具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的人体，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联人体的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联人体是一种“或”的关系。

本发明具体应用对象为在双向车道行驶中支持D2D通信的V2V链路车辆。

D2D通信技术是指两个对等的用户节点之间直接进行通信的一种通信方式。在由D2D通信用户组成的分布式网络中，每个用户节点都能发送和接收信号，并具有自动路由的功能。网络的参与者共享它们所拥有的一部分硬件资源，包括信息处理、存储以及网络连接能力等。这些共享资源向网络提供服务和资源，能被其它用户直接访问而不需要经过中间实体。

V2V技术(vehicle to vehicle communication)是车联网技术中的一种。车联网技术包括V2V、V2I、V2C等等。V2I是指车辆与基础设施之间进行信息交换，V2C指车辆与云端存储进行信息交换。而V2V技术则是指车对车传送数据的无线技术，即每辆车都作为一个节点，在一定范围内发散无线信息，该无线信息包括速度、位置、方向等等。如果车与车之间交汇，就形成多条V2V链路，从而互相传递信息，了解彼此的动向。

图1为本发明所述的一种双向车道行驶的车辆的通信网络的频谱分配管理方法应用环境下的系统模型，在双向高速公路且满载的蜂窝网络的应用场景下，V2I链路通信的车辆占据基站中的正交信道，不同的车辆之间以及车辆与基站之间都会产生干扰，车辆的高度动态特性同样会影响V2V链路的通信质量。

因而本申请实施例提出一种在考虑车辆移动速度的前提下，根据V2V链路干扰水平划分集群从而减小集群件的通信干扰的通信网络的频谱分配管理方法，其具体实施方法如下：

请参阅图2，图2为本发明提供的一种双向车道行驶的车辆的通信网络的频谱分配管理方法的步骤图。

在步骤S101中，获取车辆的行驶速度和位置信息，生成车辆网络的拓扑分布，并确定每两个车辆之间的距离。

由于车辆定期向基站发送位置和速度信息，因而基站可以获取其信号覆盖范围内车辆网络的拓扑。具体的，以基站为原点，将每一车辆视为一个节点，车辆与车辆之间即为链路，从而可以计算得出链路之间的距离。

在步骤S102中，根据所述距离和所述行驶速度，确定每两个所述车辆之间形成的V2V链路之间的持续时间，根据所述持续时间，确定能在链接时间内完成信息传输的V2V链路。

所述持续时间，指发送端车辆能够正常完成对接收端车辆所需数据的的正常传输的链路最大持续时间。

在步骤S103中，根据每两条所述的V2V链路中，发射端车辆与接收端车辆之间的干扰水平，确定每两条所述V2V链路之间的干扰水平。

所述干扰水平可以通过V2V链路的大尺度衰落来表示。大尺度衰落包括传输损失、阴影衰落和路径损耗。路径损耗是指无线电信号通过大尺度距离的信道传输时，随传输路径的增加，电波能量扩散，导致接收信号平均功率衰减，其衰减量与传输距离有关，距离越大，衰减量越多。阴影衰落是由于障碍物遮挡，在阻碍物的背后形成阴影区，当移动台在运动中穿过阴影区时，阴影区的信号场强较弱，就会造成接收信号场强中值的缓慢变化。

在步骤S104中，将相互之间所述干扰水平较大的多条V2V链路划分为同一簇，向每个所述簇中的车辆分配相互正交的频谱资源。

分配相互正交的频谱资源即正交频分复用(OFDM)，将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输，减少子信道之间的相互干扰，使得信道均衡变得相对容易。

在一个具体的实施例中，将相互之间所述干扰水平较大的多条V2V链路划分为同一簇，具体方法包括：

获取K条所述V2V链路中，每条所述V2V链路内支持V2I链路通信的发送端数量N，根据所述K与所述N的比值，确定所述簇的数量为K/N；

确定K条所述V2V链路中，每两条所述V2V链路之间的最大干扰水平，确定与该最大干扰水平对应的第一V2V链路和第二V2V链路；

获取所述第一V2V链路和所述第二V2V链路与其他所述V2V链路之间的干扰水平，并确定N-1个较大的干扰水平相关的所述V2V链路；

将上述的N个较大的干扰水平相关的V2V链路划分为同一簇；

重复上述步骤，对余下的所述V2V链路划分簇。

在一个具体的实施例中，根据如下公式，计算每两条所述V2V链路之间的干扰信道的大尺度衰落值g_k，k′：

其中，β_k，k′为具有标准偏差的ξ的对数正态分布的阴影衰落随机变量，A为路径损耗常数，γ为衰减指数，k和k′表示两条所述V2V链路中的车辆；

L_k，k′为V2V链路中接收端车辆到发射端车辆的距离函数，通过如下公式获得：

其中，v_relative为所述V2V链路中的两个所述车辆的相对速度，是指在V2V链路保持链接时间内两车的产生的相对位移的均值。

在保持链接时间内，车辆一直在处于高速移动状态，故而需要在传输时间内预估两车实际距离。其中，D_k，k′为所述V2V链路中的两个所述车辆之间的距离，依据欧几里得距离公式求其值为：

