5G车联网资源优化分配方案综述.pdf

综述 5G 车联网资源优化分配方案综述 郑成渝1，姚依婷2，梁宏斌2，王磊2（1.中国电信股份有限公司四川分公司，四川 成都 610031；2.西南交通大学交通运输与物流学院，四川 成都 611756）摘 要：车联网作为智慧交通发展的必要组成部分，可加快我国智慧交通基础建设，对于智慧城市建设具有重要的现实意义。汽车数量及其产生的海量数据使得通信车辆节点之间的传输冲突率大幅上升，导致通信资源、计算资源短缺等问题，因此，有效的资源分配方案可以保证车联网的通信质量，从而提高车辆通信的可靠性，降低时延。首先分析了国内外车联网对智慧交通发展现状的影响以及当前车联网发展瓶颈；然后针对智慧交通通行效率、安全性方面，分析了当前车联网的资源分配问题；接着通过总结 5G 技术的优点，分析了5G 在车联网资源优化分配管理上的贡献；最后，在车联网通信、计算和存储资源优化分配管理的应用背景下，结合人工智能技术提出了基于 5G+V2X 的智慧交通发展前景。关键词：车联网；智慧交通；资源优化分配；人工智能；5G+V2X 中图分类号：TP399 文献标志码：A doi:10.11959/j.issn.10000801.2023139 Review of optimal resource allocation scheme for 5G Internet of vehicles ZHENG Chengyu1,YAO Yiting2,LIANG Hongbin2,WANG Lei2 1.China Telecom Corporation Sichuan Branch,Chengdu 610031,China 2.School of Transportation and Logistics,Southwest Jiaotong University,Chengdu 611756,China Abstract:As a necessary part of the development of intelligent transportation,the Internet of vehicles(IoV)accele-rates the construction of intelligent transportation infrastructure in China,which plays an important practical signi-ficance to the construction of smart city.The number of vehicles and the massive data generated by them make the transmission conflict rate between communication vehicle nodes rise significantly,and communication resources and computing resources are in short supply.Therefore,the effective resource allocation scheme can ensure the commu-nication quality of vehicle networking,thereby improving the reliability of vehicle communication and reducing the time delay.Firstly,the influence of IoV on the development status of intelligent transportation at home and abroad and the bottlenecks of the development of IoV were analyzed.Secondly,in terms of the efficiency and safety of smart 收稿日期：20230202；修回日期：20230701 通信作者：梁宏斌， 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.62071398）Foundation Item:The National Natural Science Foundation of China(No.62071398)125 电信科学 2023 年第 7 期 transportation,the resource allocation problem of IoV was analyzed.Thirdly,by summarizing the advantages of 5G technology,the contribution of 5G in the optimization allocation and management of vehicle networking resources was analyzed.Finally,combined with the application of artificial intelligence technology in the context of Internet of vehicles communication,computing and storage resource optimization allocation and management,the development prospect of intelligent transportation based on 5G+V2X was proposed.Key words:Internet of vehicles,intelligent transportation,optimal resource allocation,AI,5G+V2X 0 引言 车联网（Internet of vehicles，IoV）结合互联网以及移动互联网，实现了车与万物互联（vehicle to everything，V2X）全面网络连接及信息交互和共享。