面向双状态更新时效的无线通信系统带宽资源分配研究

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5G时代新兴产业的兴起,如无人驾驶等有严格的实时性要求。信息年龄能在接收端联合表征所有已接受数据信息时效,被学术届广泛用于刻画信息新鲜度。在无线通信系统中,带宽资源通常是受限的。多个信源共享同一个传输资源时,服务资源的分配会极大地影响系统的时效性。因此,如何在有限的服务资源限制下合理的分配服务资源提高系统的实时性是当前亟待解决的问题。本文聚焦在有限带宽资源条件下研究双流无线通信系统的时效分析与优化问题。首先,考虑了一个包含两个状态更新流的无线更新模型,将该系统建模为一个具有两个缓冲区的非抢占双流的排队模型。其中,每个缓冲区对应一个状态更新流。以平均信息年龄作为参考指标,提出两类动态资源分配方案,即异步时分复用策略和动态带宽分配策略,研究资源动态分配方式对双状态更新流无线通信系统整体及时性的影响。其次,通过使用随机混合系统数学工具,分析各个状态更新流信息年龄的演变过程并推导出两种带宽分配策略下每个更新流的平均信息年龄以及系统平均和信息年龄的闭合表达式。特别地,针对动态带宽分配方案,分析了当系统为一个流提供较高以及较低优先级时,每个流平均信息年龄以及系统平均和信息年龄闭合表达式。仿真验证本工作推导的数值仿真的正确性后,分析了本工作提出策略相比于传统频分复用策略的优越性。通过优化带宽分配因子,可以显著降低动态带宽分配策略下系统的平均信息年龄之和。此外,分析了异步时分复用策略和动态带宽分配策略之间的优劣关系与各参数之间的联系。综上所述,本工作提出的两种服务资源分配策略能够同时提高服务资源的利用率和系统的新鲜度,得到了多个信源无线通信系统服务资源分配方案设计的指导方法。
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