兰州交通大学自动化与电气工程学院研究成果：基于多数据流并行传输的C-V2X资源调度协议的优化及性能分析

　　《汽车工程》2026年第2期发表了兰州交通大学自动化与电气工程学院研究成果"基于多数据流并行传输的C-V2X资源调度协议的优化及性能分析"一文。针对C-V2X技术在多数据流传输中资源调度不均衡、利用率低的问题，提出一种基于多数据流并行的S-SPS资源调度协议。该协议依据数据流生成频率与服务需求优化资源重选计数器（RC）窗口参数，实现差异化调度。通过建立离散时间马尔可夫链（DTMC）模型分析系统性能，并结合多目标优化对RC参数进行权衡设计，以均衡时延与信道利用率。仿真结果表明，所提协议在单流与多流场景下均能有效降低平均时延，提升信道利用率与系统吞吐量。

　　一、研究背景

　　车联网作为智能交通技术的核心，是各国发展自动驾驶与电子信息产业的关键方向。C-V2X作为新一代车联网通信技术，依托蜂窝网络实现车辆与周边环境的高可靠、低时延连接，有效提升了驾驶安全与交通效率。其采用SC-FDMA技术将频谱划分为多个子频带，支持多用户并行通信，实现了资源的灵活共享与干扰控制。然而，随着车辆用户数量和数据流种类的持续增长，频谱资源日益紧张，多数据流竞争同一资源导致数据冲突频发，资源利用率下降。因此，如何缓解频谱稀缺、实现资源高效利用，已成为当前亟需解决的核心问题。

　　二、研究内容

　　1. 基于多优先级数据流的资源调度协议优化：依据4类数据流生成频率及服务需求，优化RC窗口参数。

　　表1 4类数据包优先级及RC窗口参数改进

　　2. 基于提出调度协议建模分析：利用DTMC对通信过程建模，获得多项系统性能指标。

　　图1 提出协议的DTMC模型

　　3. 多目标模型优化：建立多目标优化模型，实现系统时延和利用率的均衡。

　　三、研究结果

　　1. 基于多优先级数据流的资源调度协议优化：绘制三类数据流RC窗口参数与多目标函数的关系，获得RC窗口参数分别为CAM数据流[12,15]、DENM数据流[9,15]、HPD数据流[7,15]时，系统的均衡性能最优。

　　图2 数据包单流传输时平均信道利用率与加权平均时延的比值随RC窗口参数的变化

　　2. 基于提出协议的建模分析：通过求解稳态方程，获得各状态的稳态概率，平均时延、冲突概率和平均信道利用率等指标。

　　3. 进行提出协议的仿真实验：相较于现有协议，所提协议平均时延最小降低12 ms，平均碰撞概率降低了9. 52%，平均信道利用率提高16. 75%，吞吐量提高0. 67 Mb/s，均能显著改善系统性能。

　　（a）单流平均时延对比

　　（b）多流平均时延对比

　　（c）平均信道利用率对比

　　（d）吞吐量对比

　　（e）碰撞概率对比

　　图3 提出协议的性能仿真

　　四、创新点与意义

　　针对车联网中多数据流并行传输所引发的频谱资源分配不均、利用率及通信效率低下等问题，文章提出了一种基于多数据流优先级的C-V2X Mode 4资源调度协议。该协议通过深入分析四种不同优先级数据包的生成频率与服务需求，对资源重选计数器（RC）窗口参数进行差异化优化，实现了对多数据流的精细化管理，从而在提升频谱资源利用效率的同时，显著增强了通信服务质量（QoS）。该研究不仅为解决车联网资源调度难题提供了新的理论依据，也为提升智能交通系统的整体性能奠定了坚实的技术基础。