CN116528335A - 基于信息价值的卫星物联网接入方法、装置、设备及介质 - Google Patents

基于信息价值的卫星物联网接入方法、装置、设备及介质 Download PDF

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CN116528335A
CN116528335A CN202310419285.1A CN202310419285A CN116528335A CN 116528335 A CN116528335 A CN 116528335A CN 202310419285 A CN202310419285 A CN 202310419285A CN 116528335 A CN116528335 A CN 116528335A
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杨涛
徐亮
王野
吴绍华
张钦宇
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Peng Cheng Laboratory
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Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology
Peng Cheng Laboratory
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Abstract

本申请公开了一种基于信息价值的卫星物联网接入方法、装置、设备及介质，所述的基于信息价值的卫星物联网接入方法包括以下步骤：获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄；根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值；从各所述待传输信息中选取目标信息价值满足预设传输条件的目标待传输信息，将所述目标待传输信息传输至卫星端。本申请解决了现有技术卫星物联网信息传输过程中资源的有效利用率较低的技术问题。

Description

基于信息价值的卫星物联网接入方法、装置、设备及介质
技术领域
本申请涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于信息价值的卫星物联网接入方法、装置、设备及介质。
背景技术
卫星物联网(Satellite Internet of Things，S-IoT)可以提供无处不在和全球覆盖的经济网络服务，覆盖不发达国家和农村地区，而不依赖于地面蜂窝基础设施，是下一代移动通信的重要发展方向之一。随着S-IoT的发展，多样化的物联网应用产生了大量的接入数据。由于接入资源有限，如何在大量的接入数据中选择更具有传输“价值”的信息进行传输，是一个开放性的挑战。现有传统通信面向可靠性和端到端时延/吞吐量的性能评估机制是针对于地面接入端进行评估，而并未对待传输的信息本身进行评估，存在局限性，因为冗余信息通常普遍存在于各个地面接入端中，用上述指标来平等对待所有的信息不可避免地会导致资源的浪费。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种基于信息价值的卫星物联网接入方法、装置、设备及介质，旨在解决现有技术卫星物联网信息传输过程中资源的有效利用率较低的技术问题。
为实现上述目的，本申请提供一种基于信息价值的卫星物联网接入方法，包括以下步骤：
获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄；
根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值；
从各所述待传输信息中选取目标信息价值满足预设传输条件的目标待传输信息，将所述目标待传输信息传输至卫星端。
可选地，所述根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值的步骤包括：
根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的初始信息价值；
获取各所述待传输信息各自对应的价值权重；
将各所述待传输信息各自对应的初始信息价值与各自对应的价值权重相乘，将乘积确定为各所述待传输信息各自对应的目标信息价值。
可选地，所述获取各所述待传输信息各自对应的价值权重的步骤包括：
获取各所述待传输信息各自对应的实际物理状态，以及物理状态与价值权重之间的映射关系；
根据各所述待传输信息的实际物理状态以及所述物理状态与价值权重之间的映射关系，确定各所述待传输信息各自对应的价值权重；
