基于信息时效性度量的通信资源调度方法及装置

本发明属于通信领域。

基于蜂窝移动网络的车联网通信技术(C-V2X)具有两种不同的通信资源调度模式：基于的集中式通信资源调度，和基于终端自主信道感知的分布式通信资源调度。集中式资源调度由于可以避免同小区内终端的通信冲突，对于高可靠通信而言更具优势。目前，集中式资源调度往往是直接通过信道状况和业务等级进行通信资源调度，而没有关注到发送信息本身的时效性。

现有的基于蜂窝移动网络的车联网通信技术(C-V2X)集中式资源调度主要基于车联网业务的周期性传输特点，为小区内的各终端分配资源池内的通信资源，各终端会在所调度的资源上进行传输。【WO 2018006313 A1】描述了各终端通过所接收到的传输调度信息进行发送，并根据自身业务的周期性特点进行下一周期的资源预约。【WO 2017116108 A1】利用了小区内其他车辆的信道感知数据来增强对通信资源的选择，进一步提高通信成功概率。

在通信资源的选择上，【CN 107580340 A】将业务的QCI等级纳入调度考虑之中，按照业务的绝对优先级和相对优先级进行资源调度。【CN 110536260 A】和【CN 110876129 A】提出了基于LTE和NR多制式共存时车联网通信资源的调度方案。【CN 110972316 A】描述了V2X终端从LTE切换到5G网络时，如何协同重新调度资源。【CN 105338634 A】进一步区分了小区边缘和非边缘的终端，对二者进行差异化的资源调度。

现有的集中式调度机制主要基于业务的优先级进行区分和调度，没有考虑到业务信息本身具有的时效性要求。特别是在自动驾驶场景里，V2X通信内容为各个终端的实时状态信息和感知信息，这些信息的时效性不能由传统的业务优先级进行刻画，而是应该由这些信息产生的时刻进行推算。

从而，通信资源的调度应当以最小化车联网业务的信息时效性度量为准则，减少接收方所接收到的的信息的延误程度，尽可能保障自动驾驶的安全性。此外，业务的重要性应当具有对信息时效性紧迫程度的量化刻画。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于信息时效性度量的通信资源调度方法，用于实现高可靠低延迟的车联网通信。

本发明的第二个目的在于提出一种基于信息时效性度量的通信资源调度装置。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种基于信息时效性度量的通信资源调度方法，包括：

通过各个终端向发出通信资源申请；

在所述接受收到所述各个终端的通信资源申请之后，初始化未来一段时间的可选通信资源池；其中，所述可选通信资源池由在时域和频域上切分的资源块组成；

根据每个资源块的信道质量参数、所述各个终端业务的服务质量要求、发送周期，确定全局通信资源调度方式；

将所述全局通信资源调度方式下发给所述各个终端，以使所述各个终端根据所述全局通信资源调度方式进行所述各个终端业务的发送。

另外，根据本发明实施例的基于信息时效性度量的通信资源调度方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述通信资源申请包括业务的发送周期、业务的QCI等级、业务的信息时效性约束、终端感知到的信道繁忙程度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述在在时域和频域上切分的资源块，包括：

将时域等分为数个子帧，将频域等分为数个子信道；由一个子帧和一个子信道组成的时频块作为一个资源块。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在根据每个资源块的信道质量参数、所述各个终端业务的服务质量要求、发送周期，确定全局通信资源调度方式之后，还包括:

对所述全局通信资源调度方式进行优化，包括：最小化所述各个终端业务的信息时效性之和，其中，所述信息时效性包括所述各个终端业务实际到达接收端时的实际延时与所述各个终端业务重要性权重的函数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述将所述全局通信资源调度方式下发给所述各个终端，以使所述各个终端根据所述全局通信资源调度方式进行终端业务的发送，还包括：

根据发送周期，重复使用所述全局资源调度方式发送所述各个终端业务，直到资源重选机制触发，则再次向申请通信资源。

为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于信息时效性度量的通信资源调度装置，包括：

申请模块，用于通过各个终端向发出通信资源申请；

初始化模块，用于在所述接受收到所述各个终端的通信资源申请之后，初始化未来一段时间的可选通信资源池；其中，所述可选通信资源池由在时域和频域上切分的资源块组成；

分配模块，用于根据每个资源块的信道质量参数、所述各个终端业务的服务质量要求、发送周期，确定优化的全局通信资源调度方式；

调度模块，用于将所述全局通信资源调度方式下发给所述各个终端，以使所述各个终端根据所述全局通信资源调度方式进行所述各个终端业务的发送。

另外，根据本发明实施例的基于信息时效性度量的通信资源调度装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述通信资源申请包括业务的发送周期、业务的QCI等级、业务的信息时效性约束、终端感知到的信道繁忙程度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述初始化模块，还用于：

