[发明专利]一种面向大规模物联网场景的信息年龄最小化接入方法

权利要求书

1.一种面向大规模物联网场景的信息年龄最小化接入方法，其特征在于，包括：

S1.将数据包传输的时间离散化为等长的时隙，将每个时隙划分为若干个具有一定时长占比的小时隙；

S2.由中心基站获取网络的用户节点数量与用户节点的数据包到达率，基于用户节点数量与用户节点的数据包到达率得出网络成功传输概率的状态方程；

S3.对状态方程中的接入信道概率进行优化：分别分析预期最优接入信道概率与单稳态边界最优接入信道概率在(0，1)范围内的解；

S4.在预期最优接入信道概率与单稳态边界最优接入信道概率在(0，1)范围内均有解时，取预期最优接入信道概率与单稳态边界最优接入信道概率中的最小值作为最优接入信道概率；

S5.中心基站将最优接入信道概率告知给各个用户节点，每个用户节点根据最优接入信道概率进行信道接入与数据包的传输，实现原网络平均峰值信息年龄的最小化。

2.根据权利要求1所述的面向大规模物联网场景的信息年龄最小化接入方法，其特征在于，在步骤S1中，利用同步技术，先将数据包传输的时间离散化为等长的时隙，再基于CSMA协议，将每个时隙划分为若干个时长占比为a的小时隙，完成每个用户节点在小时隙的对齐同步，并在发送数据前在任意小时隙内对信道进行监听。

3.根据权利要求2所述的面向大规模物联网场景的信息年龄最小化接入方法，其特征在于，在步骤S2中，将每个用户节点的缓存大小调整为单个数据包，每个节点采用先到先服务队列服务策略；从中心基站获取物联网中的用户节点数量n与用户节点的数据包到达率λ，其中，数据包的到达是一个参数为λ的伯努利过程。

4.根据权利要求3所述的面向大规模物联网场景的信息年龄最小化接入方法，其特征在于，在步骤S2中，网络成功传输概率p的状态方程为：

其中，n表示用户节点数量，λ表示用户节点的数据包到达率，a表示小时隙时长占比，q表示接入信道概率。

5.根据权利要求4所述的面向大规模物联网场景的信息年龄最小化接入方法，其特征在于，在步骤S3中，预期最优接入信道概率q_M的求解表达式为：

其中，W₀为朗伯W函数；若q_M不在区间(0，1)内，记q_M为无解。

6.根据权利要求5所述的面向大规模物联网场景的信息年龄最小化接入方法，其特征在于，在步骤S3中，单稳态边界最优接入信道概率q_B的求解表达式为：

若q_B在区间(0，1)内不存在，则记q_B为无解。

7.根据权利要求6所述的面向大规模物联网场景的信息年龄最小化接入方法，其特征在于，若预期最优接入信道概率q_M在(0，1)内无解，则最优接入信道概率q*为q_B。

8.根据权利要求6所述的面向大规模物联网场景的信息年龄最小化接入方法，其特征在于，若单稳态边界最优接入信道概率q_B在(0，1)内无解，则最优接入信道概率q*为q_M。

9.根据权利要求6所述的面向大规模物联网场景的信息年龄最小化接入方法，其特征在于，若q_M和q_B在(0，1)内都有解，则最优接入信道概率为q*＝min{q_B,q_M}。

10.根据权利要求4、7～9中任意一项所述的面向大规模物联网场景的信息年龄最小化接入方法，其特征在于，步骤S5之后还包括利用网络平均峰值信息年龄验证对信息年龄最小化接入方法的效果进行验证，根据数据包到达的伯努利过程与单缓存大小下先到先服务的队列服务策略，得到该设定下网络节点的平均峰值信息年龄A，计算公式如下：