[发明专利]一种物联网中多源节点信息更新的信息年龄优化方法

说明书

本发明公开了一种物联网中多源节点信息更新的信息年龄优化方法。该方法包括：首先考虑各类信息内容的信息年龄(AoI)，该度量指标用于捕捉物联网场景中信息内容的新旧程度或者及时性；然后在此基础下建立效用模型，假设物联网节点采集的信息是第一次缓存在基站中的，并且在每个节点都能被其他节点共同观察的情况下，决策节点如何上传信息内容到基站中，使得系统整体效用最大化。由于此问题是NP难问题，本发明提出了一个满足近似比的高效算法来解出最优决策方案。该方法能够降低处理信息内容的时间复杂度；本发明提出的方法虑了信息价值、传输成本和信息时效性之间的权衡；本发明提出的方法同时考虑了节点之间相互干扰，更接近现实情况。

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，特别是涉及一种物联网中多源节点信息更新的信息年龄优化方法。

背景技术

近年来，5G和物联网(IoT)结合的新兴应用提高了对及时、可靠的信息更新以实现远程监测和控制的需求。以自动驾驶系统为例，车辆一般需要掌握自身的实时位置、速度和行车交通信息，才能实现交叉、避碰、组队驾驶等驾驶辅助应用。这里的关键问题是保持数据尽可能的新鲜，因为自动驾驶的安全性严重依赖于最新的状态信息。这种对数据新鲜度的要求也可以在许多其他应用程序中看到，包括新闻更新、股票报价、购物促销等。

为了表征信息的新旧程度，引入了一个名为信息年龄(Age of information,AoI)的新指标，该指标被定义为度量从源节点(SN)生成此信息以来经过的时间。此外，由于硬件设置和通信距离的异构性，即使是相同类型的内容，它们的生成/通信成本也可能不相同。因此，一个有效的信息更新机制除了简单考虑内容的AoI外，还应该考虑源节点提供的信息内容的服务质量和成本。传统的解决方案大多数都没有考虑到AoI对信息产生采集产生的影响，并且都是基于源节点产生的信息是独立的假设，没有共同的观察。该假设在现实中难以实现，因为大部分物联网业务信息之间会有一定的关联性。

He提出了一种先来先服务(FCFS)的信息分组方法，即先到达的信息内容有最高的优先处理级别，但这种方案只考虑了信息的时效性，并没有考虑对信息内容的不同评价指标(Q.He,D.Yuan and A.Ephremides,“Optimal link scheduling for ageminimizationin wireless systems,”IEEE Transactions on InformationTheory)。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种物联网中多源节点信息更新的信息年龄优化方法。

本发明提供的物联网中多源节点信息更新的信息年龄优化方法，能够在每个源节点都能被其他源节点共同观察的情况下，解决将节点中的内容上传到基站中的信息传输调度问题。在优化AoI的同时，本发明还考虑了源节点在感知质量和代价上的异质性。

本发明把物联网设备视作源节点(SN)，基站(BS)看作目的节点，基站将根据这些源节点传送过来的信息内容的AoI、信息的价值、传输的成本建立分组包的传输模型，这个模型目标是最大化效用和最小化信息年龄AoI，而源节点之间的相互观测和相互影响且每个节点所能上传的信息内容数量是有限的。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。