将时域等分为数个子帧，将频域等分为数个子信道；由一个子帧和一个子信道组成的时频块作为一个资源块。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述分配模块，还包括：

优化单元，用于对所述全局通信资源调度方式进行优化，包括：最小化所述各个终端业务的信息时效性之和，其中，所述信息时效性包括所述各个终端业务实际到达接收端时的实际延时与所述各个终端业务重要性权重的函数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述调度模块，还用于：

根据发送周期，重复使用所述全局资源调度方式发送所述终端业务，直到资源重选机制触发，则再次向申请通信资源。

本发明实施例提出的基于信息时效性度量的通信资源调度方法及装置，将信息时效性的度量加入到集中式资源调度的算法设计中，通过计算待发送信息的实际信息年龄(Age of Information)，结合已有资源池的信息(包括但不限于信道繁忙度等)以及每个业务的紧迫程度(权重)，最优化全小区内所有业务的信息时效性，实现高可靠低延迟的车联网通信，从而增强自动驾驶的安全性与可靠性。

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例所提供的一种基于信息时效性度量的通信资源调度方法的流程示意图。

图2为本发明实施例所提供的一种基于信息时效性度量的通信资源调度装置的流程示意图。

图3为本发明实施例所提供的通信资源池示意图示意图。

图4为本发明实施例所提供的通信资源调度流程图。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的基于信息时效性度量的通信资源调度方法和装置。

图1为本发明实施例所提供的一种基于信息时效性度量的通信资源调度方法的流程示意图。

如图1所示，该基于信息时效性度量的通信资源调度方法包括以下步骤：

S101：通过各个终端向发出通信资源申请；

进一步地，在本发明的一个实施例中，通信资源申请包括业务的发送周期、业务的QCI等级、业务的信息时效性约束、终端感知到的信道繁忙程度。

其中，小区内各个终端(包括但不限于车辆、路侧基础设施等)向发出通信资源申请，请求进行小区内集中式资源调度。此项申请包括但不限于业务的发送周期、业务的QCI等级、业务的信息时效性约束、终端感知到的信道繁忙程度等。

S102：在接受收到各个终端的通信资源申请之后，初始化未来一段时间的可选通信资源池；其中，可选通信资源池由在时域和频域上切分的资源块组成；

进一步地，在本发明的一个实施例中，在在时域和频域上切分的资源块，包括：

将时域等分为数个子帧，将频域等分为数个子信道；由一个子帧和一个子信道组成的时频块作为一个资源块。

其中，收到终端的申请，初始化对未来一段时间(典型值：100ms)的可选通信资源池。通信资源池由时域和频域上切分而成的资源块组成，时域长度等于需要进行调度的时间长度，频域宽度等于V2X通信的带宽。切分，即将时域等分为数个子帧(典型值：1ms)，将频域等分为数个子信道。一个资源块即一个子帧和一个子信道组成的时频块。当一个终端被调度到一个资源块，即允许该终端在该子帧上占用该子信道进行一次发送。在同一个小区内，资源块的调度具有唯一性，最多一个终端可以占用一个资源块。

S103：根据每个资源块的信道质量参数、各个终端业务的服务质量要求、发送周期，确定全局通信资源调度方式；

在根据每个资源块的信道质量参数、各个终端业务的服务质量要求、发送周期，确定全局通信资源调度方式之后，还包括:

对全局通信资源调度方式进行优化，包括：最小化所述各个终端业务的信息时效性之和，其中，信息时效性包括各个终端业务实际到达接收端时的实际延时与各个终端业务重要性权重的函数。

其中，根据每一个资源块上的信道质量参数(包括但不限于信道繁忙程度、参考信号接收强度RSRP等)、每个终端请求业务重要性(包括但不限于QCI等级、信息紧迫度权重等)、每个终端业务的发送周期等，以最小化所有终端业务的信息时效性之和为目标，给出优化的通信资源调度方法。其中，终端业务的时效性被定义为，该业务的信息从产生到被接收之间的时间差，与该业务重要性权重的函数。一种参考优化算法如下：

