[发明专利]一种辅助传输信息年龄最小化优化方法

权利要求书

1.一种辅助传输信息年龄最小化优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：依据信道的时变性，开发了一种新的协议；

第二步：基于所开发的协议，将系统建模为具有有限状态空间和动作空间的平均成本马尔可夫决策问题，基于此，提出一种深度强化学习算法—DQN，得到射频供能智能反射面与无线中继辅助传输信息年龄最小化。

2.根据权利要求1所述的一种辅助传输信息年龄最小化优化方法，其特征在于：所述第一步包括以下步骤：

S1：建立信道模型；

第k个时隙中SIC链路的信道系数表示为其中对角矩阵IRS控制器经由IRS到目的节点链路的信道系数表示为:

S2：协议设计，在k时隙的开始时刻，考虑源端是否可以发送更新包以及IRS控制器是否可以利用之前收集到的能量来转发更新包；

S3：能量模型；

IRS控制器能量B_{irs_c}(k)的变化可以表示为：

S4：信息年龄模型；

令A(k)∈{1,2,...,A_max}表示k时隙目的端的AoI，A_max分别表示目的端的AoI的上界，则AoI的变化可以表示为：

∑θ_i(k)＝1,i∈{a,b,c} (3)

S5：优化问题；

令π＝{x(0),x(1),...,x(K)}∈∏表示源端采取一个确定性决策，它决定源端每个时隙的状态采样，其中x(k)为k时隙源端采取的某个状态采样动作，∏为所有可能的策略集合，若源端采取策略π，则目的端的长期平均AoI可以表示为：

寻找年龄最优策略π^*对应于求解以下问题(P0)：

s.t.

A(k+1)＝[θ_a(k)+Θ_b(k)]+θ_c(k)*min{A_max,A(k)+1} (8)

∑θ_i(k)＝1,i∈{a,b,c} (9)

策略：∏＝{π(0),π(1),...,x(K)}

模式选择：

3.根据权利要求2所述的一种辅助传输信息年龄最小化优化方法，其特征在于：所述信道模型包括以下内容：

SD链路第k个时隙中的信道系数表示为h_SD(k)，并将其建模为其中ρ₀是参考距离d₀＝1m处的路径损耗，α_SD是SD信道链路的相应路径损耗指数，d_SD表示为源节点S与目的节点D之间的距离，以及表示由具有零均值和单位方差的复高斯分布建模的随机散射分量；

从IRS控制器到目的节点的CD链路，将其建模：

从源节点到IRS的链路，将其建模为：其中ζ_SI是与小尺度衰落相关的莱斯因子，是ULA的阵列响应向量，φ_SI(k)表示为相应信号的到达角度或离开角度，(·)^T表示为转置操作，是莱斯衰落信道中的非直射分量，每个元素表示为随机散射分量；

从源节点到IRS控制器的链路，将其建模为：

对于IC链路，即从IRS到IRS控制器的链路，将其建模为：

对于ID链路，即从IRS到目的节点的链路，将其建模为：

表示IRS在时隙k中的等效反射向量，其中θ_μ,m(k)是第m个反射单元的相移，并且将时隙k中每个反射单元的反射系数振幅设置为最大值，以使信号反射功率最大化，即