[发明专利]一种基于供需平衡的车联网认知频谱分配方法

说明书

本发明公开了一种基于供需平衡的车联网认知频谱分配方法，基于经济学中的供需市场模型对车联网中的频谱分配问题进行研究，通过频谱授权用户和认知车辆用户之间的社会关系以及认知车辆用户之间的QoS优先级两个因子确定认知车辆用户所获频谱数，最后根据供需平衡关系确定频谱价格。与不引入社会关系的方法相比，增加了认知车辆用户成功使用频谱的次数；与不考虑QoS优先级的方法相比，能更好的满足认知车辆用户的实际需求，同时保证了QoS需求高的认知车辆用户优先获得频谱使用权，提高了频谱利用率。

技术领域

本发明属于车联网认知频谱分配技术领域，涉及一种基于供需平衡的车联网认知频谱分配方法。

背景技术

车联网(Internet of Vehicles，IOV)被认为是智能交通网络系统中的一个新兴概念，简单来说，就是车辆与车辆之间或是车辆与基础设施之间进行通信的信息网。随着无处不在的网络和智能交通系统的迅猛发展，万物互联(IoE)的高效通信已经引起了人们的广泛关注。智能交通的快速发展对车联网的安全业务及娱乐服务提出了更高的要求，使车联网面临着通讯需求的爆发式增长，导致现有频谱资源已不能满足其需求，因此，如何实现频谱的最大化利用和按需分配是车联网中的重点问题。

根据现有的频谱分配状况可知，只有通过授权才有资格使用频谱进行通信，而授权模式都采用固定的分配模式。调查表明，超过70％的可用授权频谱并未得到充分利用，频谱使用出现两极化，一些频段被大量用户长时间占用，而另一些授权频段基本处于空闲状态，只有少数用户短时间使用，频谱资源浪费严重，利用率不高,不能满足车联网动态使用频谱的需求。针对上述问题，研究者们提出了认知无线电技术(Cognitive Radio)，它可以自动感知周围的空闲频谱，在不影响授权用户正常工作的情况下，对其空闲频段进行使用，实现频谱资源的“二次利用”。

目前，已有的频谱分配算法模型包括：图论模型、博弈论模型、供需平衡模型。基于图论的方法将网络抽象为图，认知用户抽象为顶点，两个认知用户不能在同一时刻占用同一段频谱，防止对彼此造成干扰，可用的频谱资源划分成段，抽象为一种颜色。图论着色的方法对于解决频谱分配问题来说，既有优点也存在一些缺点，优点就是方法实现简单，缺点就是会导致频谱分配情况不平衡，例如当节点处于空闲信道变化缓慢、各节点之间信道需求差异较大时，会出现对频谱需求较大的用户分到极少频谱的情况，使得频谱的利用率较低；基于博弈论的方法应用在频谱分配问题的研究中，将认知用户之间对频谱带宽的竞争建模为博弈模型，通过求取纳什均衡解，来获得频谱分配的最佳策略。博弈论模型适用于动态复杂的频谱环境，算法复杂度高；供需平衡模型是利用经济学中的市场供需平衡理论，即商品交易的思想，将空闲频谱抽象为商品，授权用户和认知用户作为商品的卖方和买方进行频谱买卖交易，达到频谱共享的目的。

上述所提到的频谱分配算法，频谱授权用户同意进行频谱共享的首要条件是认知用户对其没有任何干扰。但在实际情况中，授权用户与认知用户之间可能存在某种关系，比如某个授权用户可能与认知车辆用户熟识，而与其他认知用户关系陌生，在自身所能承受的干扰范围内，授权用户更愿意与跟自身有关系的认知用户进行频谱共享。在此基础上设计新的频谱分配方法，使车联网中各类业务信息的传输问题得到改善，提高频谱利用率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于供需平衡的车联网认知频谱分配方法，解决了现有技术中存在的频谱分配方式不能满足用户用频需求及频谱利用率低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于供需平衡的车联网认知频谱分配方法，包括以下步骤：

步骤1：建立车联网认知频谱分配过程中的系统模型；

步骤2：定义社会关系，根据社会关系相识度和服务质量QoS需求两个因子确定车辆用户所获频谱数；

步骤3：根据供需平衡关系确定频谱价格，频谱授权用户和认知用户根据确定的频谱价格进行买卖交易，完成频谱分配。

本发明的特点还在于：