基于多智能体深度强化学习的车联网通信资源分配优化.zip

from __future__ import division import numpy as np import time import random import math np.random.seed(1234) ''' 定义了架构的四个基本CLASS，分别是：V2Vchannels，V2Ichannels，Vehicle，Environ。 其中Environ的方法（即函数）最多，Vehicle没有函数只有几个属性，其余两者各有两个方法（分别是计算路损和阴影衰落）。 ''' class V2Vchannels: # Simulator of the V2V Channels # 内部参数：这里将bs和ms的高度设置为1.5m，阴影的std为3，都是来自TR36 885-A.1.4-1(规范)；载波频率为2，单位为GHz； def __init__(self): self.t = 0 self.h_bs = 1.5 self.h_ms = 1.5 self.fc = 2 self.decorrelation_distance = 10 self.shadow_std = 3 # 计算路损 def get_path_loss(self, position_A, position_B): d1 = abs(position_A[0] - position_B[0]) d2 = abs(position_A[1] - position_B[1]) d = math.hypot(d1, d2) + 0.001 # 返回欧几里德范数 d_bp = 4 * (self.h_bs - 1) * (self.h_ms - 1) * self.fc * (10 ** 9) / (3 * 10 ** 8) def PL_Los(d): if d <= 3: return 22.7 * np.log10(3) + 41 + 20 * np.log10(self.fc / 5) else: if d < d_bp: return 22.7 * np.log10(d) + 41 + 20 * np.log10(self.fc / 5) else: return 40.0 * np.log10(d) + 9.45 - 17.3 * np.log10(self.h_bs) - 17.3 * np.log10(self.h_ms) + 2.7 * np.log10(self.fc / 5) def PL_NLos(d_a, d_b): n_j = max(2.8 - 0.0024 * d_b, 1.84) return PL_Los(d_a) + 20 - 12.5 * n_j + 10 * n_j * np.log10(d_b) + 3 * np.log10(self.fc / 5) if min(d1, d2) < 7: PL = PL_Los(d) else: PL = min(PL_NLos(d1, d2), PL_NLos(d2, d1)) return PL # + self.shadow_std * np.random.normal() # 更新阴影衰落 # 这个更新公式是出自文献[1]-A-1.4 Channel model表格后的部分 def get_shadowing(self, delta_distance, shadowing): return np.exp(-1 * (delta_distance / self.decorrelation_distance)) * shadowing \ + math.sqrt(1 - np.exp(-2 * (delta_distance / self.decorrelation_distance))) * np.random.normal(0, 3) # standard dev is 3 db # 包含的两个方法和V2V相同，但是计算路损的时候不再区分Los了 # 两个方法均是文献[1]-Table A.1.4-2的内容和其后的说明 class V2Ichannels: # Simulator of the V2I channels def __init__(self): self.h_bs = 25 self.h_ms = 1.5 self.Decorrelation_distance = 50 self.BS_position = [750 / 2, 1299 / 2] # center of the grids self.shadow_std = 8 def get_path_loss(self, position_A): d1 = abs(position_A[0] - self.BS_position[0]) d2 = abs(position_A[1] - self.BS_position[1]) distance = math.hypot(d1, d2) return 128.1 + 37.6 * np.log10(math.sqrt(distance ** 2 + (self.h_bs - self.h_ms) ** 2) / 1000) # + self.shadow_std * np.random.normal() def get_shadowing(self, delta_distance, shadowing): nVeh = len(shadowing) self.R = np.sqrt(0.5 * np.ones([nVeh, nVeh]) + 0.5 * np.identity(nVeh)) return np.multiply(np.exp(-1 * (delta_distance / self.Decorrelation_distance)), shadowing) \ + np.sqrt(1 - np.exp(-2 * (delta_distance / self.Decorrelation_distance))) * np.random.normal(0, 8, nVeh) class Vehicle: # Vehicle simulator: include all the information for a vehicle # 初始化时需要传入三个参数：起始位置、起始方向、速度。 # 函数内部将自己定义两个list：neighbors、destinations，分别存放邻居和V2V的通信端（这里两者在数值上相同，因为设定V2V的对象即为邻居） def __init__(self, start_position, start_direction, velocity): self.position = start_position self.direction = start_direction self.velocity = velocity self.neighbors = [] self.destinations = [] class Environ: # 初始化需要传入4个list（为上下左右路口的位置数据）：down_lane, up_lane, left_lane, right_lane；地图的宽和高； # 车辆数和邻居数。除以上所提外，内部含有好多参数，如下： def __init__(self, n_veh, n_neighbor): # ################## SETTINGS ###################### # 参数初始化：这部分直接写在代码中，没有函数，大概包括：地图属性（路口坐标，整体地图尺寸）、#车、#邻居、#RB、#episode，一些算法参数 # 对于地图参数 up_lanes / down_lanes / left_lanes / right_lanes 的含义，首先要了解本次所用的系统模型由3GPP TR 36.885的城市案例 # 给出，每条街有四个车道（正反方向各两个车道） ，车道宽3.5m，模型网格（road grid）的尺寸以黄线之间的距离确定，为433m*250m， # 区域面积为1299m*750m。仿真中等比例缩小为原来的1/2（这点可以由 width 和 height 参数是 / 2 的看出来）， # 反映在车道的参数上就是在 lanes 中的 i / 2.0 。 ''' 下面以 up_lanes 为例进行说明。在上图中我们可以看到，车道宽3.5m，所以将车视作质点的话，应该是在3.5m的车道中间移动的， 因此在 up_lanes 中 in 后面的 中括号里 3.5 需要 /2，第二项的3.5就是通向双车道的第二条车道的中间； 第三项 +250 就是越过建筑物的第一条同向车道，以此类推 ''' up_lanes = [i / 2.0 for i in [3.5 / 2, 3.5 / 2 + 3.5, 250 + 3.5 / 2, 250 + 3.5 + 3.5 / 2, 500 + 3.5 / 2, 500 + 3.5 + 3.5 / 2]] down_lanes = [i / 2.0 for i in [250 - 3.5 - 3.5 / 2, 250 - 3.5 / 2, 500 - 3.5 - 3.5 / 2, 500 - 3.5 / 2, 750 - 3.5 - 3.5 / 2, 750 - 3.5 / 2]] left_lanes = [i / 2.0 for i in [3.5 / 2, 3.5 / 2 + 3.5, 433 + 3.5 / 2, 433 + 3.5 + 3.5 / 2, 866 + 3.5 / 2, 866 + 3.5 + 3.5 / 2]] right_lanes = [i / 2.0 for i in [433 - 3.5 - 3.5 / 2, 433 - 3.5 / 2, 866 - 3.5 - 3.5 / 2, 866 - 3.5 / 2, 1299 - 3.5 - 3.5 / 2, 1299 - 3.5 / 2]] width = 750 / 2 height = 1298 / 2 self.down_lanes = down_lanes self.up_lanes = up_lanes self.left_lanes = left_lanes self.right_lanes = right_lanes self.width = width self.height = height self.V2Vchannels = V2Vchannels() self.V2Ichannels = V2Ichannels() self.vehicles = [] self.demand = [] self.V2V_Shadowing = [] self.V2I_Shadowing = [] self.delta_distance = [] self.V2V_channels_abs = [] self.V2I_channels_abs = [] self.V2I_power_dB = 23 # 23dBm = 0.199W # self.V2V_power_dB_List = [23, 15, 5, -100] # the power levels.23dBm=0.199W;15dBm=0.03W;5dBm=0.003W;-100dBm=0.1pW #self.V2V_power_dB_List = [23, 20, 17, 14, 11, 8, 5, -100] # the power levels.23dBm=0.199W;15dBm=0.03W;5dBm=0.003W;-100dBm=0.1pW self.sig2_dB = -114 self.bsAntGain = 8 # 基站单天线增益 self.bsNoiseFigure = 5 # 基站噪声系数 self.vehAntGain = 3 # 车辆单天线增益 self.vehNoiseFigure = 9 self.sig2 = 10 ** (self.sig2_dB / 10) # dB转化成mW单位 self.n_RB = n_veh # 正交频带数目 self.n_Veh = n_veh self.n_neighbor = n_neighbor self.time_fast = 0.001 self.time_slow = 0.1 # update slow fading/vehicle position every 100 ms self.bandwidth = int(1e6) # bandwidth per RB, 1 MHz self.demand_size = int((4 * 190 + 300) * 8 * 1) # V2V payload: 2 * 1060 Bytes every 100 ms self.V2V_Interference_all = np.zeros((self.n_Veh, self.n_neighbor, self.n_RB)) + self.sig2 # 定义RB为频域上连续的12个子载波 # 添加车：有两个方法