1.一种车联网通信接入模式下的信息年龄优化方法,方法应用于智能反射表面系统,所述智能反射表面系统包括一个配备单天线的基站和由多个智能反射单元组成的智能反射表面,其中智能反射表面与控制器连接,用以动态的调节智能反射表面的反射系数矩阵,以重构通信接入模式的信道环境,其特征在于,方法包括:以智能反射表面的反射系数矩阵和基站切换通信接入模式的决策变量为优化变量,确定车联网通信接入模式的信息年龄最小化的目标函数;其中所述通信接入模式为非正交多址接入模式或时分多址接入模式;所述优化变量还包括:车辆在传输信号时,当前时隙与数据包生成的时隙的差值小于等于预设的差值阈值;车辆在传输信号时,当前时隙的信息年龄大于等于信息年龄阈值;最小化信息年龄的计算式为:;其中, 为车辆i
在第q复帧TDMA接入模式下的平均信息年龄, 为车辆i在第q复帧NOMA接入模式下的平均信息年龄,N表示NOMA接入模式,O表示TDMA接入模式,I表示车辆占用的时隙的个数,t表示时间,a表示决策变量,当a=0时,车辆在TDMA接入模式下与基站通信,当a=1时,车辆在NOMA接入模式下与基站通信;
采用深度策略梯度算法优化智能反射表面的反射系数矩阵以及基站切换通信接入模式的决策变量,得到反射系数矩阵和决策变量的优化结果;
基站基于决策变量的优化结果切换车辆传输信号的通信接入模式,基站基于反射系数矩阵的优化结果重构车辆到基站的信道环境,并根据信道环境的信道增益计算出车辆在对应的通信通入模式下传输信号的中断概率;
根据车辆传输信号的中断概率、总时隙以及在一个时隙传输信号的持续时间,确定通信接入模式的最小信息年龄;其中最小信息年龄的确定,包括:在通信接入模式为时分多址接入模式时,根据车辆的数量确定车辆传输信号的总时隙,根据车辆在时分多址接入模式下传输信号的中断概率、总时隙以及一个时隙的持续时间,计算出时分多址接入模式的第一信息年龄,以第一信息年龄除以总时隙,确定出车联网在时分多址接入模式下的最小信息年龄;其中一台车辆占用一个时隙向基站发送信号,基于多个时隙之和确定车辆传输信号的总时隙;
在通信接入模式为非正交多址接入模式时,将I台车辆划分为I/2组,确定出I/2组车辆传输信号的总时隙,确定在一个时隙一台车辆传输信号的持续时间;其中每组含有两台车辆,一台为远车,另一台为近车,I表示时隙的个数,每组含有两台车辆,一台为远车,另一台为近车;根据I/2组中近车或远车传输信号的中断概率、传输信号的总时隙和一台车辆传输信号的持续时间,计算出近车或远车在非正交多址接入模式的第二信息年龄;以第二信息年龄除以车辆传输信号的总时隙,确定出车联网在非正交多址接入模式下的最小信息年龄。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述差值阈值和信息年龄阈值均是根据车辆类型和任务类型的优先级信息得到。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基站在达到预设的帧数时,切换通信接入模式的决策变量对应的第一状态或第二状态,其中第一状态表示基站切换至非正交多址接入模式,第二状态表示基站切换至时分多址接入模式。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述时分多址接入模式下传输信号的中断概率的确定过程为:
基站接收在时分多址接入模式下,一台车辆在一个时隙传输的信号,解码一台车辆在一个时隙传输的信号,得到一台车辆信号在一个时隙的信噪比;
根据一台车辆信号在一个时隙的信噪比确定一台车辆的传输速率;
基站获取一台车辆传输信号所需的目标速率,根据一台车辆的传输速率和目标速率,确定一台车辆在时分多址接入模式下传输信号的中断概率。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述非正交多址接入模式下车辆传输信号的中断概率包括近车的中断概率和远车的中断概率。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,确定第二中断概率包括:基站接收在非正交多址接入模式下传输的复合信号,将远车信号作为干扰信号,对近车信号进行解码,得到近车信号的信噪比;根据所述近车信号的信噪比确定近车的传输速率;基站获取近车传输信号所需的目标速率,根据近车的传输速率和目标速率,确定近车的中断概率;其中复合信号包括远车信号和近车信号;
确定第一中断概率包括:在近车信号解码成功后,将近车信号从复合信号中减去,解码远车信号,得到远车信号的信噪比,根据所述远车信号的信噪比确定远车的传输速率;基站获取远车传输信号所需的目标速率,根据远车和近车的传输速率和目标速率,确定远车的中断概率。
7.一种车联网通信接入模式下的信息年龄优化系统,其特征在于,系统包括:
目标模块,用于以智能反射表面的反射系数矩阵和基站切换通信接入模式的决策变量为优化变量,确定车联网通信接入模式的信息年龄最小化的目标函数;其中所述通信接入模式为非正交多址接入模式或时分多址接入模式;所述目标模块的优化变量还包括:车辆在传输信号时,当前时隙与数据包生成的时隙的差值小于等于预设的差值阈值;车辆在传输信号时,当前时隙的信息年龄大于等于信息年龄阈值;最小化信息年龄的计算式为:;其中, 为车辆i
在第q复帧TDMA接入模式下的平均信息年龄, 为车辆i在第q复帧NOMA接入模式下的平均信息年龄,N表示NOMA接入模式,O表示TDMA接入模式,I表示车辆占用的时隙的个数,t表示时间,a表示决策变量,当a=0时,车辆在TDMA接入模式下与基站通信,当a=1时,车辆在NOMA接入模式下与基站通信;
状态优化模块,用于采用深度策略梯度算法优化智能反射表面的反射系数矩阵以及基站切换通信接入模式的决策变量,得到反射系数矩阵和决策变量的优化结果;
中断概率计算模块,用于基站基于决策变量的优化结果切换车辆传输信号的通信接入模式,基站基于反射系数矩阵的优化结果重构车辆到基站的信道环境,并根据信道环境的信道增益计算出车辆在对应的通信通入模式下传输信号的中断概率;
信息年龄计算模块,用于根据车辆传输信号的中断概率、总时隙以及在一个时隙传输信号的持续时间,确定通信接入模式的最小信息年龄;其中最小信息年龄的确定,包括:在通信接入模式为时分多址接入模式时,根据车辆的数量确定车辆传输信号的总时隙,根据车辆在时分多址接入模式下传输信号的中断概率、总时隙以及一个时隙的持续时间,计算出时分多址接入模式的第一信息年龄,以第一信息年龄除以总时隙,确定出车联网在时分多址接入模式下的最小信息年龄;其中一台车辆占用一个时隙向基站发送信号,基于多个时隙之和确定车辆传输信号的总时隙;在通信接入模式为非正交多址接入模式时,将I台车辆划分为I/2组,确定出I/2组车辆传输信号的总时隙,确定在一个时隙一台车辆传输信号的持续时间;其中每组含有两台车辆,一台为远车,另一台为近车,I表示时隙的个数,每组含有两台车辆,一台为远车,另一台为近车;根据I/2组中近车或远车传输信号的中断概率、传输信号的总时隙和一台车辆传输信号的持续时间,计算出近车或远车在非正交多址接入模式的第二信息年龄;以第二信息年龄除以车辆传输信号的总时隙,确定出车联网在非正交多址接入模式下的最小信息年龄。