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4G车载网络中无线电资源的智能管理汽车网络从4G到5G的5G智能无线电资源管理巴黎萨克雷大学博士论文第580号博士学院博士专业:网络、信息与通信研究单位:巴黎萨克雷大学,UVSQ,LI PARAD,78180,法国伊夫林省圣昆廷参考:凡尔赛大学-伊夫林省圣昆廷论文于11月30日在巴黎萨克雷发表并答辩2021年,由玛丽亚姆·阿卢奇·马迪陪审团组成Pascal Lorenz总裁上阿尔萨斯大学大学教授Mohamed Yacine Ghamri-Doudane拉罗谢尔大学报告员和审查员教授Rami Langar报告员和审查员马恩河谷大学Oyunchimeg SHAGDARVEDECOM研发(HDR)团队负责人审查员论文方向Samir TOHME博士生导师巴黎萨克雷大学名誉教授UVSQ/LI- PARADKALLEL KHEMIRI共同监督巴黎萨克雷UVSQ/大卫Guy Pujolle受邀索邦大学Tara Yahiya邀请巴黎萨克雷大学/LISN高级讲师(HDR)博士论文NNT:2021UPASG061谢谢你首先,我要感谢我的论文导师M.萨米尔·托梅,我也感谢他给我的大量时间J’ai beaucoup appris à ses côtés et je lui adresse ma gratitude pour tout我想向我的主管们表示最深切的感谢:KALLEL探测器和M. Ahmed Soua指导了我的工作。感谢您在我的论文过程中给予我的所有时间、建议和支持我想感谢这篇论文的作者M. Rami Langar,巴黎东马恩河谷大学教授,M.感谢拉罗谢尔大学教授穆罕默德·亚辛·加姆里-杜丹对我还要感谢Vedecom(HDR)研发团队负责人OYUNCHIMEG SHAGDAR女士Guy Pujolle,索邦大学名誉教授上阿尔萨斯大学的Pascal Lorenz教授非常感谢凡尔赛大学LI-Paradad实验室的所有成员,以及我在VEDECOM研究J’ai eu vraiment beaucoup 交流始终是丰富和相互尊重的源泉最 后 , 非 常 感 谢 我 亲 爱 的 父 母 Abdelhafidh 和 Najoua , 我 的 丈 夫Mohamed,我的妹妹Fatma,我的祖母Aicha,我的姻亲Mo- hamed和Hedia,我的嫂子Khouloud和Ons,以及我的整个家庭,特别是我的叔叔Mohamed和我的帐篷Moufida,感谢他们的支持,他们对我的信任和他们坚定不移的鼓励。摘要车辆网络是一类移动网络,其独特之处在于允许车辆在高度空间移动性的情况下彼此通信,以及与部署在道路基础设施上的蜂窝网络和通信网络通信。为了支持5级自动驾驶车辆的通信,这些网络必须提供适合于通信的关键时间限制的QoS,同时保证交换数据的高水平完整性在蜂窝移动网络中使用的具有严格QoS框架的LTE技术第14版引入了两种(3,4)LTE通信模式,专为V2V通信而设计在模式3中,无线电信道的选择由基站eNodeB管理。在模式4中,车辆独立于蜂窝网络的任何覆盖而自主地选择它们的无线电资源在文献中,已经提出了用于模式3和4的不同资源分配算法在论文的第一部分中,我们研究了对文献中现有建议的详尽研究表明,所提出的大多数解决方案仅处理周期性消息(例如,非安全性)。CAM),同时确保最低限度的安全性。因此,我们引入了非周期性消息(例如安全性)。DENM),在紧急情况下(事故、堵塞)生成。 我们提出了一种基于优先级系统的资源分配策略,严格保证关键应用程序的最小容量,并动态分配剩余容量与其他应用程序。 我们还提出了一种新的资源重用技术,用于两种类型的消息(关键和不太关键),该技术允许有效地利用网络容量,同时满足关键应用的要求,而不会损害不太关键的应用。LTE-V技术是迈向V2X/5G网络的重要一步。该5G网络通过URLLC为关键实时应用提供高完整性此外,通过"网络切片"的概念我们选择将5G车载网络架构集成到同一个切片中。2接入网络我们我们研究了在单个切片中承载的关键URLLC通信用于资源分配的调度器被指定为动态地管理关键URLLC流和在车辆和应用服务器之间交换的流流之间的频谱资源。 我们提出了几种交换流的统计模型,并通过模拟分析了关键流/流接入网络中提供的QoS。 我们还提出了URLLC流的MAC/物理层遍历的准精确马尔可夫分析模型,目的是确定切片中关键流的接纳控制(CAC)机制的大小,并保证这些流所需的QoS。摘要车辆网络是允许车辆在高空间移动性的上下文中彼此通信的一类移动网络,以及部署在道路基础设施上的蜂窝网络和通信网络。为了支持5级自主车辆通信,这些网络需要提供QoS,以解决通信的时间关键限制,同时确保交换的数据的高级别完整性。LTE技术用于具有严格QoS的蜂窝移动网络中,已被3GPP(Release 14)选择用于参考LTE-V 2X/蜂窝V2X的汽车网络中的通信版本14引入了两种模式(3.4)的LTE通信-专为V2 V通信设计。在模式3中,无线电信道选择由演进节点B管理。 在模式4中,车辆自主地选择它们的无线电资源,而不考虑任何蜂窝网络覆盖。在文献中,已经提出了用于模式3和4的不同资源分配算法。在论文的第一部分中,我们将重点关注模式3,该模式解决了通过部署在道路和云中的基础设施监控5级自动驾驶汽车的需求对文献中现有提议者的详尽研究表明,大多数提议的解决方案仅处理周期性消息(例如,非安全消息CAM),同时确保最低限度的安全性。因此,我们引入了定期消息(例如安全性)。