【摘要】：近年來,城市人口上升致使車輛數(shù)目急劇增加,導(dǎo)致城市交通事故頻發(fā)、交通效率下降,給各個(gè)國家?guī)砹司薮蟮纳拓?cái)產(chǎn)損失。為了提高交通效率并減少交通事故,研究者提出智能網(wǎng)聯(lián)汽車的概念:基于車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)車與車、人、路間的感知信息共享,使車輛具備復(fù)雜環(huán)境感知和決策的能力。然而,由于車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的高復(fù)雜性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母邉討B(tài)性等因素,現(xiàn)有車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)無法有效滿足車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的多樣性和差異性的需求。因此,如何保障車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的需求,尤其是車輛行駛安全相關(guān)的需求,已經(jīng)成為亟需解決的問題。所以,本文著眼于研究高效可靠的車聯(lián)網(wǎng)無線傳輸及協(xié)作通信機(jī)制。首先,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片和深度學(xué)習(xí)技術(shù),本文提出了面向車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),然后,著手研究實(shí)現(xiàn)該架構(gòu)所需的關(guān)鍵技術(shù)。在微觀層面,為了提升車輛行駛的安全性,本文從無線資源管理這個(gè)角度入手,研究保證時(shí)延和可靠性要求的無線資源分配算法,設(shè)計(jì)無人駕駛車隊(duì)協(xié)作控制機(jī)制,其次,在宏觀層面,利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)對車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線資源配置,以滿足各類車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的需求。本文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)可歸納為:1.車聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)有車聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一架構(gòu)無法有效地支持車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的差異化需求。在對車聯(lián)網(wǎng)典型業(yè)務(wù)詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上,本論文提出了面向車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),該架構(gòu)在邏輯上建立網(wǎng)絡(luò)切片以滿足業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)要求。另一方面,為了高效配置和管理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各類資源,本部分內(nèi)容設(shè)計(jì)了分級資源管理方案,即,在大時(shí)間尺度上,控制層根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)的歷史信息,運(yùn)用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)挖掘網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)在特征并調(diào)整網(wǎng)絡(luò)切片的資源配置;在小時(shí)間尺度上,網(wǎng)絡(luò)切片根據(jù)業(yè)務(wù)當(dāng)前的QoS,實(shí)時(shí)地將資源分配給切片內(nèi)的車輛用戶,使得業(yè)務(wù)的QoS得到保障,該方案在資源管理的時(shí)效性與有效性間達(dá)到平衡。最后,本部分內(nèi)容分析了該架構(gòu)在實(shí)現(xiàn)過程中所需解決的技術(shù)挑戰(zhàn),為本文的后續(xù)內(nèi)容提供了研究方向。2.面向強(qiáng)時(shí)延要求業(yè)務(wù)的無線資源分配算法研究車輛間的安全信息傳遞對車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提出了高可靠和低時(shí)延的需求,但現(xiàn)有的通信系統(tǒng)還無法嚴(yán)格保證時(shí)延要求。同時(shí),基于LTE-V協(xié)議的車車(Vehicle-to-Vehicle,V2V)通信會存在與蜂窩通信共享無線頻譜資源的場景,需要解決干擾共存問題。針對這些問題,首先,基于網(wǎng)絡(luò)演算理論,本研究點(diǎn)量化了無線資源分配對通信時(shí)延的影響,并推導(dǎo)出保障時(shí)延要求所需滿足的條件�；谠摲椒�,本研究點(diǎn)提出了一種低復(fù)雜度的無線資源調(diào)度算法,該算法通過分配時(shí)頻資源,調(diào)整車輛發(fā)射功率以及選擇相應(yīng)的調(diào)制編碼方式,從而保證交通安業(yè)務(wù)的可靠性和實(shí)時(shí)性要求,并降低V2V通信對于蜂窩通信的干擾。3.無人駕駛車隊(duì)的協(xié)作通信與控制機(jī)制研究無人駕駛車隊(duì)(Vehcile Platoon)通過最小化每輛車與前車的追蹤誤差來維持預(yù)定的運(yùn)動模式。無人駕駛車隊(duì)可以看作一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制過程,車隊(duì)的姿態(tài)控制依賴于車輛之間周期性地交換感知信息。然而,傳統(tǒng)方案將車輛控制與車輛間通信過程割裂開來,分別進(jìn)行處理。為了解決這一不足,本部分研究內(nèi)容提出將車隊(duì)內(nèi)通信與車輛控制過程進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化:優(yōu)化車隊(duì)內(nèi)部的無線資源分配和車輛控制器參數(shù),以最小化車輛間的追蹤誤差為目標(biāo),同時(shí)保證V2V通信的可靠性,并保證車隊(duì)隊(duì)列的穩(wěn)定性以提升行駛的安全性。仿真結(jié)果表明,與傳統(tǒng)方案相比,該方案可以在保證通信可靠性與車隊(duì)行駛安全性的同時(shí),減少車輛間的追蹤誤差,進(jìn)一步提高交通行車效率。4.基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的切片無線資源配置算法研究在智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中,控制層需要優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)切片的資源配置策略,用以適應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)的動態(tài)變化所帶來的影響。然而,由于車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的未知性和高復(fù)雜性,傳統(tǒng)優(yōu)化理論難以取得較好的效果。針對該問題,本部分提出了基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)切片無線資源配置算法,考慮了網(wǎng)絡(luò)切片內(nèi)車輛移動性、車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的QoS,在大時(shí)間尺度上調(diào)整切片的無線資源配置和參數(shù)設(shè)置,達(dá)到提升車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)Qos及系統(tǒng)長期收益的目標(biāo)。提出的算法將長短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Long short term memory,LSTM)納入深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中,使用LSTM可以挖掘車聯(lián)網(wǎng)觀察狀態(tài)在時(shí)間維度上的相關(guān)性,分析車聯(lián)網(wǎng)歷史信息的內(nèi)在特征,并給出切片無線資源配置策略。最后通過仿真結(jié)果表明,相比于常規(guī)的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法,該方案在性能上有較為明顯的提升。
【圖文】：