根据各所述待传输信息各自对应的初始信息价值和价值权重，确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值。
可选地，各所述待传输信息各自对应的初始信息价值与信息年龄负相关。
可选地，所述根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的初始信息价值的步骤包括：
根据各所述信息年龄以及预设的初始信息价值算法，计算各所述待传输信息各自对应的初始信息价值，其中，所述初始信息价值算法为：
其中，V(t)是指待传输信息在t时刻的初始信息价值，N是指待传输信息的预设初始信息价值，1/f是指预设价值下降速率，AoI是指待传输信息在t时刻的信息年龄。
可选地，所述获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄的步骤包括：
响应于卫星端发送的查询请求，获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄。
可选地，所述获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄的步骤之前，还包括：
在每个预设时隙，采集并缓存待传输信息。
本申请还提供一种基于信息价值的卫星物联网接入装置，所述基于信息价值的卫星物联网接入装置包括：
获取模块，用于获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄；
确定模块，用于根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值；
传输模块，用于从各所述待传输信息中选取目标信息价值满足预设传输条件的目标待传输信息，将所述目标待传输信息传输至卫星端。
本申请还提供一种电子设备，所述电子设备为实体设备，所述电子设备包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的所述的基于信息价值的卫星物联网接入方法的程序，所述的基于信息价值的卫星物联网接入方法的程序被处理器执行时可实现如上述的基于信息价值的卫星物联网接入方法的步骤。
本申请还提供一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有实现基于信息价值的卫星物联网接入方法的程序，所述的基于信息价值的卫星物联网接入方法的程序被处理器执行时实现如上述的基于信息价值的卫星物联网接入方法的步骤。
本申请提供了一种基于信息价值的卫星物联网接入方法、装置、设备及介质，通过获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄，实现了对各所述待传输信息的信息年龄的确定，进而通过根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值，实现了基于信息年龄对各所述待传输信息的目标信息价值的评估，进而通过从各所述待传输信息中选取目标信息价值满足预设传输条件的目标待传输信息，将所述目标待传输信息传输至卫星端，实现了基于信息价值对待传输信息的筛选。这样，通过对待传输信息进行信息价值评估的方式，对待传输信息进行筛选，可以有效剔除掉部分信息价值较低的冗余信息，仅将信息价值满足预设传输条件的目标待传输信息传输至卫星端，可以减少冗余信息的资源占用率，克服了现有传统通信面向可靠性和端到端时延/吞吐量的性能评估机制是针对于地面接入端进行评估，而并未对待传输的信息本身进行评估，存在局限性，因为冗余信息通常普遍存在于各个地面接入端中，用上述指标来平等对待所有的信息不可避免地会导致资源的浪费的技术缺陷，提高了卫星物联网信息传输过程中资源的有效利用率。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。
图1为本申请中基于信息价值的卫星物联网接入方法的第一实施例的流程示意图；
图2为本申请中基于信息价值的卫星物联网接入方法的第二实施例的流程示意图；
图3为本申请实施例中N＝4时瞬时AoI的演进实例图；
图4为本申请实施例中查询周期长度为4，且k＝4时瞬时VoI的演进实例图；
图5为本申请实施例中归一化平均AoI随查询周期长度N的变化图；
图6为本申请实施例中归一化加权平均VoI随查询周期长度N的变化图；
图7为本申请实施例中正异常状态的非归一化平均AoI随查询周期长度N的变化图；
图8为本申请实施例中正异常状态的非归一化未加权平均VoI随查询周期长度N的变化图；
图9为本申请实施例中不同的价值权重下的归一化加权平均VoI随查询周期长度N的变化曲线图；
图10为本申请中基于信息价值的卫星物联网接入装置的一实施例的结构示意图；
