一种基于无人机搭载智能反射面辅助通信的信息年龄优化方法

本发明属于无线网络中的指令信息更新领域，具体涉及一种基于无人机搭载智能反射面辅助通信的信息年龄优化方法。

背景技术：

1、近些年随着b5g技术的发展，一些突发应急任务对信息新鲜性要求越来越高。比如在森林火灾救援场景中，救援人员需要长期掌握新鲜的指令信息才能保证有效决策。然而，传统的性能指标如吞吐量、时延等不能准确衡量信息新鲜程度，直到s.k.kaul等人提出了信息年龄指标(s.k.kaul,r.d.yates,and m.gruteser,“real-time status:how oftenshould one update？”in proc.ieee infocom,orlando,fl,usa,2012,pp.2731–2735.)，信息新鲜程度才得以准确刻画。信息年龄的定义为接收端收到的最新数据包的产生时刻与当前时刻的差值。此外，由于指令信息的数据量较小，控制中心将其编码为短数据包传输，但是短数据包传输过程中存在不可忽略的误包率，一旦出现误包情况，救援人员掌握的指令信息会因为没有及时更新而变得不新鲜。为此，现有文献提出各种策略来降低短包传输的信息年龄，比如文献(basnayaka,m.wijerathna,k.jayakody,and z.chang,“age-of-information-basedurllc-enableduav wireless communications system,”ieeeinternet things j.,vol.9,no.12,pp.10212-10223,2021.)将无人机作为一个移动中继来改善短数据包传输的信息年龄性能。由于无人机可通过灵活部署提供视距信道，而智能反射面可重构无线环境从而实现信号增强或干扰抑制，所以无人机搭载智能反射面辅助短数据包传输也非常有前景，比如文献(l.wei,k.wang,c.pan and m.elkashlan,“averageerror probability for uav-ris enabled short packet communications,”ieeetrans.veh.technol.,2023.)分析了无人机搭载智能反射面辅助短包通信的信噪比和平均误包率。

2、现有关于无人机搭载智能反射面辅助短包传输的工作大多关注传输速率和可靠性，不能直接应用于关注信息年龄的突发应急场景。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于面向地面通信困难的突发应急场景提供一种无人机搭载智能反射面辅助通信的信息年龄性能提升方法，并获得较优的信息年龄性能。

2、实现本发明目的的具体技术方案为：

3、一种基于无人机搭载智能反射面辅助通信的信息年龄优化方法，包括以下步骤：

4、步骤1、获取信道状态信息；

5、步骤2、构建信息年龄优化模型；

6、步骤3、基于步骤2构建的信息年龄优化模型进行求解，获取最优的传输参数；

7、步骤4、基于步骤3获取的最优传输参数进行指令数据包传输，并更新指令信息。

8、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

9、(1)本发明的方案控制中心基于当前信道状态信息，合理设置智能反射面反射系数矩阵，然后灵活分配传输用户信息的时间长度、功率大小并优化无人机轨迹，随后将反射系数矩阵和无人机轨迹反馈给搭载智能反射面的无人机，接下来按照优化方案发送信息给用户；这种信息年龄优化方法可应用于地面通信困难的突发应急场景，但不局限于该场景；

10、(2)本发明的方案使用了智能反射面技术，与传统中继技术相比，该技术具备低成本和低能耗等特点，且智能反射面仅被动地反射信号而不需要复杂的信号处理能力，所以也不会给反射信号添加额外的噪声；

11、(3)本发明的方案以平均信息年龄为指标，专注于提高系统的信息新鲜度，许多现有技术关注的是传统性能指标，如可靠性、时延和吞吐量等，然而这些指标不能很好地衡量信息新鲜性，所以这些技术不能直接用于指导对信息新鲜度要求比较高的通信场景；

12、(4)本发明的方案充分考虑了用户间的公平性，以用户间的最大平均信息年龄作为优化目标，保证了所有用户的信息新鲜性。

13、下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。

技术特征：

1.一种基于无人机搭载智能反射面辅助通信的信息年龄优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于无人机搭载智能反射面辅助通信的信息年龄优化方法，其特征在于，所述步骤1中的获取信道状态信息，具体为：

3.根据权利要求1所述的基于无人机搭载智能反射面辅助通信的信息年龄优化方法，其特征在于，所述步骤2中的构建信息年龄优化模型，具体为：

4.根据权利要求3所述的基于无人机搭载智能反射面辅助通信的信息年龄优化方法，其特征在于，所述步骤3中的信息年龄优化模型的求解，具体为：

5.根据权利要求3所述的基于无人机搭载智能反射面辅助通信的信息年龄优化方法，其特征在于，所述将信息年龄优化模型分为多个子问题，具体为：

6.根据权利要求3所述的基于无人机搭载智能反射面辅助通信的信息年龄优化方法，其特征在于，所述利用交替优化方法进行求解，具体为：

7.根据权利要求1所述的基于无人机搭载智能反射面辅助通信的信息年龄优化方法，其特征在于，所述步骤4中的指令数据包传输并更新指令信息，具体为：

8.一种基于无人机搭载智能反射面辅助通信的信息年龄优化系统，其特征在于，包括以下模块：

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于无人机搭载智能反射面辅助通信的信息年龄优化方法，首先获取信道状态信息，并构建信息年龄优化模型，之后基于构建的信息年龄优化模型进行求解，获取最优的传输参数，最后基于获取的最优传输参数进行指令数据包传输，并更新指令信息。本发明的方案基于当前信道状态信息，合理设置智能反射面反射系数矩阵，然后灵活分配传输用户信息的时间长度、功率大小并优化无人机轨迹，以平均信息年龄为指标，专注于提高系统的信息新鲜度，可应用于地面通信困难的突发应急场景，同时充分考虑了用户间的公平性，以用户间的最大平均信息年龄作为优化目标，保证了所有用户的信息新鲜性。

技术研发人员：管新荣,张洋译,蔡跃明,杨文东,杨炜伟,吴丹,陈泳,朱泽源
受保护的技术使用者：中国人民解放军陆军工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12