[發(fā)明專利]基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的V2X資源分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811539937.0
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN111328133B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳咪咪;陳嘉君;陳小靜;張舜卿;徐樹公
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: H04W52/14
• 分類號: H04W52/14;H04W52/24;H04W52/26;H04W52/38;H04W72/04;H04W72/08;G06N3/08;G06N3/04;H04W4/44;H04W4/46
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的V2X資源分配方法，其特征在于，根據(jù)V2X通信模型并構(gòu)建資源分配問題，從而得到信道增益矩陣作為樣本對一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，并在實(shí)時(shí)環(huán)境下采用訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行頻譜資源分配的多分類處理和發(fā)射功率分配的回歸處理，實(shí)現(xiàn)吞吐量最大化的同時(shí)保證V2V直接通信的超低延時(shí)和高可靠性；

所述的V2X通信模型為一個(gè)V2I與V2V通信共存的場景，包括若干V2I通信設(shè)備(C-UE)和V2V通信設(shè)備(V-UE)，其中：M＝{1，2，...，M}代表進(jìn)行V2I通信的車輛，S＝{1，2，...，S}代表進(jìn)行V2V通信的發(fā)送端車輛，D＝{1，2，...，D}代表進(jìn)行V2V通信的接收端車輛，C-UE的上行鏈路頻譜資源是相互正交的，V2V通信復(fù)用V2I通信的上行鏈路資源，而且一對一復(fù)用；

所述的資源分配問題是指：通過得到最優(yōu)的發(fā)射功率分配和頻譜資源分配ρ_m，s來最大化V2X通信模型的總?cè)萘浚⑶冶ＷCV2V通信的延時(shí)和可靠性，因此需要滿足：

s.t.ω₁，ω₂＞0；

為保證V2I鏈路的QoS：

C-UE和V-UE的發(fā)射功率不能超過最大發(fā)射功率：一個(gè)V2I鏈路的頻譜資源只能被一個(gè)V-UE重用，并且一個(gè)V-UE只能復(fù)用一個(gè)V2I鏈路的頻譜資源：其中：ρ_m，s∈{0，1}，s∈S，ω₁，ω₂是權(quán)重因子，是每個(gè)V2I鏈接所需的最小鏈路容量，和分別是V2I鏈路和V2V鏈路的最大發(fā)射功率；

所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出多分類問題的矩陣A的索引值以表示頻譜復(fù)用情況、回歸問題的V2I鏈路的發(fā)送功率以及V2V鏈路的發(fā)送功率，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過以下方式進(jìn)行訓(xùn)練：

采用損失函數(shù)L最小來不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)為：其中：α和β分別為C-UE和V-UE的發(fā)射功率相應(yīng)的損失函數(shù)的權(quán)重值，分別為C-UE和V-UE的發(fā)射功率；

對于發(fā)射功率分配的回歸子問題，其中：K為batch size的大小，為根據(jù)輸入，P為網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)簽，即數(shù)據(jù)集中的C-UE(V-UE)的發(fā)射功率；

對于頻譜資源分配的分類子問題，其中：為根據(jù)輸入，CNN網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練得到的頻譜資源分配結(jié)果矩陣的索引，ρ_j為網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)簽，即數(shù)據(jù)集中的頻譜資源分配的矩陣索引值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括：輸入層、隱藏層和輸出層，其中：隱藏層由三個(gè)卷積層和三個(gè)全連接層組成，激活函數(shù)為RelU，輸出層分別輸出：①多分類問題的矩陣A的索引值，表示頻譜復(fù)用情況ρ_m，s，其采用softmax作為激活函數(shù)，②回歸問題的V2I鏈路的發(fā)送功率和③V2V鏈路的發(fā)送功率其采用RelU作為激活函數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的V2I通信的鏈路容量為：V2V直接通信的鏈路容量為：其中：分別為C-UE和V-UE的發(fā)射功率，N₀為噪聲功率，ρ_m，s表示頻譜復(fù)用關(guān)系，ρ_m，s＝1表示第s個(gè)V-UE通信時(shí)復(fù)用第m個(gè)C-UE的上行鏈路頻譜資源，反之，ρ_m，s＝0；表示基站收到的來自第s個(gè)V-UE的干擾，表示第d個(gè)接收V-UE收到的來自第m個(gè)C-UE的干擾；

當(dāng)B和L分別為平均包的大小和通信延時(shí)，則V-UE的傳輸速率為R＝B/L；

所述的延時(shí)和可靠性的要求ε＝P_L{C_ss(k)＞R}，k＝1，2，3，...，其中：C_ss為所有V2V鏈路中最小的鏈路容量。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述的信道增益矩陣，通過配置V2X通信模型的參數(shù)，產(chǎn)生通信信道和干擾信道的信道增益矩陣在每個(gè)信道增益下根據(jù)遍歷算法得到頻譜資源分配結(jié)果和功率分配結(jié)果從而得到訓(xùn)練所需數(shù)據(jù)集其中：h_m，B為第m個(gè)C-E到基站的通信信道增益，h_m，B＝g_m，Bα_m，B，g_m，B為小規(guī)模快衰落，α_m，B為大規(guī)模衰落，h_s，d為V-UE發(fā)射和V-UE接收之間的通信信道增益，h_m，d為C-UE與V-UE接收之間的干擾信道增益，h_s，B為V-UE發(fā)射與基站之間的干擾信道增益，信道增益矩陣作為輸入送入網(wǎng)絡(luò)。