[发明专利]一种基于路边单元的数据分发方法及系统

说明书

本发明实施例提供一种基于路边单元的数据分发方法及系统。该方法包括：基于道路场景特征参数建立下行链路信干噪比函数；基于最大、最小信干噪比阈值定义服务速率函数，得到系统丢包率函数和系统驻留时间函数；基于信干噪比约束、路边单元总个数约束、发射功率最大值约束、系统丢包率函数及系统驻留时间函数的概率约束，构建系统总能耗最小化优化问题；对系统丢包率函数和系统驻留时间函数的概率约束利用Markov不等式和Chernoff边界进行松弛得到简化表达式。本发明实施例通过采用低复杂度的优化算法，实现了对路边单元数量、发射功率以及存储容量的联合优化，最终最小化所有路边单元的总能耗。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于路边单元的数据分发方法及系统。

背景技术

在车联网领域，作为提高交通效率和安全性的一种可行性方式，基础设施与车辆之间的通信将在未来的车辆网络中发挥关键作用。与此同时，作为车辆网络基础设施一部分，路边单元(Roadside unit，简称RSU)由于其具有部署灵活性和缓存能力，得到了工业界和学术界的广泛关注。

实际上，沿道路部署RSU可以帮助向系统中的所有车辆推送时间敏感信息，以减少从云端向车辆的数据分发延迟并保证高可靠性。然而，部署RSU将产生传输能耗和运营能耗。具体地，一方面，如果RSU部署较为稀疏，则会产生通信信道不稳定等问题；另一方面，如果RSU部署较为密集，则会产生严重的信号干扰以及更多能耗。因此，如何在满足车辆可靠通信需求下，实现RSU的优化部署以降低能耗是关键问题。为了解决这一问题，一些早期研究工作考虑了RSU下行链路场景，并利用机器学习、凸优化等方法实现了RSU的能耗最小化。然而，这些方案并没有考虑RSU-车辆间的下行链路质量以及RSU之间由于频谱复用所带来的干扰。同时，由于车联网中快速改变的网络拓扑和不确定的链路连接变化，大多数在静态环境中考虑的模型和方法不能完全适配车载环境。

除此之外，RSU向车辆推送的数据包的信息时效性会受到RSU存储容量的影响。具体地，当RSU的存储容量较大时，能够存储更多数据包，但同时增加了数据包的系统驻留时间，从而降低了信息时效性；而当RSU的存储容量较小时，尽管信息时效性提高了，但超过该存储容量的数据包将被丢弃，从而使得丢包率增加。因此，如何选择合适的存储容量是实现信息时效性和丢包率有效性折中的重要挑战。

发明内容

本发明实施例提供一种基于路边单元的数据分发方法及系统，用以解决现有技术中部署RSU过程没有有效兼顾RSU的传输时间、丢包率和系统能耗，无法确保车载通信的数据传输质量。

第一方面，本发明实施例提供一种基于路边单元的数据分发方法，包括：

获取道路场景特征参数，基于所述道路场景特征参数建立路边单元到车辆的下行链路信干噪比函数，并基于车辆最小信干噪比阈值对路边单元发射功率以及路边单元覆盖范围进行约束；

基于车辆通信需求，分别定义路边单元的最大服务速率信干噪比阈值和最小服务速率信干噪比阈值，基于所述最大服务速率信干噪比阈值和所述最小服务速率信干噪比阈值定义服务速率函数，基于排队模型，得到系统丢包率函数和系统驻留时间函数；

定义系统传输能耗、系统运营成本和传输数据包大小，基于约束所述路边单元发射功率、约束所述路边单元覆盖范围、所述系统丢包率函数、所述系统驻留时间函数、最小化所述系统传输能耗和所述系统运营成本构建系统总能耗最小化优化问题；

对所述系统总能耗最小化优化问题中的系统丢包率函数和系统驻留时间函数的概率约束利用Markov不等式和Chernoff边界进行松弛逼近得到简化表达式，并根据推导得到的中断概率得到所述服务速率函数随所述路边单元发射功率的变化函数；

初始化每个时刻优化能量消耗、优化路边单元使用个数、每个时刻优化发射功率和优化存储容量，对所述系统总能耗最小化优化问题求解，得到系统总能耗。