[发明专利]基于信息年龄的电力物联网周期性业务数据资源调度方法

说明书

本发明涉及一种基于信息年龄的电力物联网周期性业务数据资源调度方法，包括：构造基站集中式控制的电力物联网实时监测系统，建立信息年龄更新模型和能量更新模型；构造深度强化学习的网络，初始化所述深度强化学习的网络和电力物联网环境；构建最小化基站处平均加权信息年龄的优化问题，根据电力物联网中获取的传感器节点的信息年龄、能量状态建立系统的状态空间、动作空间和奖励函数；将当前电力物联网环境输入到eval网络，在当前时隙中，得到的调度决策，并基于调度决策完成调度。本发明联合考虑传感器节点能量和周期性业务数据信息年龄，保证基站处数据的及时性，以及网络中能量的充足性。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络的通信技术领域，特别是涉及一种基于信息年龄的电力物联网周期性业务数据资源调度方法。

背景技术

随着无线通信和物联网技术的日益成熟使得无线传感器网络(WSNs)被广泛应用于电力环境监测领域，“泛在电力物联网”是国家电网在2019年提出的物联网工业级应用。电力物联网中，用于进行电力环境监测和决策控制的业务数据是由传感器周期生成的。为了保障基站能够根据数据快速对电力环境和设备运行状况进行实时监控和精确决策，因此要求传感器节点将周期性业务数据和突发数据尽可能及时地发送到基站。信息年龄(Ageof Information)是一种从基站角度衡量数据新鲜度的新兴指标，定义为基站最新收到的传感器数据自生成以来所经过的时间。与吞吐量和延迟等常规指标不同，AoI同时考虑了生成时间和传输延迟，为实时物联网系统提供了更全面的性能指标。时隙调度用于规划电力物联网中传感器节点上传数据的顺序，通过时隙调度的方法优化基站处的平均权重信息年龄可以有效地提升网络中数据传输的及时性，是提升网络数据传输及时性的一种重要手段。

与此同时，考虑到电力物联网中的传感器节点通常部署在输电塔甚至输电线上，更换电池或充电是不切实际的。传感器节点能量耗尽会导致无法更新数据到基站，陈旧的信息不仅对基站决策没有指导作用，甚至会对传感器节点监测的区域状态做出错误判断，从而导致异常反馈行为。由于无线资源无处不在和成本较低的特点，无线能量传输(WET)是一种有效可靠的技术为低能量的传感器节点充能实现泛在电力物联网的可持续运行。WET在提升数据传输的及时性的同时，可以延长电力物联网网络寿命。因此，如何同时考虑优化网络中的传感器节点的能量和基站处的平均权重信息年龄，使得电力物联网能够提升网络生存周期的同时，还能保持数据的及时传输是一个亟需解决的挑战。

目前关于信息年龄的技术中，多数研究的数据是通过联合采样的方式获取的。联合采样说明传感器的采样操作是由基站控制、可以在任意时刻发生的。当基站发现维护的传感器数据的AoI过大时，控制传感器进行数据采样来更新目标节点处的AoI。但在电力物联网中，传感器节点的获取业务数据的方式以周期性采样为主，间隔固定时间进行一次采样，不受基站控制。另外，在针对周期性业务数据信息年龄优化问题的研究中，主要研究最小化平均信息年龄或者峰值信息年龄的低复杂度调度算法。考虑调度对数据新鲜度的影响，但是忽略了源节点能量有限同样是影响电力物联网周期性业务数据新鲜度的重要因素之一。传感器节点进行信息采集、存储和更新时均会消耗能量，一旦传感器节点能量耗尽，数据无法更新到基站，信息年龄快速增长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于信息年龄的电力物联网周期性业务数据资源调度方法，能够综合考虑传感器节点的能量和数据的信息年龄，延长电力物联网生存周期和提高数据传输及时性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于信息年龄的电力物联网周期性业务数据资源调度方法，包括以下步骤：

(1)构造基站集中式控制的电力物联网实时监测系统，建立信息年龄更新模型和能量更新模型；

(2)构造深度强化学习的网络，初始化所述深度强化学习的网络和电力物联网环境，所述深度强化学习的网络包括eval网络和target网络；