基于5G新空口技术的车联网智能资源调度策略研究

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V2X是车联网典型应用的核心技术,合理的资源调度策略能有效提高V2X网络性能,以满足智能化、安全性的要求。这不仅需要资源调度的实时性满足复杂而快速变化的车联网场景,还要考虑到车联网中同时存在的多种不同业务所具有的差异化服务质量(Quality of Service,QoS)需求。基于以上背景,本文提出了两种基于5G新空口(5G New Radio,5G NR)技术的车联网智能资源调度策略。车联网中有多种不同需求的业务共存,一方面,5G网络通常以切片的方式为高优先级的超可靠低延迟(Ultra-Reliable Low Latency Communication,URLLC)业务预留一定量的资源以保证可靠性。但固定的切片策略会导致资源利用率低下,影响其他业务的性能。另一方面,5G NR支持可以在不同的时间尺度下调度资源,以适应不同需求的业务,高子载波间隔(Sub-Carrier Spacing,SCS)配置可以满足URLLC业务的低时延需求,但会导致用户接入受限,低SCS配置则难以保证URLLC业务的可靠性。针对上述问题,本文提出了一种基于5G NR超短时隙调度技术的抢占式资源分配算法,以时隙为周期进行资源预分配保证大流量业务高效传输,并以超短时隙的时间尺度在关键业务到达时选择抢占资源的位置,考虑了包括流量、时延需求和车辆在小区内逗留时间等因素构成的业务优先级,以保证不同业务的可靠传输。仿真结果表明,本文提出的超短时隙调度算法能在保证高优先级业务时延的前提下,提升低优先级业务的传输服务质量。在车联网场景中,车辆到基础设施(Vehicle to Infrastructure,V2I)的上下行流量和车辆到车辆(Vehicle to Vehicle,V2V)传输流量的比例随时间动态变化,传统的蜂窝网络采用静态时隙配比或预先定义的模式,在车联网场景下难以满足动态变化的业务需求。而在5G NR支持下,时隙的每个部分都可以用于上行、下行或灵活时隙,动态适配不同业务的需求。但动态调度又会带来额外的控制开销。本文提出了一种两段式的动态时隙调度策略以达到性能与开销的权衡。第一级由基站根据历史业务统计数据流量和当前业务需求预分配上下行时隙,并预留一定比例的灵活时隙;在此基础上,第二级调度器会在预留灵活时隙中执行第二级资源调度为V2I和V2V用户动态分配时频资源。通过联合优化第一级预留时隙比例和第二级资源分配,以达到动态调度性能和控制开销的权衡。仿真结果表明,两段式动态时隙调度策略较传统算法,在保障业务QoS的条件下能够明显降低控制开销。
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