数字孪生赋能的空天地一体化网络中动态数据同步方法技术

本发明专利技术提出了一种数字孪生赋能的空天地一体化网络中动态数据同步方法，主要解决现有技术在偏远地区无法传输数据，导致车联网服务质量低的问题。其实现方案为：1)构建数字孪生赋能的异构网络模型；2)计算车辆接入不同网络链路的数据传输速率和时延；3)根据车辆的传输数据成本和时延建立车辆数字孪生体的异构网络选择问题；4)利用基于DQN的方法获得异构网络选择问题的最优决策，使车辆根据该决策接入一组最优的网络进行数据同步。本发明专利技术通过为车辆用户提供异构网络链路接入决策，能在充分考虑用户自身数据同步需求和异构网络资源状态的同时，以最大效益完成数据同步，提高车联网服务质量，满足用户多样化业务需求，可用于智能交通系统。能交通系统。能交通系统。

【技术实现步骤摘要】
数字孪生赋能的空天地一体化网络中动态数据同步方法


[0001]本专利技术属于车联网
，特别涉及一种动态数据同步方法，可用于智能交通系统。

技术介绍

[0002]第六代空天地一体化网络和车联网的结合可以为车辆提供无处不在的车载服务。然而，随着大量设备的接入，每一个车辆将产生海量的私人数据，如运行状态和驾驶习惯，而现有的空天地一体化网络无法高效地管理网络中具有多样化特征的数据。另一方面，车辆中的服务和应用需要海量节点占用大量的资源进行频繁的数据交互来制定优化方案和决策，如交通管理和资源分配，从而降低网络中资源的利用率。
[0003]数字孪生，作为一种将物理实体的状态和参数映射至数字网络的技术，被期待来解决空天地一体化网络中的上述问题。具体地，通过对车辆建立数字孪生体，孪生体可以映射车辆的私人数据从而在保证驾驶安全的同时对车辆数据进行高效的管理和分析。此外，在数字孪生网络中，车辆的孪生体和基础设施的孪生体可以进行跨时间的交互决策，从而高效地为物理网络中的节点制定优化方案。基于上述优势，数字孪生赋能的空天地一体化网络受到了学术界和工业界广本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字孪生赋能的空天地一体化网络中动态数据同步方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)构建数字孪生赋能的空天地一体化网络模型：构建包括N个车辆，M个网络接入设施，N个车辆数字孪生体DT
i
和M个网络接入设施数字孪生体DT
j
的数字孪生体赋能的空天地一体化网络系统，其中每个网络接入设施由蜂窝基站b、无人机u和卫星s组成，且(2)计算车辆接入不同网络链路的数据传输速率和时延：2a)分别计算车辆i接入蜂窝基站b的传输速率r
i,b
，车辆i接入无人机u的传输速率r
i,u
，无人机u接入控制中心c的传输速率r
u,c
，车辆i接入卫星s的传输速率r
i,s
，卫星s接入地面站g的传输速率r
s,g
；2b)根据每个时隙t车辆要同步的数据大小D
i
(t),计算车辆i分别到蜂窝基站b、控制中心c、地面站这三条传输链路的数据传输时延T
i,b
(t)，T
i,c
(t)，T
i,g
(t)；(3)建立车辆数字孪生体的异构网络选择问题：3a)将车辆i从起点到终点的驾驶时间划分为W个时隙，在每个时隙t，车辆i在可用的网络链路m
i
(t)中选择接入一种网络，并选择要完成同步的数据大小D
i
(t)；3b)使用矩阵L＝[l
ij
]表示车辆i与网络接入设施j的连接关系，若车辆i接入网络设施j，则l
ij
＝1，否则l
ij
＝0；3c)根据车辆的传输数据的成本Ψ
ij
(t)和时延T
ij
(t)将车辆i的异构网络选择问题表示为:为:为:其中，Ψ
ij
(t)＝φ
j
·
T
ij
(t)，φ
j
表示网络接入设施j的单位时间接入成本，表示权重因子，l
ij
表示一个布尔变量，其只能有0和1两种状态；(4)利用基于DQN的方法获得异构网络选择问题的最优策略：(4a)将异构网络选择问题建模为马尔可夫决策过程，即定义其状态空间、动作空间和奖励：状态空间：包括车辆位置loc
i
(t)，数据同步时延T
ij
(t)，以及车辆用户i剩余需要同步的数据量DR
i
(t),表示为S(t)＝{loc
i
(t),T
ij
(t),DR
i
(t)}；动作空间：包括车辆对当前可接入网络链路和传输数据量的选择，车辆i的孪生体动作空间表示为A(t)＝{L
i
(t),D
i
(t)}，其中，L
i
(t)∈m
i
(t)，D
i
(t)∈{0,1,2}，其中0、1、2分别代表不传输数据，传输1M数据和2M数据；奖励：是指车辆i在时隙t执行完动作后，将从环境获得的奖励：R(t)＝λ1r(t)
‑
λ2p(t)，其中，为奖励函数，为惩罚因子，D
i
表示车辆i总的待同步数据量，λ1和λ2分别是奖励和惩罚的伸缩系数；
(4b)利用DQN为马尔可夫决策过程求最优解，即根据所定义的状态空间、动作空间及奖励，采用DQN算法对车辆i在每个时隙的链路接入和同步数据量进行决策，使每个时刻的动作效用最大化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的车辆数字孪生体DT
i
和网络接入设施数字孪生体DT
j
，分别表示如下：DT
j
(t)＝{C
j
,φ
j
,loc
j
}其中，是第i辆车在时刻t的运行状态，包括：传输功率、需要同步的数据量、时刻t的可接入的网络；O
i
和E
i
分别表示车辆的出发地和目的地；是车辆i对时延和成本的偏好，loc
i

【专利技术属性】
技术研发人员：惠一龙，赵晓圆，赵高升，赵文熙，李璎梦，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：