【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于物联网状态更新，尤其涉及一种能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法。
技术介绍
1、全球演进的无线网络正在连接一切，以支持具有各种要求和设备限制的广泛使用案例。在这些用例中，支持各种物联网(iot)网络的机器类型通信已经取得了很大进展，它使大量物联网设备接入网络。在这些对时间敏感甚至关键任务的应用中，保持远程监视器上的状态信息尽可能新鲜至关重要。然而，传统的度量标准(如中断、吞吐量和延迟)无法充分表征状态更新的新鲜度。为了填补这一空白，信息新鲜度(aoi)或信息年龄的提出，这使得捕获和测量状态更新的新鲜度成为可能。为了提高能源可持续性，因此能量采集(eh)方案应运而生，它是通过从环境射频(rf)信号或无线电站中采集能量来为设备远程充电的有前途的方案。
2、aoi与时延不同，aoi是以连续且大量数据传输为出发点衡量接收端接收到信号的新鲜程度，也用来描述信息的及时性，而时延则侧重于单个数据由产生到接收的总时长，即在系统中逗留的时长，并没有考虑连续的发送接收过程。综上，aoi更能体现信息的时效性。aoi可以定义为最近接收时刻(状态更新完成时刻)到当前时刻之间的时间间隔，用δ(t)＝t-g(t)表示，其中t表示任意时刻，g(t)表示最近一个数据包被成功接收的时刻，一般也称作上一时刻状态更新的完成时刻。如附图1所示，此系统是从0时刻开始，所以目的节点的aoi为δ(0)＝δ0。ti表示数据包的生成时刻，ti′表示到被节点接收的时刻，也称状态更新的时刻。在ti′和ti之间没有状态更新的完成，所以aoi会呈线性增长。
3、在iot系统中，状态更新分组的块长度通常较短，这将导致显著的分组错误。因此，需要更准确的性能指标来表征通信性能。为了更好地描述这种情况，提出了短包理论来分析解误码率。短包通信中编码速率的严格界限由下式给出
4、
5、其中表示瞬时snr，表示信道增益，表示信道色散，q-1(·)表示q(·)函数的反函数。所以有限块长度范围内的块错误概率由下式给出：
6、
7、源节点s和中继节点r均来自于充电塔ct发射的射频信号中的能量。假设整个系统都是同步的，所以在任意充电时隙k中，对于给定的网络节点接收到的射频能量信号表示为其中pct为充电塔ct的传输功率，xct是ct的传输信号是awgn。正如常用的那样，在能量采集方案中，可以忽略awgn的影响即忽略不计，并采用线性能量采集模型。在时隙k，给定的网络节点所接收到的能量为其中η表示能量转换效率。由于只有在完全充满电的情况下节点才会触发，这就使得需要很多个时隙来给节点容量为bu的两个节点完成充电。在当前时隙k所储存的能量是之前时刻所储存的能量加上这一时隙所获得的能量之和。因此在时隙k所储存的能量为
8、
9、式中为指令函数，若x为真，则为假则
10、大多数文献缺乏对协作中继以及在能量采集下的aoi的性能分析，不考虑能量以及中继的情况，然而面对现实复杂多变的通信场景，能量损耗带来的延迟是不可忽略不计的，所以要结合能量采集和中继协作综合考虑。另一方面大多数文献缺乏对tarq协议下的aoi的性能分析，在多跳系统信息进行传输时，如果不及时抛弃解码失败的数据包就会导致抢占的发生，最终导致信息错误率大大增加，影响信息传输的可靠性。通过分析tarq协议可以找到最佳的重传次数以解决信息错误所导致的系统延迟。本专利技术将考虑能量采集以及arq协议与tarq协议，利用凸优化的方法减小信息新鲜度。
技术实现思路
1、本专利技术旨在保证提高能源可持续性的前提下，尽可能的减小arq协议与tarq协议下双跳短包的信息新鲜度。在物联网系统中，首先通过联合瑞利信道以及视频能量信号传输描述了短包通信中的块错误率，并在能量采集的基础上研究了arq协议与tarq协议下的平均峰值aoi。为了保证接收端所收信息的新鲜度，本专利技术采用凸优化中梯度下降的方法分别分析了数据包长对arq协议下的平均峰值aoi的影响以及重传次数在tarq协议下的平均峰值aoi的影响。
2、本专利技术采用的技术方案是：基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，包括以下步骤：
3、步骤s1：自动重传请求(arq)协议下，在源节点s和中继节点r充满电的情况下，第一跳中s先向r发送数据包，并在r处进行解码，若r处解码成功，则会返回一个ack给s否则将会重传数据包直到收到ack；同理在第二跳中r也会等待目的节点d的ack，未收到ack将会重传数据包，直到接收到ack为止，最终求得apaoi；
4、步骤s2：截断自动重传请求(tarq)协议下，l1和l2分别是两跳中每个分组的最大允许重传次数，在源节点s和中继节点r充满电的情况下，在第一跳中，如果r在l1次传输后未能收到数据包，该数据包将被丢弃，并且s将等待生成要发送的新更新；在第二跳中，当数据包在d上成功解码时，ack被发送到s和r；如果数据包在l2次传输中未能成功地在d中解码，则该数据包将被r丢弃，s将等待生成新的更新并重复第一跳,最终求得apaoi；
5、步骤s3：分别对arq与tarq协议下的paoi最小化构建优化问题，并对优化问题进行求解。
6、本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，用于被处理器执行时，实现上述基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法。
7、本专利技术的有益效果主要是：提出在能量采集下的物联网的状态更新，在节能的同时减少了系统传输的延迟，保证了信息传输的新鲜度，同时在arq协议下通过梯度下降找到最小包长来使得apaoi最小化，在tarq协议下通过梯度下降法找到两条中的最大重传技术来使得apaoi最小化。
8、1.面对现实复杂多变的通信场景，能量损耗带来的延迟是不可忽略不计的，结合能量采集和中继协作可以降低能量损耗，也可扩大通信范围。
9、2.通过分析tarq协议可以找到最佳的重传次数以解决信息错误所导致的系统延迟，增加信息传输的可靠性。
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1.基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，其特征在于：在AWGN信道下，平均块错误率表示为：
3.根据权利要求1或2所述基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，其特征在于：所述源节点S和中继节点R的能量采集定义如下：
4.根据权利要求3所述基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，其特征在于：数据包的产生服从泊松过程，其速率为λ，第一二跳中的数据包的平均传输时间的表达式为：
5.根据权利要求1或4所述基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，其特征在于：所述步骤S1中ARQ协议下的APAoI为：
6.根据权利要求5所述基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，其特征在于：所述步骤S3中ARQ协议下的优化问题为：
7.根据权利要求1或4所述基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，其特征在于：所述步骤S2中TARQ协议下的APAoI为：
8.根据权利要求7所述基于能量采集的物
9.根据权利要求6或8所述基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，其特征在于：利用梯度下降法来找所述优化问题的最优解。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：存储有可执行指令，用于被处理器执行时，实现权利要求1至9任一项所述基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法。
...【技术特征摘要】
1.基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，其特征在于：在awgn信道下，平均块错误率表示为：
3.根据权利要求1或2所述基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，其特征在于：所述源节点s和中继节点r的能量采集定义如下：
4.根据权利要求3所述基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，其特征在于：数据包的产生服从泊松过程，其速率为λ，第一二跳中的数据包的平均传输时间的表达式为：
5.根据权利要求1或4所述基于能量采集的物联网短包通信的信息新鲜度方法，其特征在于：所述步骤s1中arq协议下的apaoi为：
6.根据权利...
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