完成以后，每个VUES都能得到一个集合{VUER}i，{VUER}i表示在当前基站覆盖范围内VUES，i需要进行发送消息的通信的集合， 因为有Y个VUES，所以{VUER}i集合的数量为Y。VUES，i需要复用LTE的上下行时隙的资源对集合中的VUER进行资源分配。VUES，i与集合中的VUER的链路都是相对与其他VUES的强链路，这并不意味着每一个链路都是有效的。在V2V通信系统中，存在某些VUER虽然加入了VUES的集合，但是却与相链接的VUES距离较远，不是V2V通信的有效链路，所以在进行资源分配之前，要先从集合中除去这些VUER，并且得到新的VUES，i对应的集合，集合表示与VUES，i相对应建立连接的满足距离在d以内的VUER的集合。

根据V2V业务的特性，我们将半静态调度与V2V通信相结合。假设VUES，i对应的集合中的数目为Pi，半静态的调度周期为T（单位：ms）。VUES，i此时相当于一个小基站，需要对集合内的Pi用户进行下行资源分配。一般情况下，调度周期的值可以自定，由于集合中的数目需要为每个VUER分配一个时隙，所以T≥Pi。

每个VUER的分配的时隙间隔为：

其中“[]”表示向下取整。

图1 VUES,i调度p时隙说明

根据我们基于位置控制的半静态调度算法，虽然V2V系统中存在多个VUES，i通信集合，但是在每个时隙，每个VUES，i只会复用一个UE时隙的资源，可以得到：

式中：RDC，j—— 场景1下，蜂窝网络第j个UE所能达到的速率；

RVUES，j(K)——在场景1下，第i个VUES在复用K个资源块所能达到的速率，K的大小与系统带宽有关；

N表示蜂窝网络用户数，Pi表示VUES的个数。

2.2 基于距离控制的多播组划分半静态调度算法

考虑到在车辆密度大的城镇街道环境中，仍然可能出现资源分配不足的情况，于是提出了基于距离控制的多播组划分的半静态调度算法。因为VUES，i在与VUES建立连接的时候，已经知道{VUER}di集合中所有VUER的坐标，要在集合{VUER}di继续划分，可以根据距离的远近划分服务群组，假设群组中的VUER个数最大为L，那么可划分为G个群组：

其中“{}”符号表示是向上取整。

考虑半静态周期对于群组数目的限制，所以L的取值应该使G≤T。

{VUER}di被划分成3个群组，将{VUER}di划分的群组表示为{VUER，g}di，g=1，2…G。通过指数有效信噪比映射（EESM），可以计算出反映信道状态的有效信噪比。信噪比SINRi表示采用正交频分复用下第i个子载波上的信噪比。则通过EESM处理，将多个子载波上的信噪比等效为在加性高斯白噪声信道上的有效信噪比SINReff：

其中SINRi表示线性指标值表示的第i个子载波上的信噪比；

K表示分配的资源块中包含的子载波的数量；

β表示与MCS对应的参数。

其中“[]”表示向下取整。

VUES，i对{VUER，g}di的调度与时隙相对应，即只有在对应的调度时隙时，才对相应的{VUER，g}di进行调度，假定每个时隙设定为1 ms。在一个半静态周期内每个{VUER，g}di只会被调用一次，直到下一个调度周期开始，才会继续为{VUER，g}di分配资源。整个LTE系统所能达到的速率为RD：

式中：VUEDC，j——场景1下，蜂窝网络第j个UE所能达到的速率；

——在场景1下，第i个分组在复用K个资源块所能达到的速率，K的大小与系统带宽有关；

N表示蜂窝网络用户数，G表示分组的个数。

3 V2V仿真系统

对于V2V通信系统而言，构建如图3所示V2V通信系统仿真场景。

场景图中有7个小区，分为21个扇区，分布在9个街区中。图中绿色点代表车辆的初始分布，表示车辆的位置。街区长度为433 m，宽度为250 m，街区分为双向4车道，道路宽度为20 m，每条街道宽度为3.5 m，行人道宽3 m。