图11为本申请实施例中基于信息价值的卫星物联网接入方法涉及的硬件运行环境的设备结构示意图。
本申请目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例一
本申请实施例提供一种基于信息价值的卫星物联网接入方法，在本申请基于信息价值的卫星物联网接入方法的第一实施例中，参照图1，包括以下步骤：
步骤S10，获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄；
本实施例方法的执行主体可以是一种基于信息价值的卫星物联网接入装置，也可以是一种基于信息价值的卫星物联网接入终端设备或服务器，本实施例以基于信息价值的卫星物联网接入装置进行举例，该基于信息价值的卫星物联网接入装置可以集成在具有数据处理功能的智能手机、平板电脑、车辆等终端设备上。
本实施例可以应用于卫星物联网中的环境监测、应急管理远程监控和智能电网等多种物联网场景中，提供减少信息冗余、提高资源有效利用率以及提高信息价值的接入服务。
在一种可实施的方式中，信息传输信道分为上下行两条链路，下行由卫星端向地面的基于信息价值的卫星物联网接入装置传输查询请求，上行由地面的基于信息价值的卫星物联网接入装置向卫星端传输目标待传输信息，可以将上行链路信道建模成阴影-莱斯信道，其信道功率增益的概率密度函数(Probability Density Function,PDF)如式(1)所示：
式中，r＝|h|2为信道功率增益，b为多径分量的平均功率，m为Nakagami-m参数，Ω为LoS的平均功率，1F1(a,b,c)为合流超几何函数。通过设置参数b＝0.158，m＝19.4，Ω＝1.29，式(1)可以简化为式(2)：
f(r)＝we-ηr,r>0 (2)
式中，
S-IoT可以提供无处不在和全球覆盖的经济网络服务，覆盖不发达国家和农村地区，而不依赖于地面蜂窝基础设施，是下一代移动通信的重要发展方向之一。随着S-IoT的发展，多样化的物联网应用产生了大量的接入数据。由于接入资源有限，如何在大量的接入数据中选择更具有传输“价值”的信息进行传输，是一个开放性的挑战。
现有传统通信面向可靠性和端到端时延/吞吐量的性能评估机制是针对于地面接入端进行评估，而并未对待传输的信息本身进行评估，存在局限性，因为冗余信息通常普遍存在于各个地面接入端中，用上述指标来平等对待所有的信息不可避免地会导致资源的浪费。目前，有一种传输策略是传输最新产生的信息，因为允许系统设计者测量远程监控或控制过程可用信息的新鲜度，已成为通信中的一种重要传输策略。然而，仅考虑时效性，在任何时候使用新信息，而不考虑感知到的状态信息是否值得消耗有限的资源进行传输，仍然可能导致对目的端的查询任务价值较低的冗余信息的传输。
在本实施例中，需要说明的是，信息年龄(age of information，AoI)是指信息从生成到当前时刻经过的时间长度。信息价值(Value of Information，VoI)是指为实现通信目标而传输的信息的效益，信息价值是任务依赖的，也即，可以根据实际情况和实际需要制定不同的算法、规则等，去确定信息价值，以通过信息价值衡量传输的信息对系统目标的重要性，从而筛选出对系统目标更重要的，也即更有价值的信息，传输至目标端，因此可以有效减少冗余信息对资源的无效占用。
在一种可实施的方式中，待传输信息是指地面通过传感器监测到的物理状态，可以通过指示符的方式进行存储，所述物理状态可以是传感器采集到的数据本身，也可以是传感器采集到的数据所反映的状态，由于传感器通常是采集一段时间范围的多个物理状态，传感器在一段时间范围内采集到的多个物理状态构成一个物理过程，示例性地，某个物理过程包括正常状态和异常状态两种物理状态，正常状态可以用“1”来指示，异常状态可以用“0”来指示，例如，森林火灾监测场景中，可以通过温度传感器进行温度监测，若监测到的温度低于预设温度阈值，则判定为正常状态，输出指示符“1”，若监测到的温度不低于预设温度阈值，则判定为异常状态，输出指示符“0”。需要说明的是，物理状态可能发生变化，也即传感器监测的物理过程中至少包括两种物理状态，因此，待传输信息的值有至少两种可能，也可能有多种可能，为了便于理解，后续以物理状态包括正常状态和异常状态，正常状态用“1”来指示，异常状态用“0”来指示为例进行说明。
在本实施例中，可以预先进行查询周期的设定，通过查询周期对待传输信息进行划分，从而可以在每个周期内进行待传输信息的筛选。在任意一个预设查询周期内，基于信息价值的卫星物联网接入装置可以通过传感器对物理过程进行多次感知，并生成多个待传输信息，在生成每个待传输信息时，可以同步记录各所述待传输信息的生成时间，随着时间的前进，待传输信息的信息年龄逐渐增加，在需要传输信息给卫星端时，将当前时间与各所述待传输信息的生成时间相减，即可得到各所述待传输信息的信息年龄，其中，所述信息年龄的单位可以根据实际需要进行确定，例如可以为毫秒、秒、时隙等，所述预设查询周期可以根据实际情况或卫星端的请求进行确定。