1)根据每个资源块的信道质量参数，计算出在该资源块上进行通信的传输成功率；

2)每个终端业务在某次传输成功后，可视为此刻为被接收时间并计算时效性；若传输失败，则视为信息未被接收，需要等待下个传输机会；

3)可选的，终端设备可能由于某种限制，有最大传输次数限制，即其不能被调度超过该限制的资源块数量。

由上，该问题被建模为一个组合优化问题，可以利用动态规划算法或启发式算法进行求解。

S104：将全局通信资源调度方式下发给所述各个终端，以使各个终端根据全局通信资源调度方式进行各个终端业务的发送。

进一步地，在本发明的一个实施例中，将全局通信资源调度方式下发给各个终端，以使各个终端根据全局通信资源调度方式进行终端业务的发送，还包括：

根据发送周期，重复使用全局资源调度方式发送各个终端业务，直到资源重选机制触发，则再次向申请通信资源。

其中，将通信资源的调度方式下发给小区内的各个终端，各个终端根据该调度进行业务的发送。可选的，终端业务可以根据发送周期，重复使用该调度模式，直到资源重选机制(包括但不限于重选阈值、信道环境变化等)触发，再次向申请通信资源。

本发明实施例提出的基于信息时效性度量的通信资源调度方法，将信息时效性的度量加入到集中式资源调度的算法设计中，通过计算待发送信息的实际信息年龄(Age ofInformation)，结合已有资源池的信息(包括但不限于信道繁忙度等)以及每个业务的紧迫程度(权重)，最优化全小区内所有业务的信息时效性，实现高可靠低延迟的车联网通信，从而增强自动驾驶的安全性与可靠性。

本发明将终端业务的信息时效性作为通信资源调度的考察指标，将传统的业务优先级等指标量化化为了业务重要性的权重，将传统算法中未被考虑的业务信息本身从产生到接收的时间差纳入计算中，从而可以定量的刻画业务的信息时效性。这对于自动驾驶的协同感知、实时决策等任务具有极为重要的意义，信息时效性的提升可以帮助终端获得更加及时和准确的信息，从而提升自动驾驶感知和决策的有效性与安全性。

图3为本发明实时例所提供的通信资源池示意图，其中横轴为时域，纵轴为频域，不同的纹理表示调度给不同终端业务。

在这张图中，横轴为时域可选资源，纵轴为频域可选资源，所有的通信资源可以看成是时频域上被切分成的资源块，每一块的横轴长度为一次发送所占用的时长，纵轴长度为V2X一个信道的带宽，不同的纹理代表调度给了不同的终端业务。如图所示即为一种分配方案。

图4为本发明实时例所提供的通信资源调度流程图。

在这张图中，首先，各个用户终端向发出传输资源申请；接收到申请后，初始化未来一段时间的可选资源池(如图3)；根据每一个资源块上的信道质量参数、每个终端请求业务重要性、每个终端业务的发送周期等，以最小化所有终端业务的信息时效性之和为目标，给出优化的通信资源调度方法；将所述资源调度方式下发给每个用户终端；各用户终端按照所分配的资源开始传输。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种基于信息时效性度量的通信资源调度装置。

图2为本发明实施例提供的一种XXX装置的结构示意图。

如图2所示，该基于信息时效性度量的通信资源调度装置包括：申请模块10，初始化模块20，分配模块30，调度模块40；

其中，申请模块，用于通过各个终端向发出通信资源申请；

初始化模块，用于在接受收到各个终端的通信资源申请之后，初始化未来一段时间的可选通信资源池；其中，可选通信资源池由在时域和频域上切分的资源块组成；

分配模块，用于根据每个资源块的信道质量参数、各个终端业务的服务质量要求、发送周期，确定优化的全局通信资源调度方式；

调度模块，用于将全局通信资源调度方式下发给各个终端，以使各个终端根据全局通信资源调度方式进行各个终端业务的发送。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通信资源申请包括业务的发送周期、业务的QCI等级、业务的信息时效性约束、终端感知到的信道繁忙程度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，初始化模块20，还用于：

将时域等分为数个子帧，将频域等分为数个子信道；由一个子帧和一个子信道组成的时频块作为一个资源块。

进一步地，在本发明的一个实施例中，分配模块30，还包括：

优化单元，用于对全局通信资源调度方式进行优化，包括：最小化各个终端业务的信息时效性之和，其中信息时效性包括各个终端业务实际到达接收端时的实际延时与各个终端业务重要性权重的函数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，调度模块40，还用于：

根据发送周期，重复使用全局资源调度方式发送所述终端业务，直到资源重选机制触发，则再次向申请通信资源。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。