一种针对错误信息年龄的传输决策方法

本发明涉及无线通信和实时状态监测，具体为一种在信道状态不可直接观测且长期平均传输率受约束条件下，利用精确的两参数离散表示信道信念和双截断有限状态模型针对错误信息年龄进行传输决策的方法。

背景技术：

1、在物联网监测、网络化控制和远程状态估计系统中，接收端需要及时掌握状态源的真实状态。传统信息年龄用于描述接收信息的新旧程度，但不能直接反映接收端估计错误持续的时长；瞬时错误率能够描述当前是否错误，却不能刻画错误持续时长。错误信息年龄（age of incorrect information, aoii）结合状态不一致与不一致持续时间，用于评价实时监测信息的有效性。

2、已有aoii调度研究主要针对信道状态已知或易于获得的场景，也有研究在不完全信道信息下进行传输决策。然而，当无线信道具有时间相关性，且仅能通过发送后的确认（acknowledgment, ack）或否定确认（negative acknowledgment, nack）反馈获知传输时隙的信道状态时，系统的状态信息同时包含无界的aoii和连续的信道信念，导致传输决策的求解较为复杂。此外，基于当前aoii和历史平均传输率进行动作选择的贪心调度方法未充分利用信道状态的时间相关性和信道信念信息。因此，研究一种适用于信道状态不可直接观测且受长期平均传输率约束场景的aoii传输决策方法具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种针对错误信息年龄的传输决策方法，通过最近观测信道状态和观测间隔精确表示原始模型的可达信道信念，再分别截断aoii和观测间隔，构造有限状态模型，以求取传输决策策略，并在实际运行中执行所述策略。实现本发明目的的技术方案为：给定源状态与接收端估计状态之间的不一致过程转移参数、信道转移参数、长期平均传输率约束、aoii上限、观测间隔上限和在初始决策前已知的初始信道状态，设置初始aoii和时隙计数均为0，执行以下步骤：

2、步骤1：根据最近一次已知信道状态和观测间隔，对模型中的可达信道信念进行精确的两参数离散表示；再对aoii和观测间隔进行截断，构造有限状态模型的状态集合及转移概率。

3、步骤2：基于所述有限状态模型，采用传输惩罚、相对值迭代和乘子二分搜索求取确定性策略；当确定性策略不能直接满足长期平均传输率约束时，对高传输率端点策略和低传输率端点策略进行逐状态随机化，并选择满足所述约束的随机化因子。

4、步骤3：在每个时隙初读取当前截断aoii和截断模型信念，根据所述策略选择发送或静默动作，并在时隙末获取ack、nack或无反馈。

5、步骤4：在下一时隙决策前获得实际aoii并进行截断，根据所述反馈更新信道状态观测、观测间隔和截断模型信念。

6、步骤5：更新时隙计数；当监测任务未终止时返回步骤3继续执行，监测任务终止时结束传输决策过程。

7、本发明与现有技术相比，其显著优点为：利用ack、nack反馈和信道演化，对原始模型的可达信道信念进行精确的两参数离散表示，无需均匀划分信念区间；通过双截断获得适于数值求解的有限状态模型，并利用模型信念及信道时间相关性进行传输决策。在所测试的参数配置下，所得方法的平均aoii低于所述贪心调度方法，长期平均传输率约束较紧时优势更明显。

1.一种针对错误信息年龄（age of incorrect information, aoii）的传输决策方法，应用于包含状态源、发送端、接收端以及隐藏二状态马尔可夫信道的单源实时监测系统，所述发送端包括用于执行传输决策的决策控制模块，所述决策控制模块在每个时隙决策前获得当前aoii和决策前信道信念，并通过发送状态更新后的确认（acknowledgment, ack）或否定确认（negative acknowledgment, nack）反馈获得该传输时隙的信道状态观测结果，以降低长期平均aoii并满足长期平均传输率约束为目标，其特征在于，给定源状态与接收端估计状态之间的不一致过程转移参数、信道转移参数、长期平均传输率约束、aoii上限、观测间隔上限和在初始决策前已知的初始信道状态，设置初始aoii和时隙计数均为0，执行以下步骤：

2.根据权利要求1所述的针对错误信息年龄的传输决策方法，其特征在于，本发明将时间轴划分为等长时隙，设置表示时隙索引，其中表示非负整数集合；源真实状态和接收端估计状态均取值于，状态不一致指示量在时取1、在时取0；发送动作取1表示发送、取0表示静默，信道状态取1表示开启、取0表示关闭；未成功传输状态更新时，源状态与接收端估计状态之间的不一致过程为二状态马尔可夫链，其转移参数为和；状态源的状态演化过程与信道状态演化过程相互独立，信道转移概率为，其中；假设ack和nack反馈无差错，并在下一时隙决策前可用；设置表示截至时隙初最近一次真实状态与接收端估计一致的时隙编号，其中为历史时隙索引，时隙初的aoii定义为：

3.根据权利要求1所述的针对错误信息年龄的传输决策方法，其特征在于，步骤1包括对原始模型中的可达信道信念进行两参数离散表示，以及对aoii和观测间隔进行截断，具体设置包括：

4.根据权利要求1所述的针对错误信息年龄的传输决策方法，其特征在于，步骤2中，针对精确的两参数离散表示模型引入传输惩罚，采用相对值迭代求取给定拉格朗日乘子下的确定性策略，并通过乘子二分搜索得到满足长期平均传输率约束的策略；当确定性策略不能直接满足所述约束时，在高传输率端点策略和低传输率端点策略之间进行逐状态随机化，得到随机化策略，具体过程为：

5.根据权利要求1所述的针对错误信息年龄的传输决策方法，其特征在于，步骤3中，在每个时隙初，所述发送端中的决策控制模块读取当前有限状态，由步骤2所得策略输出动作，时发送端发送当前状态更新，时发送端保持静默，时隙末获取反馈，其中且时，且时，时。

6.根据权利要求1所述的针对错误信息年龄的传输决策方法，其特征在于，步骤4中根据所述反馈更新最近观测信道状态、观测间隔和模型信念的具体过程为：

7.根据权利要求1所述的针对错误信息年龄的传输决策方法，其特征在于，步骤5采用运行时隙数作为监测任务终止条件，预设正整数为本次运行的总时隙数，完成下一时隙状态更新后设置时隙加1，时返回步骤3，时结束本次运行，用于限定本次运行时长。