其中，x₁，y₁为基站获取到的发射端车辆的位置坐标DUEtx(x₁，y₁)，x₂，y₂基站获取到的接收端车辆的位置坐标DUEre(x₂，y₂)；

根据每条所述V2V链路之间的干扰水平g_k，k′，构建加权图模型，如图3所示，所述每V2V链路之间被建模为一个顶点，且两个顶点相互干扰时通过边缘连接在一起；

根据如下公式，得到所述加权图模型的边缘权重S_k，k′：

S_k，k′＝θ*v_relative+(1-θ)*g_k，k′

其中θ为权重因子；

根据所述边缘权重S_k，k′，获取每两条所述V2V链路之间的最大干扰水平。

在一个实施例中，将相互之间所述干扰水平较大的多条V2V链路划分为同一簇，其具体方法包括：

将该分簇问题转化为图划分问题，方法如下：

如图3所示，图3为本发明所述的将V2V链路建模为顶点的关系拓扑图。

令G为具有顶点集V(G)和边集E(V)的图，所述图G被划分成K/N个不相交的簇P(1)，…，P(K/N)；

所述图的拓扑关系如下：

其中，S_a，b是边缘(a，b)的权重，∑_e∈E(V)S_e是指所有边的权重和，a，b表示簇内的点与其他群集内的点的干扰；

所述S_k，k′为簇内每两条所述V2V链路之间干扰水平的k阶矩阵；

查找该k阶矩阵中寻找最大值Q1并确定最大值Q1的元素下标；

查找所述Q1的行和列中与Q1的和最大的N-1个值，并将其划分为同一簇；

隐藏该k阶矩阵中已被划分的元素，重复此步骤。

在一个实际的例子中，有30条V2V链路，10辆以V2I链路通信的车辆，V2I链路通信的车辆之间使用正交频谱，彼此之间可视为无信号干扰。将30个顶点划分为3个集合：P1，P2，P3，其中3＜＜30。欲使30条V2V链路复用10个蜂窝用户的上行频谱资源，使所有群集的群集之间干扰最小化，即最小化∑_k/n(∑_{k，k′∈Pn}S_k，k′)的值，即将强烈干扰的V2V链接划分为同一的集合，以使不同集合中的V2V链接可以共享同一频谱资源，而不会产生过多的相互干扰。

最小化可等价于最大化∑_{a∈Pi，b∈Pj，i＜j}S_a，b。S_k，k′的k阶矩阵，该矩阵就是群集之间的干扰矩阵。在该30阶矩阵中寻找最大值Q1，确定最大值Q1的元素下标，在该值的行和列中寻找与Q1的和最大的N-1个值，归为同一簇。而后隐藏已被选中的对应不同V2V链路的元素值，继续查找此时矩阵中的最大值Q2，以上述方法继续归类。在终止时，该算法输出K/N个簇，其中每个簇中成员对应有20个(20辆车)，即10条V2V链路。

该分簇结果如图4所示，图4为将该30条V2V链路分簇后车辆空间位置的索引分布图。

在一个具体的实施例中，确定每两个车辆之间形成的V2V链路之间的持续时间，其具体方法包括：

获取发射端车辆的行驶速度v_DUEtx和接收端车辆的行驶速度v_DUEre；

根据如下公式，获取所述持续时间T：

其中，v_relative＝v_DUEtx-v_DUEre，D_set为V2V链路的所允许的最大传输距离，D_set≤D_max，D_max为基站覆盖车道的长度。

在一个具体的实施例中，根据所述持续时间，确定能在链接时间内完成信息传输的V2V链路，具体方法包括：

若所述持续时间T≥T_set，则确定该两个车辆之间形成的V2V链路为能在链接时间内完成信息传输的V2V链路，其中，T_set为预设的所述V2V链路中完成信息传输所需最大时间阈值；

若所述持续时间T＜T_set，则该两个车辆之间形成的V2V链路为无法在链接时间内完成信息传输的V2V链路。

在一个具体的实施例中，确定该两个车辆之间形成的V2V链路为能在链接时间内完成信息传输的V2V链路后，V2V链路持续时间T＜T_set，还包括如下步骤：

若检测到所述持续时间T＜T_set，解除该条V2V链路；

搜索其余能在链接时间内完成信息传输的V2V链路；

重复上述步骤，至重新满足存在K条所述V2V链路。

如图5所示，图5为本发明提供的一种双向车道行驶的车辆的通信网络的频谱分配管理装置的模块示意图，与上述的一种双向车道行驶的车辆的通信网络的频谱分配管理方法相对应，本申请实施例还提供一种双向车道行驶的车辆的通信网络的频谱分配管理装置，该装置200包括：

车辆信息获取模块201，用于获取车辆的行驶速度和位置信息，生成车辆网络的拓扑分布，并确定每两个所述车辆之间的距离。

目标链路确定模块202，用于根据所述距离和所述行驶速度，确定每两个所述车辆之间形成的V2V链路之间的持续时间，根据所述持续时间，确定能在链接时间内完成信息传输的V2V链路。

干扰水平确定模块203，用于根据每两条所述的V2V链路中，发射端车辆与接收端车辆之间的干扰水平，确定每两条所述V2V链路之间的干扰水平。

分簇及资源分配模块204，用于将相互之间所述干扰水平较大的多条V2V链路划分为同一簇，向每个所述簇中的车辆分配相互正交的频谱资源，使得每个所述簇中的车辆复用与基站交互的上行频谱资源。

本申请提供的一种双向车道行驶的车辆的通信网络的频谱分配管理方法及装置，通过获取车辆的行驶速度和位置信息，确定通信服务质量满足最低要求的V2V链路，充分考虑了车辆高速行驶的实际情况，及时解除不满足要求的的V2V链路，保证了V2V链路的传输质量，提高了V2V链路的稳定性；同时通过以车辆的大尺度衰落和相对速度作为分簇策略的衡量标准，以减小集群间的干扰和考虑车辆高度动态特性带来的影响，得到最后的分簇结果，更符合实际情况且大大提高了有限的频谱资源的利用率。

应当理解的是，本申请实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请实施例的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述实施例仅表达了本申请实施例的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请实施例构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请实施例的保护范围。