[发明专利]一种车联网中基于信息新鲜度优化的功率控制机制

说明书

本发明公开了一种车联网中基于信息新鲜度优化的功率控制机制，建立一个多辆汽车连接同一个RSU的系统模型，基于用户的协同过滤算法预测出各辆汽车在连接RSU时访问RSU存储的各个信息块的概率，以优化AOI为目标，以RSU与各辆汽车通信的功率为优化变量，建立数学模型，对建立的数学模型采用强化学习算法D3QN来求解，在D3QN中选取合适的状态、动作和奖励，然后按照算法进行一步一步的迭代，最终得到一个与RSU连接的汽车的通信功率能够保证汽车获取到的信息新鲜度的分配方案。本发明采用了能表示信息新鲜度的指标AOI来构造数学模型，最终得到的解即找到的通信功率分配方案能较好地保证汽车获得的信息新鲜度,这在智能交通的应用中有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种功率控制机制，特别是一种车联网中基于信息新鲜度优化的功率控制机制，属于车联网技术领域。

背景技术

车联网通常是指V2X(Vehicle-to-Everything)，包括V2N(Vehicle-to-Network)、V2V(Vehicle-to-Vehicle)、V2P(Vehicle-to-Pedestrian)和V2I(Vehicle-to-Infrastructure)等。车联网通过车与车、车与路、车与人、车与传感设备等进行交互,实现车辆与公共网络通信的移动通信。它可以通过车与车、车与人、车与路互联互通实现信息共享,收集车辆、道路和环境的信息,并在信息网络平台上对多源采集的信息进行加工、计算、共享和安全发布,根据不同的功能需求对车辆进行有效的引导与监管,以及提供专业的多媒体与移动互联网应用服务。

现有的车联网只优化时延或只优化吞吐量的技术都不能保证汽车获取到的信息有较优的新鲜度AOI。因为在通信系统中，最大化吞吐量意味着使源端尽可能高频率地发送状态更新信息，但这将导致信息在通信系统中被积压，需要较长时间才能被接收端接收，这将导致信息的AOI增大。我们可以通过降低更新信息的发送频率来减小通信系统的拥塞，从而使信息能更快地传输到接收端，即降低了时延。但这也会导致接收端由于缺少更新而较长时间保留着旧的状态信息，这同样会使状态信息的平均AOI增大。

目前已有多项技术专门用于解决车联网中AOI的问题。在文献Abdel-Aziz M K,Liu C F,Samarakoon S,et al.Ultra-Reliable Low-Latency Vehicular Networks:Taming the Age of Information Tail.IEEE,2019中，作者推导出概率性AOI和每辆车的数据队列大小之间的关系，然后将结果作为优化问题的约束。车辆被分成若干组以减少干扰。该问题被定义为一个概率调度问题，并通过将每个任务分配给某个虚拟机的策略来解决。文献Kaul S K,Gruteser M,Rai V,et al.Minimizing age of information invehicular networks,2011 8th Annual IEEE Communications Society Conference onSensor,Mesh and Ad Hoc Communications and Networks.IEEE,2011的工作表明，在车联网场景下，在实际的802.11系统中减少系统的AOI不能通过最大的吞吐量来实现。文献Yuanzhi,Ni,Lin,et al.Vehicular beacon broadcast scheduling based on age ofinformation(AoI).China Communications,2018讨论了最小化AOI的信标广播调度问题，并通过启发式贪心算法来解决。在本技术中，我们通过优化RSU分配给每一辆汽车的通信功率使汽车获得的信息有较优的AOI。目前并没有技术以AOI作为优化目标应用于这种场景中。