当前，车辆用户的快速增长引发了一系列严重的交通问题，如道路拥堵、交通事故频发、车辆周围环境信息更新滞后及停车困难等，导致每年交通事故造成的伤亡人数居高不下，给人民生命财产安全造成了无法弥补的损失。20162022 年我国机动车与汽车保有量如图 1 所示，20142022 年我国交通事故发生数量及直接财产损失如图 2 所示。图 1 20162022 年我国机动车与汽车保有量 图 2 20142022 年我国交通事故发生数量及直接财产损失 车联网作为物联网技术在智能交通系统中的关键应用，可实现车和基础设施之间的智能协同与配合，大幅度提高道路安全性、提升交通管理效率和改善人们的生活质量；其次，面向中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要，车联网将进入应用高频部署的新时期。中国信息通信研究院发布的车联网白皮书中提到，我国车联网产业跨行业的融合带动着应用部署模式向纵深发展，车联网产业在“车路云网图”各方面呈现良好的发展势头。因此，车联网在我国地方政策的支持下快速开展先导应用与示范验证，展望出中国发展智慧交通之路，积极推进“5G+车联网”新型基础设施建设，并且探索基于车联网的“聪明的车”“智慧的路”以及“协同的云”的车路云协同发展模式，进而支撑我国达成“碳达峰”与“碳中和”战略目标1。本文主要立足于车联网推动智慧交通快速发展，结合国内外车联网研究现状，分析车联网的资源分配问题，探索车联网通信、计算及存储资源优化分配管理方法，梳理提升车与基础设施（vehicle to infrastructure，V2I）与车与车（vehicle to vehicle，V2V）链路间的信息交互效率的关键，归纳基于 5G+V2X 的车联网资源优化分配的解决方案，展望 5G+V2X 的发展前景。1 国内外车联网研究及应用现状 美国交通部在 智能交通系统战略研究计划：20102014中，首次提出了“车联网”构想，其目标在于基于无线通信建立一个全国性、多模式的地面交通系统，形成 V2X 交通环境。日本车辆信息通信系统（vehicle information and com-munication system，VICS）从各地警察和道路管 综述 126 理部门收集道路拥堵情况、交通事故、道路信息及路线等实时交通信息，然后通过道路电波装置传送给经过的车辆。而欧洲则全面应用远程信息处理技术，在全欧洲建立交通专用通信网，并将其应用到交通管理、导航以及电子收费等场景。在中国知网数据库里，可以看到近几年有关车联网方面的研究呈增长趋势，但车联网资源优化方面的研究较少，可参考的文献也不多，可见车联网的资源优化分配管理研究是一个潜在的极其有价值的研究，对于智慧交通的发展具有关键作用。20012023 年“车联网”相关文献在中国知网上的发文量如图 3 所示，20002023 年“车联网+资源优化”相关文献在中国知网上的发文量如图 4 所示。车联网作为物联网的延伸，以行驶中的车辆为信息获取对象，借助新一代信息通信技术，实现 V2X，提升车辆整体的智能驾驶水平，为用户提供安全、舒适、智能、高效的驾驶感受，提高交通运行效率，提升社会交通服务的智能化水平2。其次，车联网实现了“三网融合”，即将车内网、车际网和车联移动互联网进行融合，利用传感技术感知车辆的状态信息，并借助无线通信技术与现代智能信息处理技术实现交通的智能化管理，以及交通信息服务的智能决策和车辆的智能化控制3。车联网可有效保障车与车之间的行驶间距，降低车辆发生交通安全事故的概率，辅助驾驶员进行实时导航以及路径规划等，并通过 V2V 和 V2I 之间的通信，提高道路交通运行的效率。1.1 车联网资源 车联网资源主要包括以下几个方面。通信资源。车联网依赖通信网络进行数据传输和通信，因此需要分配网络资源，包括带宽、网络连接以及网络协议等。车辆资源。车联网需要获取车辆传感器和控制器等硬件设备的数据，以及控制车辆的行驶方向、速度等，因此需要分配车辆资源，包括车辆传感器、控制器以及行驶路径等。计算资源。车联网需要进行数据分析和处理，进行实时控制等操作，因此需要分配计算资源，包括计算机硬件设备、云计算平台以及数据缓存等。1.2 车联网资源分配机制 在资源分配机制上，车联网主要按以下几种方式进行分类。图 3 20012023 年“车联网”相关文献在中国知网上的发文量 图 4 20002023 年“车联网+资源优化”相关文献在中国知网上的发文量 127 电信科学 2023 年第 7 期 集中式分配。所有资源分配都由中央服务器或平台进行集中式管理和控制，这种方式可以实现资源的高效利用和统一管理，但是也容易造成单点故障和性能瓶颈。分布式分配。资源分配在不同的节点之间进行，每个节点负责管理自己的资源，这种方式可以提高系统的可靠性和容错性，但是需要解决节点之间的协调和通信问题。自适应分配。资源分配根据实时的系统负载和需求进行自适应调整，这种方式可以在保证系统性能的同时，避免资源浪费和闲置。1.3 车联网在智慧交通中的应用 在车联网的应用研究方面，Wang 等4结合车辆移动位置概率矩阵、车辆位置关联矩阵和隐式因子，研究车辆位置潜在特征以及车辆关联潜在特征，得到更准确的车辆预测轨迹，再基于车辆预测轨迹获得车辆距离。该研究表明提前预测车辆的运动位置信息，能在很大程度上调整车辆的运动，从而有效避免潜在的碰撞，这对于车辆在道路上高速安全行驶、快速获得车辆自身和周边环境信息具有重要意义。胡悦5基于车联网大数据，利用 Canopy 算法优化模糊 C 均值聚类算法，得到了一种精度高、抗干扰性较强的交通路况预测算法，以此提升交通路况的预测精度。通过交通状态识别、交通路况预测、应用测试分析，根据设定的路况判断标准，准确预测路段拥堵情况。Yue 等6设计