基于信息年龄的无线网络通信资源调度方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于信息年龄的无线网络通信资源调度方法，包括组建由基站集中控制的无线D2D通信系统，初始化系统参数；D2D收发设备向基站发送当前时隙的状态信息；基站根据接收到的状态信息计算当前时隙的瞬时信息年龄A

【技术实现步骤摘要】
基于信息年龄的无线网络通信资源调度方法和系统


[0001]本专利技术涉及信息年龄的
，具体地，涉及基于信息年龄的无线网络通信资源调度方法和系统。

技术介绍

[0002]随着移动设备数量持续增长，移动游戏、高清电影和视频会议等多媒体应用的大量出现，以及物联网概念的逐步普及，推动了蜂窝移动通信技术的快速发展，也导致了对于更高数据速率和服务质量的需求的增加。无线网络的流量压力越来越大，这推动了第五代蜂窝网络的频谱利用率的研究。设备到设备通信是除了减小小区半径和增加更多网络资源之外的另一个能够提高网络频谱利用率的解决方案。
[0003]D2D通信使得距离相近的移动设备能够直接通信，而不需要基站中转。D2D通信在本地数据业务方面的固有优势，也使其可以应用到包括公共安全服务、车联网、蜂窝网络流量卸载、灾害救援、多跳中继和环境监测等领域。与此同时，低时延网络物理系统应用的重要性继续增长。自动驾驶需要最实时的周围环境的数据，远程手术需要精确实时的更新手术工具的位置，物联网网络的发展也对信息的实时传输提出了更高的要求。然而，仅仅以时延为指标并不能准确反映信息是否新鲜。
[0004]信息年龄作为一个新兴的指标，描述了从接收端的视角观察到的信息的及时性，它被定义为，收端最新接收并利用的信息从该信息产生时刻起经过的时间。在D2D通信网络中，及时更新并不等于最大化系统吞吐量或传输速率，也不等于最大化系统利用率。仅仅根据信道状态好坏进行信息更新将造成严重的不公平性导致部分链路的实时性较差，而常用的比例公平调度则无法定量评估公平性。对于有实时性数据传输要求的D2D通信网络，信息年龄可以作为一个主要的性能指标，用以调度与分配系统的通信资源，提升系统性能。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于信息年龄的无线网络通信资源调度方法和系统。
[0006]根据本专利技术提供的一种基于信息年龄的无线网络通信资源调度方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：组建由基站集中控制的无线D2D通信系统，初始化系统参数；
[0008]步骤2：D2D收发设备向基站发送当前时隙的状态信息；
[0009]步骤3：基站根据接收到的状态信息计算当前时隙的瞬时信息年龄A
i
(k)，各条链路的传输成功概率μ
i
(k)，以及下个时隙的期望信息年龄E[A
i
(k+1)]；
[0010]步骤4：基站求解关于链路激活决策x
i
(k)的整数规划问题，得到使下个时隙期望信息年龄E[A
i
(k+1)]的链路激活决策x
i
(k)的解；
[0011]步骤5：基站将链路激活决策发送给对应链路i；
[0012]步骤6：D2D链路根据收到的链路激活决策进行信息传输，传输结束后记录传输结
果；当前时隙结束，令k＝k+1，返回执行步骤2。
[0013]优选地，所述步骤1中组建由基站集中控制的无线D2D通信系统包括：多个空间位置随机分布的传输时间敏感信息的D2D收发设备，与一个用于集中控制D2D链路传输调度的基站；
[0014]所述基站通过信令集中控制链路完成设备间直接的信息传输，所述基站集中控制的D2D无线通信系统的初始化系统参数，所述初始化系统参数包括：设备对个数N，D2D发送设备发射功率P，信干噪比解码门限值β
i
，其中，i表示第i条链路，初始时隙k＝1，各链路的初始瞬时信息年龄A
i
(k|k＝1)。
[0015]优选地，所述步骤2中D2D收发设备向基站发送当前时隙的状态信息包括：接收设备在上个时隙k
‑
1时的传输状态b
i
(k
‑
1)，其中，b
i
(k
‑
1)＝1表示信息得到更新，b
i
(k
‑
1)＝0表示信息没有得到更新；各条链路的接收器与发射器的位置信息表示信息没有得到更新；各条链路的接收器与发射器的位置信息其中，分别表示发射器与接收器的二维空间坐标，通过全球卫星导航系统获取。
[0016]优选地，所述步骤3中基站利用上个时隙保存的各条链路的瞬时信息年龄A
i
(k
‑
1)和接收到的传输状态b
i
(k
‑
1)计算当前时隙各条链路的瞬时信息年龄A
i
(k)＝A
i
(k
‑
1)[1
‑
b
i
(k
‑
1)]+1。基站计算各链路的传输成功概率，链路i在当前时隙k的传输成功概率μ
i
(k)，计算公式为：其中
[0017]x
i
(k)表示基站在时隙k对链路i做出的链路激活决策，x
i
(k)＝1表示进行传输，x
i
(k)＝0表示不进行传输，h
ji
表示链路j的发射器与链路i的接收器间的小尺度衰落，α表示路径损耗指数，ρ
i
表示传输成功概率受环境噪声的影响，D
ji
表示链路i的传输成功概率受链路j的发射器的干扰影响，d
ji
