一种多接口多信道VANET动态频谱分配算法研究

　　矩阵L为空闲矩阵，其是一个M×K矩阵，表征信道有效性。代表车辆节点是否可用该信道，如果车辆节点m可以用k信道，则lm，k=1，否则lm，k=0。如式(2)所示：

　　L={lm，k|lm，k∈{0，1}}M×K(2)

　　矩阵B为干扰矩阵，其是一个M×M×K矩阵，代表车辆节点i和车辆节点j在信道k上存在干扰。如式(3)所示：

　　B={?姿l，j，k|i，j=1，…，M，k=1，…，K}M×M×K(3)

　　这些干扰是特定的，两个车辆节点在一个信道上是否相互干扰取决于它们之间的距离，不代表在另一个信道上仍受干扰。

　　矩阵S为有效分配矩阵，它是一个M×K矩阵，如果信道k分配给了车辆节点m，则Sm，k=1，否则Sm，k=0。如式(4)所示：

　　S={sm，k|m=1，…，M，k=1，…，K}M×K(4)

　　其中S满足所有干扰矩阵Λ定义的限制条件，Si，k＋Sj，k≤1，如果?姿i，j，k=1，当且仅当?坌i，j<M，k<K。可以知道，满足上述条件的S矩阵很多，故令QM×K代表有效频谱分配矩阵集。

3 动态频谱分配算法设计

　　车载自组网中车辆与车辆之间的拓扑变化很快，使得通信链路不能及时建立。而车辆节点在选择可用频段时，必须有一个衡量标准作为选择的依据。本文提出的CFSA算法，根据信道反馈的实时性从而实现频谱合理有效的分配。

　　3.1 车辆射频接口状态

　　所有车辆节点的射频数目是不确定的，为了充分利用频谱资源，本文首先为射频接口定义了三种状态。

　　(1)忙状态。如果该射频正在发送业务，称该射频在忙状态。

　　(2)空闲状态。如果该射频没有发送业务，称该射频处在空闲状态。

　　(3)假空闲状态。如果一个射频接口正在发送业务，但车辆节点通过空闲时的监测得知该射频当前工作的信道反馈值小于设置的信道反馈阈值CFT(Channel Feedback Threshold)，而此时节点又没有其他空闲的射频，为了保证通信业务的质量，假设该射频目前处于空闲状态。

　　3.2 信道反馈

　　确定了车辆节点的射频接口状态，为方便算法描述插件电感器工厂，建立如下结构。

　　(1)将上述图论模型的数学描述抽象成一个无向图G=(V，E，L1)，如图2所示。其中，V={vm|m=1，…，M}表示顶点的集合，每个顶点代表参与信道分配的车辆用户，包括车辆节点当前可用信道的集合；E={eij|i，j=1，…，M}表示边的集合，代表相邻两个车辆节点在某一个信道k上存在干扰。因已假设了各车辆用户在各个信道上的干扰半径相同，若车辆i，j的干扰范围不出现重叠，则eij=0，否则eij=1；而L1表示车辆顶点可选信道颜色的集合，每个可用信道被看作不同的颜色，可选颜色由信道有效矩阵L决定，当且仅当lm，k=1时，车辆节点可以使用当前被着色的信道。

　　(2)由于信道k在某一时段可能被不同的车辆用户占用，即一个信道上的车辆邻居数目是不定的，如果按照文献[3]中CSGC算法进行频谱分配，就会增加无线控制信道的流量。因此本文考虑信道反馈因素，定义了信道反馈矩阵，将可用信道分配给吞吐量利用率最大的车辆用户。

　　矩阵R为信道反馈矩阵，它是一个M×K阶矩阵，用来描述各车辆节点在给定的频谱分配条件下，车辆用户在可用信道上所获得的最大通信容量，可以是最大带宽或者最大吞吐量。其公式如式(5)所示：

　　R={rm，k|m=1，…，M，k=1，…，K}(5)

　　信道反馈矩阵R中各元素的取值采用文献[6]中的方法进行计算，其目标就是最大化信道吞吐量，其公式如式(6)所示：

　　其中bm，k表示车辆用户m在信道k上能够产生的最大带宽，Cm，k为车辆用户m在信道k上的邻居数目。根据信道反馈矩阵的值，当信道吞吐量最大时，其信道k即为当前车辆用户选择的最优信道。

　　(3电容电感)针对车载自组网的时变特性，网络拓扑和信道的可用性均随着时间不停地变化着，为了使每个可用信道的吞吐量达到最大，在频谱分配时定义了最大化带宽准则，如式(7)所示：

　　其中sm，k为有效分配矩阵，bm，k为车辆用户m在信道k上产生的带宽。

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