所述传感器可以按照一定时间规律对物理过程进行感知，也可以不断地对物理过程进行感知。在一种可实施的方式中，可以对时间进行时隙划分，通过传感器在每个时隙中均对物理过程进行一次感知，并生成每个时隙对应的待传输信息。
可选地，所述获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄的步骤之前，还包括：
在每个预设时隙，采集并缓存待传输信息。
在本实施例中，预先将时间划分为等长的时隙，在地面接收到卫星端发送的查询请求之前，就可以通过传感器在每个时隙中，对物理过程进行感知，生成待传输信息，并将生成的待传输信息进行缓存，以供后续传输调度，需要说明的是，缓存长度为有限长且远大于查询周期，即可以缓存当前查询周期内所有感知到的状态，以供后续传输调度。
可选地，所述获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄的步骤包括：
响应于卫星端发送的查询请求，获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄。
在本实施例中，信息传输是基于卫星端主动查询而触发的，也即在卫星端有查询需求时，基于查询需求向地面的基于信息价值的卫星物联网接入装置发送查询请求，地面的基于信息价值的卫星物联网接入装置在接收到卫星端发送的查询请求之后，响应于所述查询请求，开始对预设查询周期内采集到多个待传输信息进行筛选。在本领域，通常是地面的基于信息价值的卫星物联网接入装置在采集信息之后，不断地将采集到的信息传输至卫星端，卫星端在收到信息之后根据实际需要选用，其中不可避免的传输了冗余信息或低价值信息，本实施例通过卫星端主动查询可以更好地适应卫星端的实际需求，仅在卫星端有需求时进行信息的传输，从而有效节约卫星端没有需求时信息传输的无效资源占用，提高了资源的有效利用率。
步骤S20，根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值；
在本实施例中，在很多卫星物联网场景中，需要卫星端收到的信息保持较高的时效性，在此情况下，信息价值与时间密切相关，通常，在待传输信息产生后，随着时间的流逝，待传输信息的时效性逐渐减小，且物理过程的物理状态发生变化的可能性越来越大，导致待传输信息的准确性也会降低。因此，本实施例将各所述待传输信息的信息年龄作为评估各所述待传输信息各自对应的目标信息价值的参数之一，基于各所述待传输信息的信息年龄，还可以结合其他与信息价值相关的参数，例如待传输信息的实际物理状态、卫星端的任务信息等，通过预设信息价值评价方式，确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值，其中，所述信息价值评价方式可以为通过将信息年龄和其他与信息价值相关的参数输入信息价值评价算法中计算信息价值，可以为将信息年龄和其他与信息价值相关的参数输入信息价值评价模型中预测信息价值等，具体可以根据实际情况进行确定，本实施例对此不加以限制。
步骤S30，从各所述待传输信息中选取目标信息价值满足预设传输条件的目标待传输信息，将所述目标待传输信息传输至卫星端。
在本实施例中，在确定了预设查询周期内各所述待传输信息各自对应的目标信息价值之后，判断各所述目标信息价值是否满足预设传输条件，选取满足预设传输条件的目标信息价值对应的待传输信息，作为目标待传输信息，将所述目标待传输信息以数据包的形式传输至卫星端，其中，所述预设传输条件可以为高于预设信息价值限值，也可以为目标信息价值最大的预设数量的待传输信息，例如将目标信息价值最大的一个待传输信息确定为目标待传输信息，或者将目标信息价值最大的三个待传输信息均确定为目标待传输信息等。
在本实施例中，通过获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄，实现了对各所述待传输信息的信息年龄的确定，进而通过根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值，实现了基于信息年龄对各所述待传输信息的目标信息价值的评估，进而通过从各所述待传输信息中选取目标信息价值满足预设传输条件的目标待传输信息，将所述目标待传输信息传输至卫星端，实现了基于信息价值对待传输信息的筛选。这样，通过对待传输信息进行信息价值评估的方式，对待传输信息进行筛选，可以有效剔除掉部分信息价值较低的冗余信息，仅将信息价值满足预设传输条件的目标待传输信息传输至卫星端，可以减少冗余信息的资源占用率，克服了现有传统通信面向可靠性和端到端时延/吞吐量的性能评估机制是针对于地面接入端进行评估，而并未对待传输的信息本身进行评估，存在局限性，因为冗余信息通常普遍存在于各个地面接入端中，用上述指标来平等对待所有的信息不可避免地会导致资源的浪费的技术缺陷，提高了卫星物联网信息传输过程中资源的有效利用率。