3.1 移动性模型

图3 V2V通信系统仿真场景

对于在城镇环境中的车辆来说，车辆移动的速度为60 km/h，车辆的位置每100 ms更新一次。同时车辆按照以下规则运动，在街道口直行的概率为0.5，左右转的概率分别为0.25。仿照Warp Around技术，当车辆越过边界时，将车辆移动到与此边界线平行的与此边界线相距最远的边界线处。据此对车辆的位置进行更新。

3.2 业务模型

对于V2V系统来说V2V有两种业务模型，一种是周期性业务，一种是触发性业务，对于处在城镇环境中的以60 km/h速度运行的车辆，周期性业务信息产生周期为100 ms也就是说，业务的大小为190byte或300 byte。对于触发性业务，服从泊松分布到达率为λ。每次到达的分组的大小为800 byte。

表1 V2V系统仿真参数

3.3 V2V通信系统仿真参数

V2V通信系统仿真参数如表1所示。

4 仿真结果分析

4.1 仿真结果分析

对于V2V通信系统而言系统最主要的指标是对于PRR（Packet Reception Ratio， 数据分组成功接收率）的统计结果。

算法1代表基于位置控制的半静态调度算法，算法2代表基于距离控制的多播组划分半静态调度算法。图4分别表示一般车辆密集度下和车辆密集度高下两种算法PRRave对比图。

图4 不同车辆密集度下两种算法 对比图（图中横坐标一个刻度表示20 m）

根据图4所示，在车辆数量为100的时候，算法1的性能稍优于算法2的性能。当车辆密集度较大时，因为随着车辆的数量增加，不在同一个时隙复用资源的算法1会面临资源匮乏的情况，所以导致有些VUE无法分配资源，从而无法接受到消息。而采用多播组划分共享资源的方式会解决这一问题，所以此时的性能要优于算法1。

在一般车辆密集度下，V2V系统采用PF调度算法和两种算法在系统吞吐量上的表现。如图5所示的3种算法的吞吐量比较。

系统平均吞吐量表示系统中每个用户的吞吐量的平均值，中心用户定义为0～60 m内的用户的吞吐量，边缘用户定义为150～320 m内用户的吞吐量，随着距离的增加，用户的吞吐量是降低的，这是由于系统随着距离发送端距离的增加信道质量差带来的影响。算法2的吞吐量是最高的，这是因为算法2最大化利用系统的频率资源，同时对系统的干扰控制在一定范围内，从而提高了系统的平均吞吐量，相较于PF算法提高了40%，相比较于算法1提高了17.5%，体现了算法2在干扰控制上的优越性。对比中心用户吞吐量算法2相较于PF算法和算法1吞吐量分别提高了28.2%，5.7%。但是对于边缘用户的平均吞吐量却有所下降，因为边缘用户的信道质量较差，将资源共享会进一步影响接收的性能。综上所述，半静态调度的两种算法对于系统资源的利用率更高，在控制干扰方面性能更加优越。

图5 3种算法的吞吐量比较

[1] 3GPP TS 36.300, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description[S].

[2] 3GPP TS 36.401, Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Architecture description[S].

[3] Wanlu, S. Yuan, D. Strom, E. et al. (2015)Resource Sharing and Power Allocation forD2D-based Safety-Critical V2X Communications[C]. IEEE ICC 2015 Workshop

[4] 3GPP TR 36.885v0.5.0, Study on LTE-based V2X Services [S]. 2016(02).

[5] 3GPP TSG RAN WG1#84bis, Resource Pool for V2V[S]. 2016.

中国移动坚持信息基础设施先行 以实际行动积极参与、全力支持雄安新区规划建设

近日，中国移动通信集团公司连续召开党组会和相关专题会，传达学习党中央、国务院关于设立河北雄安新区的通知精神和习近平总书记关于规划建设雄安新区的重要指示精神，研究部署具体落实措施。中国移动党组认识到，设立河北雄安新区，是以习近平同志为核心的党中央作出的一项重大的历史性战略选择，是千年大计、国家大事，具有重大现实意义和深远历史意义。