DENM),在危急情况下(事故、交通堵塞)产生我们提出了一种基于优先级系统的资源分配策略,严格保证关键应用程序的最低容量,并与其他应用程序动态共享剩余容量我们还为两种类型的消息(关键和非关键)提出了一种新的资源再利用技术,该技术允许有效地使用网络工作容量,同时满足关键应用程序的要求,而不影响非关键应用程序。LTE-V技术是迈向V2X/5G网络的重要该5G网络通过URLLC为实时关键任务应用提供高完整性和低延迟此外,通过"网络切片"的概念,5G网络的功能架构在5G移动网络内的其他服务网络旁边提供了汽车网络及其服务的可移植性。我们选择在接入网络级别将5G车载网络架构集成到同一个切片中,从而从无线电资源利用率的统计收益中获益。我们专注于MAC和物理NR层。我们研究了无线电资源在关键URLLC通信和同一切片中承载的流通信之间的动态分配。用于资源分配的调度程序被指定为动态地管理关键URLLC2在车辆和应用程序服务器之间交换的流和流提出了交换流的几个统计模型,并模拟分析了接入网络中关键/流流所提供的QoS。我们还提出了URLLC流的MAC/物理层遍历的准精确马尔可夫分析模型,目的是确定切片中临界流的准入控制机制(CAC)的大小,并保证这些流所需的目录1导言111.1论文11的背景与问题1.2捐款121.3手稿的组织131.4出版物142最新技术水平2.1导言152.2LTE-V:无线电资源的架构和分配2.2.1LTE-V15架构2.2.2LTE-V中的资源分配192.2.3问题402.35G-V2X:5G-URLLC通信的2.3.15G架构与新无线电432.3.25G中的切片解决方案492.4结论523PEARL关于在LTE-V模式3中分配无线电资源的建议3.1导言553.2优先级和保证基于Eed-based的资源定位方法(PEARL)553.3业绩和成果评价583.3.1模拟参数583.3.2结果593.4结论564PEARL-RM关于在LTE-V模式3中分配无线电资源的建议4.1导言6734材料表4.2优先级和保证基于Eed-based的具有重用机制的资源定位方法(PEARL-RM)684.3模拟参数和结果714.3.1模拟参数714.3.2模拟结果714.4结论805拟议政策绩效的模拟分析5G 81中的5.1导言815.2模型和拟议算法的描述825.2.1系统中考虑的825.2.2管理两种类型的应用之间的无线电插槽的方法5.2.3到达交通模型5.2.4按包含的链建模845.3两类系统的模拟及结果915.3.1模拟参数915.3.2所研究的性能参数925.3.3模拟结果935.4结论1056关键类的分析模型1076.1导言1076.2计算启动时刻稳态系统中客户数量的分布1086.3时间分布分析1206.4计算平均时间1246.5无线电资源分配分析模型的验证5G中的V2X通过模拟1256.5.1客户数量的概率分布1256.5.2平均时间(平均停留1286.6结论1297结论1317.1工作成果1317.2前景1337.2.1保证无线电资源的百分比1337.2.2概率分布的截断假设[编辑]第2类1337.2.3系统负载系数ρ135的变化材料表57.2.4网络切片136附件A抵达人数的137附录B 出发时间的计算141附录C系统中平均客户数的计算145附件D抵达法D.1 超指数分布151D.2 Erlang k 153阶分布图表1.1论文的问题。....................................................................................................132.1LTE-V体系结构............................................................................................162.2LTE-V17中的通信模式2.3子通道化的类型............................................................................................182.4LTE-V 20资源分配分类2.5SPS20的检测和选择窗口2.6SPS程序212.75G-V2X架构[50]442.85G服务[51]452.9灵活的副载波[55]462.10 5GNR[56]472.11 时间段的变化[55]482.12 NR框架的结构[55]492.13 V2X切片示例 [69]523.1系统描述563.2拟议的资源共享计划573.3N=5060时PEARL DENM PRR的变化3.4N=5061时PEARL CAM PRR的变化3.5N=40062时PEARL DENM PRR的变化3.6N=1000时GRA-SM DENM PRR的变化633.7N=1000时PEARL DENM PRR的变化633.8N=100064时PEARL DENM UD的变化3.9N=100065时GRA-SM DENM UD的变化4.1拟议的资源共享计划684.2N=5072时DENM PRR的变化4.3N=5073时CAM PRR的变化4.4N=40074时DENM PRR的变化4.5N=40075时CAM PRR的变化78图表4.6N=1000时DENM PRR的变化764.7N=100076时CAM PRR的变化4.8N=400时DENM