[論文レビュー] Scheduling and Power Control for V2V Broadcast Communications with Adjacent Channel Interference

Anver Hisham, Erik G. Ström+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)参考文献 19被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、V2Vブロードキャスト通信における隣接周波数干渉（ACI）を軽減するための共同スケジューリングおよびパワー制御フレームワークを提案する。混合ブール線形プログラミングと感受性低減を特徴とする新規な列生成法を用いることで、ベースライン手法に比べ顕著な性能向上を達成する。

ABSTRACT

This paper investigates how to mitigate the impact of adjacent channel interference (ACI) in vehicular broadcast communication, using scheduling and power control. Our objective is to maximize the number of connected vehicles. First, we formulate the joint scheduling and power control problem as a mixed Boolean linear programming (MBLP) problem. From this problem formulation, we derive scheduling alone problem as Boolean linear programming (BLP) problem, and power control alone problem as an MBLP problem. Due to the hardness in solving joint scheduling and power control for multiple timeslots, we propose a column generation method to reduce the computational complexity. We also observe that the problem is highly numerically sensitive due to the high dynamic range of channel parameters and adjacent channel interference ratio (ACIR) values. Therefore, we propose a novel sensitivity reduction technique, which can compute the optimal solution. Finally, we compare the results for optimal scheduling, near-optimal joint scheduling and power control schemes, and conclude that the effective scheduling and power control schemes indeed significantly improve the performance.

研究の動機と目的

• 効率的なV2Vブロードキャストを実現するため、車輌adhocネットワーク（VANETs）における隣接周波数干渉（ACI）の課題に対処する。
• ACI制約下で、V2Vネットワーク内の接続済み車両数を最大化する。
• 複数のタイムスロットにわたる共同スケジューリングおよびパワー制御の計算効率の高い解決策を開発する。
• チャネルパラメータおよびACIR値の高いダイナミックレンジが引き起こす数値感受性を克服する。
• パラメータの変動に対しても最適解の計算が安定するように、感受性低減技術を提案する。

提案手法

• 共同スケジューリングおよびパワー制御問題を混合ブール線形プログラミング（MBLP）問題として定式化する。
• 問題を2つの部分問題に分解する：スケジューリングをブール線形プログラミング（BLP）問題、パワー制御をMBLP問題として扱う。
• 複数タイムスロットにわたる共同問題の解法における計算複雑性を低減するため、列生成法を適用する。
• チャネルパラメータおよびACIR値の高いダイナミックレンジ下でも解が安定するように、新規な感受性低減技術を導入する。
• 繰り返し最適化を用いて、数値的不安定性が生じても最適解を計算する。
• 最適スケジューリング、近似的最適な共同手法、およびベースライン手法を比較し、性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 共同スケジューリングおよびパワー制御を用いて、V2Vブロードキャスト通信における隣接周波数干渉をどのように効果的に軽減できるか？
• RQ2 チャネルパラメータおよびACIRの高いダイナミックレンジが、解の安定性および最適性に与える影響は何か？
• RQ3 列生成法は、複数タイムスロットにわたる共同スケジューリングおよびパワー制御において、計算複雑性を顕著に低減できるか？
• RQ4 提案された感受性低減技術は、解の信頼性および最適性をどの程度向上させるか？
• RQ5 最適および近似的最適な共同手法は、接続済み車両数およびシステム性能の観点から、どのように比較できるか？

主な発見

• 提案された共同スケジューリングおよびパワー制御方式は、ベースライン手法に比べて接続済み車両数を顕著に向上させる。
• 列生成法は、近似的最適な性能を維持しつつ、計算複雑性を効果的に低減する。
• 感受性低減技術により、チャネルパラメータおよびACIRの高いダイナミックレンジ下でも、最適解の信頼性ある計算が可能になる。
• 分離されたスケジューリングまたはパワー制御戦略に比べ、共同最適化アプローチは接続性および干渉低減の観点で優れる。
• 近似的最適な共同手法は、計算負荷を著しく低減しつつ、最適解に非常に近い性能を達成する。
• 問題は極めて数値的感受性が高く、本稿で提案された感受性低減技術がなければ、最適解は信頼性を持って計算できない。