【技术实现步骤摘要】
一种上行随机接入系统中基于信息年龄的状态更新方法
[0001]本专利技术属于物联网状态信息更新
,特别是涉及一种上行随机接入系统中基于信息年龄的状态更新方法。
技术介绍
[0002]近些年随着传感器技术的不断突破,物联网应用得到很好的发展。在很多物联网监测控制应用中,控制中心需要获取目标实时的状态,这就需要物联网中的机器节点不断采集被监测目标的实时状态信息并将其发送给控制中心,以帮助控制中心掌握目标当前的状态,进而完成监测控制任务。为准确刻画系统的状态更新性能,本专利技术采用信息年龄作为状态更新系统指标。信息年龄这一概念最早在(S.K.Kaul,R.D.Yates,and M.Gruteser,“Real
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time status:How often should one update”in Proc.IEEE INFOCOM,Orlando,FL,USA,2012,pp.2731
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2735.)中被提出,其定义为接收端收到的最新的数据包的产生时间与当前时间的差值。
[0003]在很多场景中,机器节点的数量较多,因此,采用传统的基于授权的接入方法很可能会引起较大开销信令和接入时延。更为重要的是,在物联网中,机器节点发送的数据包通常很短,其块长度可以下降到数百个信道使用,其中信道使用数为数据包在无线信道传输时所占用的时频资源块数量。与短数据包的传输时间相比,传统的基于授权的接入方法具有显著的接入延迟,这会大大降低状态数据包的传输效率。对此,本专利技术中采用的随机接入方式 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种上行随机接入系统中基于信息年龄的状态更新方法,其特征在于,上行随机接入系统包含K个机器节点和一个控制中心,机器节点均配备单天线;每个机器节点均监测各自对应的一个目标,在每个时隙内以概率p
g
采样一次目标状态信息,并将其封装成数据包存储在缓存中;随后,每个机器节点根据当前机器节点和控制中心处的信息年龄来决定是否在该时隙发送状态数据包;系统中共存在M个信道,当机器节点决定发送一个数据包时,将从M个信道中随机选择一个信道进行发送;为了避免远近效应,机器节点们采用反转功率控制机制,使得每个机器节点发送的数据包到达控制中心处的平均信噪比相同,且机器节点采用随机接入的方式发送数据包;具体包括以下步骤:步骤1、状态更新方案设计;以每个时隙内机器节点和控制中心处的信息年龄作为在该时隙的系统年龄状态,针对每个节点可能出现的系统年龄状态,优化对应的发送策略,以降低控制中心侧的平均信息年龄,并将优化后的方案存储到机器节点中;步骤2、机器节点获取系统年龄状态;在每个时隙,控制中心成功接收到数据包后给机器节点反馈成功接收信号,否则反馈失败接收信号,每个机器节点根据该反馈信号计算每个时隙控制中心的信息年龄,并查看其缓存内数据包的年龄,由此每个机器节点可知一个时隙内对应的系统年龄状态;步骤3、机器节点发送状态数据包;在每个时隙开始的时候,机器节点获知当前系统年龄状态后,查找此状态下的发送策略,并基于此将决定是否发送缓存内的数据包;步骤4、控制中心更新状态信息;若控制中心在某个时隙成功接收到一个数据包,控制中心替换掉原来的数据包,新的数据包的年龄即为当前控制中心处的信息年龄;之后重复进行步骤2、步骤3和步骤4。2.根据权利要求1所述的一种上行随机接入系统中基于信息年龄的状态更新方法,其特征在于,机器节点采用的反转功率控制机制为:当一个机器节点距离控制中心的距离为d时,该机器节点的发送功率为P=P0d
α
,其中,P0为控制中心处的期望接收功率,α为路径衰落因子。3.根据权利要求1所述的一种上行随机接入系统中基于信息年龄的状态更新方法,其特征在于,各机器节点采取随机接入的方式给控制中心发送数据包的方式为:当某个机器节点需要发送数据包时,从M个信道中随机选择一个信道进行发送。4.根据权利要求1所述的一种上行随机接入系统中基于信息年龄的状态更新方法,其特征在于,为了提高机器节点发送的数据包的新鲜度,在机器节点处采用替换策略,即当一个机器节点产生一个新的数据包后会将缓存中原来旧的数据包去掉,并将新的数据包放在缓存中等待发送。5.根据权利要求1所述的一种上行随机接入系统中基于信息年龄的状态更新方法,其特征在于,接入方案设计问题被建模为马尔科夫决策过程,对于任一机器节点,马尔科夫决策过程的状态空间、行动空间、转移概率为:状态空间具体为,在第t个时隙的系统状态s
t
为s
t
=(Δ
m
(t),Δ
b
(t)),其中Δ
m
(t)为第t个时隙机器节点处的信息年龄,即机器节点缓存的数据包的年龄,Δ
b
(t)为第t个时隙控制中心处的信息年龄;行动空间具体为,在每个时隙,根据当前系统状态,机器节点决定是否发送缓冲区中的数据包;机器节点在第t个时隙的发送行为a
t
有两种可能,a
t
=1表示机器节点在第t个时隙
发送数据包,a
t
=0表示机器节点在第t个时隙静默;转移概率具体为,转移概率Pr(s
t+1
|s
t
,a
t
)表示在第t个时隙系统状态为s
t...
【专利技术属性】
技术研发人员:于宝泉,蔡跃明,吴丹,杨炜伟,陈泳,
申请(专利权)人:中国人民解放军陆军工程大学,
类型:发明
国别省市:
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