UD的变化774.9N=40078时CAM的UD变化4.11N=1000784.10N=1000时795.1无线电插槽的划分835.21类时间的变化取决于到达法则5.32类时间的变化取决于到达法则5.41类客户数量的概率分布ρ2=0.06ρ95的插槽5.52类客户端数量的概率分布插槽ρ2=0.06ρ965.61类客户数量的概率分布插槽ρ2=0.2ρ965.72类客户端数量的概率分布插槽ρ2=0.2ρ975.81类客户数量的概率分布插槽ρ2=0.3ρ985.92类客户端数量的概率分布插槽ρ2=0.3ρ995.10 1类延迟的概率分布ρ2 =0.06ρ1005.11 2类延迟的概率分布ρ2 =0.06ρ1015.12 1类延迟的概率分布ρ2 =0.2ρ1015.13 2类延迟的概率分布ρ2 =0.2ρ1025.14 1类延迟的概率分布ρ2 =0.3ρ1035.15 2类延迟的概率分布ρ2 =0.3ρ1045.16 基于2类1056.1第2类客户数量的概率分布ρ2=0.06ρ1266.22类客户数量的概率分布ρ2=0.2ρ1266.32类客户数量的概率分布ρ2=0.3ρ1276.4第2类的平均停留时间(平均时间)129图片列表2.1模式4的基于检测的资源分配。. ...232.2模式3的基于干扰的资源分配272.3模式4的基于干扰的资源分配。...312.4模式3中基于QoS的资源分配。... ... ... ... ...352.52.6基于干扰和模式4检测的资源分配算法的比较 . . . . . . . . . . . . ...基于干扰和QoS的资源分配算法综述。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...37393.1模拟参数。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...594.1模拟参数。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...715.1D2,n. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...885.2从D1开始,n。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ...895.3模拟参数。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...92B.1D2,n. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...141B.2从D1开始,n。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ...1429第一章引言1.1论文的背景与问题车辆网络是一类成熟的移动网络,其独特之处在于存在在车辆网络的不同实体(车辆、基础设施、行人和网络)之间提供通信的不同技术。在这些技术中,LTE技术是已知的蜂窝网络该技术由3GPP第14版[1][2]提出,是保证车辆世界中的通信的候选技术,并且被称为LTE-V 2X或蜂窝V2X(C-V2X)或LTE-V。论文的主题在第一部分集中于LTE-V技术,更具体地集中于用于直接通信(车辆到车辆)的无线电资源分配的管理这种直接通信模式基于LTE版本12和13中基于邻近性的服务(ProSe)下定义的设备对设备(D2D)通信,并引入了新的D2D接口(称为PC5,也称为侧链路)。LTE侧链(或D2D)包括两种用于无线电资源管理的操作模式:模式1和模式2。2. 联网车辆需要高可靠性和低延迟的V2X通信,因此3GPP Release 14[3][4][5]引入了两种专门为V2V通信设计的新通信模式(模式3和4)在模式3中,子信道的选择由基站或eNodeB管理,然而在模式4中,车辆自主地选择它们的无线电资源,而不管它们是否在蜂窝网络的覆盖范围内如图1.1所示,本文研究了两个部分。1112第一章。引言— 第一部分:LTE-V中的无线电资源分配— 第二部分:5G-URLLC背景下的无线电资源分配在论文的第一部分,我们感兴趣的是提出LTE-V模式3中的无线电资源分配算法。这些建议-这些解决方案考虑了不同类型的应用程序在高可靠性和低延迟方面的要求我们提出了一种基于优先级和保证的资源分配方法这种方法可以保护优先级流量,尤其是在道路密度高的网络第二,我们提出了另一种方法。后者引入了担保机制以及与上述方法类似的优先权机制它还引入了对两种类型的消息(关键和不太关键)进行资源重用的技术,这种新方法可以满足最关键应用程序的要求,而不会影响最不关键的应用程序。LTE-V技术是向新一代5G过渡的一步通过URLLC服务,5G可确保关键实时应用的极高可靠性和低延迟 在论文的这一部分,我们将重点关注新的NR/5G物理层将承载的MAC层。 我们研究了关键URLLC通信和流通信之间的无线电资源的动态分配,流通信在时间限制方面不太关键,在同一切片中进行。我们提出了几个交换流的统计模型,并通过模拟在关键流/流接入网络中提供的QoS进行了详细我们还提出了关键URLLC流的MAC/物理层遍历的准精确马尔可夫分析模型,目的是指定和调整切片中关键流的接纳控制(CAC)机制,1.2贡献我们有三个主要— PEARL:这项工作提出了一种新的LTE-V 3模式下V2X通信的无线电资源调度方法,该方法保证了用于安全消息的无线电资源的最小值,并为剩余的共享资源引入了相同的,以优先考虑紧急消息
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