本技术介绍了一种针对高铁通信的无线资源分配方法,该方法以信息新鲜度为核心,构建了高铁车厢与轨道旁基站间的通信网络架构,并设计了满足信息新鲜度要求的无线通信功率与频谱资源分配算法。通过对信息新鲜度指标的分析和建模,优化功率与频谱资源分配问题,并求解出最优分配方案,以实现高效的无线资源管理。该方法旨在解决高铁通信服务质量需求异构和带宽限制导致的频谱资源紧张问题,通过提升高铁与基站间通信链路的吞吐量,为高铁无线资源管理提供高效可靠的解决方案。
背景技术
过去十年来,高速铁路(HSR,High-speed Railway)通信蓬勃发展。对高铁无线通信的日益增长的需求以及有限带宽带来的资源短缺等问题使无线资源管理(RRM,RadioResource Management)备受关注。然而,由于HSR通信异构的QoS要求,传统的通用网络无线资源分配方案无法有效地应用于HSR场景。因此,设计一种满足高铁通信多种业务中的更严格的QoS要求的资源分配方案至关重要。
传统数据通信更注重信息传输时延,而实时更新应用,如高铁网络中的安全相关服务,则注重状态更新的及时性。为了使乘客有良好的感知体验和安全保障,产生的信息应该被更高效、更智能地使用,以确保所使用的信息尽可能新鲜。针对提升高铁通信中实时服务的性能并结合无线资源分配方案,国内外学者进行了一系列的研究。
2014年,S.Xu等研究了考虑分组传递率要求的HSR网络中的服务调度算法,提出的算法在(QoS,Quality of Service)性能上优于其他传统的调度算法。2020年,L.Yan等提出了一种面向安全服务的高铁网络资源分配方案,考虑了端到端延迟需求,验证了该方案始终能够满足高铁安全服务的传输要求。然而这些工作都集中在数据率、误码率和端到端延迟改进的性能上,但没有提到关于信息新鲜度的工作。
为了有效地描述信息的新鲜度,提出了信息年龄(AoI,Age of Information)的端到端的性能指标来描述目的地接收到的信息的新鲜度。它表示目的地接收到的最新的状态更新自生成以来经过的时间。在过去的几年里,AoI已经应用于一系列复杂的系统,例如能量收集网络、排队系统以及各种单跳和多跳无线网络,但是目前国内外缺乏将AoI性能指标考虑到HSR网络中的研究。
因此,如何提供一种考虑了AoI-QoS的性能指标,并结合功率控制和频谱资源管理技术,既能有效的表征高铁网络中传输的数据的新鲜度达到QoS需求,又能提高资源的利用效率的HSR网络资源分配方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
实现思路