表示链路j的发射器与链路i的接收器之间的距离，σ2表示环境中的加性高斯白噪声。基站计算下个时隙的期望信息年龄E[A
i
(k+1)]，计算公式为：
[0018]优选地，所述步骤4中基站求解关于链路激活决策x
i
(k)的整数规划问题，所述整数规划问题如下：
[0019][0020]通过计算得到所述整数规划问题的解
[0021]本专利技术还提供一种基于信息年龄的无线网络通信资源调度系统，包括如下模块：
[0022]模块M1：组建由基站集中控制的无线D2D通信系统，初始化系统参数；
[0023]模块M2：D2D收发设备向基站发送当前时隙的状态信息；
[0024]模块M3：基站根据接收到的状态信息计算当前时隙的瞬时信息年龄A
i
(k)，各条链路的传输成功概率μ
i
(k)，以及下个时隙的期望信息年龄E[A
i
(k+1)]；
[0025]模块M4：基站求解关于链路激活决策x
i
(k)的整数规划问题，得到使下个时隙期望信息年龄E[A
i
(k+1)]的链路激活决策x
i
(k)的解；
[0026]模块M5：基站将链路激活决策发送给对应链路i；
[0027]模块M6：D2D链路根据收到的链路激活决策进行信息传输，传输结束后记录传输结果；当前时隙结束，令k＝k+1，返回执行模块M2。
[0028]优选地，所述模块M1中组建由基站集中控制的无线D2D通信系统包括：多个空间位置随机分布的传输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于信息年龄的无线网络通信资源调度方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：组建由基站集中控制的无线D2D通信系统，初始化系统参数；步骤2：D2D收发设备向基站发送当前时隙的状态信息；步骤3：基站根据接收到的状态信息计算当前时隙的瞬时信息年龄A
i
(k)，各条链路的传输成功概率μ
i
(k)，以及下个时隙的期望信息年龄E[A
i
(k+1)]；步骤4：基站求解关于链路激活决策x
i
(k)的整数规划问题，得到使下个时隙期望信息年龄E[A
i
(k+1)]的链路激活决策x
i
(k)的解；步骤5：基站将链路激活决策发送给对应链路i；步骤6：D2D链路根据收到的链路激活决策进行信息传输，传输结束后记录传输结果；当前时隙结束，令k＝k+1，返回执行步骤2。2.根据权利要求1所述的一种基于信息年龄的无线网络通信资源调度方法，其特征在于，所述步骤1中组建由基站集中控制的无线D2D通信系统包括：多个空间位置随机分布的传输时间敏感信息的D2D收发设备，与一个用于集中控制D2D链路传输调度的基站；所述基站通过信令集中控制链路完成设备间直接的信息传输，所述基站集中控制的D2D无线通信系统的初始化系统参数，所述初始化系统参数包括：设备对个数N，D2D发送设备发射功率P，信干噪比解码门限值β
i
，其中，i表示第i条链路，初始时隙k＝1，各链路的初始瞬时信息年龄A
i
(k|k＝1)。3.根据权利要求1所述的一种基于信息年龄的无线网络通信资源调度方法，其特征在于，所述步骤2中D2D收发设备向基站发送当前时隙的状态信息包括：接收设备在上个时隙k
‑
1时的传输状态b
i
(k
‑
1)，其中，b
i
(k
‑
1)＝1表示信息得到更新，b
i
(k
‑
1)＝0表示信息没有得到更新；各条链路的接收器与发射器的位置信息得到更新；各条链路的接收器与发射器的位置信息其中，分别表示发射器与接收器的二维空间坐标，通过全球卫星导航系统获取。4.根据权利要求1所述的一种基于信息年龄的无线网络通信资源调度方法，其特征在于，所述步骤3中基站利用上个时隙保存的各条链路的瞬时信息年龄A
i
(k
‑
1)和接收到的传输状态b
i
(k
‑
1)计算当前时隙各条链路的瞬时信息年龄A
i
(k)＝A
i
(k
‑
1)[1
‑
b
i
(k
‑
1)]+1。基站计算各链路的传输成功概率，链路i在当前时隙k的传输成功概率μ
i
(k)，计算公式为：其中其中x
i
(k)表示基站在时隙k对链路i做出的链路激活决策，x
i
(k)＝1表示进行传输，x
i
(k)＝0表示不进行传输，h
ji
表示链路j的发射器与链路i的接收器间的小尺度衰落，α表示路径损耗指数，ρ
i
表示传输成功概率受环境噪声的影响，D
ji
表示链路i的传输成功概率受链路j的发射器的干扰影响，d
ji
表示链路j的发射器与链路i的接收器之间的距离，σ2表示环境中的加性高斯白噪声。基站计算下个时隙的期望信息年龄E[A
i
(k+1)]，计算公式为：(k+1)]，计算公式为：5.根据权利要求1所述的一种基于信息年龄的无线网络通信资源调度方法，其特征在
于，所述步骤4中基站求解关于链路激活决策x
i
(k)的整数规划问题，所述整数规划问题如下：下：通过计算得到所述整数规划问题的解6....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振宇，罗祾，华珉，李文清，潘爱强，刘哲，陈智勇，夏斌，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：