北京郵電大學(xué)博士學(xué)位論文邐逡逑１．１車聯(lián)網(wǎng)的興起逡逑１．１．１車聯(lián)網(wǎng)的概念與內(nèi)在特征逡逑根據(jù)中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟的定義，車聯(lián)網(wǎng)是面向車輛通信業(yè)務(wù)的動態(tài)移動網(wǎng)逡逑絡(luò)，實(shí)現(xiàn)車與車、車與路邊設(shè)備、車與行人通信以及車與網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通。車逡逑聯(lián)網(wǎng)可以收集車輛和道路環(huán)境等多源感知信息，并對交通環(huán)境中的動態(tài)信息進(jìn)行逡逑有效提取和利用，，實(shí)現(xiàn)車輛間的感知信息共享。逡逑根據(jù)通信對象的不同，如所示，可以將車聯(lián)網(wǎng)中的通信鏈路劃分為四類：車逡逑與車通信（Ｖｅｈｉｃｌｅ邋ｔｏ邋Ｖｅｈｉｃｌｅ，邋Ｖ２Ｖ）、車與路邊設(shè)備通信（Ｖｅｈｉｃｌｅ邋ｔｏ邋Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，逡逑Ｖ２Ｉ）、車與網(wǎng)絡(luò)端通信（ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＮｅｔｗｏｒｋ，邋Ｖ２Ｎ）以及車與行人通信（Ｖｅｈｉｃｌｅ逡逑ｔｏ邋Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ，邋Ｖ２Ｐ）邋［８］。逡逑

論文第四章針對無人駕駛車隊(duì)業(yè)務(wù)，在通信資源受限的條件下，研究車隊(duì)姿逡逑態(tài)控制與無線資源分配策略，保證車隊(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并提升車隊(duì)控制效果。逡逑（１）針對無人駕駛車隊(duì)系統(tǒng)，研宄車輛間通信過程對車輛姿態(tài)控制效果的逡逑影響，并進(jìn)行建模和分析研究；逡逑（２）提出基于控制效果的無線資源調(diào)度準(zhǔn)則，并且車隊(duì)根據(jù)無線分配相應(yīng)逡逑調(diào)整控制器參數(shù)，以保證行駛的安全可靠。逡逑論文第五章在提出的智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上，在基于ＬＴＥ－Ｖ模式４的Ｖ２Ｖ通逡逑信網(wǎng)絡(luò)中，深入討論了如何利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)對切片的無線資源進(jìn)行宏觀地配置，逡逑具體研宄內(nèi)容包括：逡逑１５逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U495

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本文編號：2590596