中国移动决心迅速行动起来，按照党中央、国务院决策部署，以新发展理念为引领，充分发挥信息通信行业的战略性、基础性、先导性作用，以强有力的组织保障和资源保障全面对接、积极参与、全力支持雄安新区的规划建设，这是中国移动政治责任、经济责任和社会责任所在，更是中国移动持续健康发展的重大战略机遇。围绕雄安新区规划建设总体要求和重点任务，中国移动将结合实际，超前布局并认真推进落实。

(来源：中国移动通信集团公司)

中国移动通信集团设计院积极推进管线勘察一体化平台试点工作

中2017年4月17日，中国移动通信集团设计院高军诗所长带领相关人员与江苏驻地项目组，以及设计院安徽分院人员在无锡就自行研发的管线勘察一体化平台推进试点工作进行交流。

管线勘察工具的应用，是传统勘察设计方式向新设计衍变和发展，积极构建管线新设计工具平台体系，提升设计信息化生产辅助和资源管理支撑能力的有益探索。

(本刊讯)

展讯助力运营商2G客户升级至4G

如何激活2G存量市场，引领4G普及，成为运营商的重要议题和目标。作为产业链芯片端的核心企业，展讯通讯董事长兼CEO李力游博士向记者介绍了其在4G上的产品布局。2017年展讯推出了全球首款4G功能机芯片，展讯SC9820集成了双核1.2GHz ARM Cortex-A7处理器，采用3D图形加速的ARM Mali 400图形处理器，支持TDD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、GSM四模。同时，该芯片平台支持500万像素摄像头、720P视频播放、FWVGA屏幕显示以及VoLTE高清语音视频通话，极大提升了功能机的用户体验。展讯的4G智能芯片平台全面覆盖高中低端手机市场，通过高性能、高质量的产品为运营商4G普及的发展战略提供助力。为用户提供更多的智能应用与体验的同时，提升了运营商的ARPU值，推动用户消费升级。

面向中高端市场展讯推出了全球首款基于Intel 架构的14纳米8核64位LTE芯片平台SC9861，拉动终端产品升级。李力游博士表示：通过不断的持续创新，展讯目前已拥有完善的产品链，不仅有中高端的产品已打入市场，同时拥有多项自主技术及差异化的方案，为合作伙伴带来更大的价值和市场竞争力。展讯下半年将推出拥有专利的双卡双待双通芯片，在芯片的设计、表现力和成本等方面很有自己的特色，这是市场上从未出现过的。展讯拥有双卡技术的核心专利，双卡双待双通芯片功耗非常小。同时，展讯也在积极布局5G芯片研发，李力游博士预计展讯会在2019年推出第一颗5G R15商用芯片，在2020年推出5G R16芯片。

谈到布局物联网，李力游博士说：“我专门组建了一个团队做物联网行业应用，包括车联网，国家安全的安全手机，还有一些政府有关的项目。这些都是希望采用我们国内的芯片，我个人看现在的物联网的量非常小，但是如果说再给产业5-10年时间，他的量会超过手机。所以我们不但是有布局，而且还挺多的。我们可以做蓝牙自主联网，让两个灯泡可以自己交谈，我们叫“谈话的灯泡”。在安全许可的情况下，我认为这些灯泡还有家里面所有的电器，桌椅，包括手里面的东西都可以连起来，这个量是巨大的”。

(本刊讯)

Research onsemi-static resource allocation algorithm for Vehicle-to-Vehicle system

YAN Liu-dan, GAO Yue-hong
(Wireless Theories and Technologies (WT&T)) Lab, Beijing University of Post and Telecommunication, Beijing 100876, China)

The main content of this thesis is to studyresource allocation algorithm for LTE-based V2V communication system in urban scenarios. Firstly, a system-level LTE-based V2V simulation platform was developedaccording to 3GPP TR36.885.By the help of this platform, unicast and multicast semistatic scheduling and dynamic scheduling algorithmwere proposed for the research. Then different algorithms were compared and comparing simulation results, semi-static resource allocation algorithm under unicast and multicast scenario has a high resource utilization, system throughput which has signif i cant research value.

V2V; resource allocation; system-level simulation; semi-persistent scheduling

TN915

A

1008-5599（2017）05-0087-05

2016-11-23