实施例二
进一步地，参照图2，基于本申请上述实施例，在本申请的第二实施例中，与上述实施例相同或相似的内容，可以参考上文介绍，后续不再赘述。在此基础上，所述根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值的步骤包括：
步骤S21，根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的初始信息价值；
在本实施例中，基于各所述待传输信息的信息年龄，还可以结合其他与信息价值相关的参数，例如待传输信息的实际物理状态、卫星端的任务信息等，通过预设初始信息价值评价方式，确定各所述待传输信息在卫星端进行查询当下的初始信息价值，其中，所述初始信息价值评价方式可以为通过将信息年龄和其他与信息价值相关的参数输入初始信息价值评价算法中计算初始信息价值，可以为将信息年龄和其他与信息价值相关的参数输入初始信息价值评价模型中预测初始信息价值等，具体可以根据实际情况进行确定，本实施例对此不加以限制。
可选地，各所述待传输信息各自对应的初始信息价值与信息年龄负相关。
在本实施例中，在很多卫星物联网场景中，需要卫星端收到的信息保持较高的时效性，在此情况下，信息价值与时间密切相关，通常，在待传输信息产生后，随着时间的流逝，待传输信息的时效性逐渐减小，且物理过程的物理状态发生变化的可能性越来越大，导致待传输信息的准确性也会降低，因此，在确定各所述待传输信息各自对应的初始信息价值时，初始信息价值应与信息年龄负相关。
可选地，所述根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的初始信息价值的步骤包括：
根据各所述信息年龄以及预设的初始信息价值算法，计算各所述待传输信息各自对应的初始信息价值，其中，所述初始信息价值算法为：
其中，V(t)是指待传输信息在t时刻的初始信息价值，N是指待传输信息的预设初始信息价值，1/f是指预设价值下降速率，AoI是指待传输信息在t时刻的信息年龄。
在本实施例中，分别将各所述待传输信息的信息年龄输入预设的初始信息价值算法中，计算各所述待传输信息各自对应的初始信息价值，在所述初始信息价值算法中，N和1/f均可以根据实际情况以及卫星端的查询任务需要等进行确定，本实施例对此不加以限制。
在一种可实施的方式中，初始信息价值可以设置有初始信息价值低限值，在初始信息价值随信息年龄的增加而逐渐下降至初始信息价值低限值之后，初始信息价值一直保持在初始信息价值低限值，例如，所述初始信息价值低限值可以为0。
步骤S22，获取各所述待传输信息各自对应的价值权重；
步骤S23，将各所述待传输信息各自对应的初始信息价值与各自对应的价值权重相乘，将乘积确定为各所述待传输信息各自对应的目标信息价值。
在本实施例中，在确定了各所述待传输信息各自对应的初始信息价值之后，获取各所述待传输信息各自对应的价值权重，将各所述待传输信息各自对应的初始信息价值与各自对应的价值权重相乘，将得到的乘积确定为各所述待传输信息各自对应的目标信息价值，其中，所述价值权重由卫星端确定，也即，卫星端可以预先根据各所述待传输信息的相关信息以及查询任务需要为各所述待传输信息分配价值权重并将权重分配结果传输至地面的基于信息价值的卫星物联网接入装置，各所述待传输信息的相关信息可以为各所述待传输信息的实际物理状态、监测值、监测任务需求等。
可选地，所述获取各所述待传输信息各自对应的价值权重的步骤包括：
步骤S221，获取各所述待传输信息各自对应的实际物理状态，以及物理状态与价值权重之间的映射关系；
在本实施例中，需要说明的是，待传输信息对应的实际物理状态对于任务的重要程度不同，例如，森林火灾监测场景中，可以通过温度传感器进行温度监测，若监测到的温度低于预设温度阈值，则判定为正常状态，若监测到的温度不低于预设温度阈值，则判定为异常状态，在监测到异常状态时，森林发生火灾的风险较高，因此，相比于正常状态，异常状态更值得关注，而若仅考虑时效性，每次都发送最新的状态信息，若连续不断地传输信息，可能传输很多价值较小的信息，若每间隔一段时间周期性传输信息，则可能错过高价值的信息，仍然以森林火灾监测为例，发生火灾的概率是远小于不发生火灾的概率的，若间隔不断地传输，则会传输大量未发生火灾的监测信息，占用大量资源，而若周期性传输，有可能出现起火中途因大风导致温度短暂低于预设温度阈值的情况，若这个情况下的监测信息为最新信息，则会导致更高价值的异常状态信息无法及时传输。因此可以根据卫星端的实际需求为不同的物理状态赋予不同的权重，以表征卫星端对不同物理状态感兴趣的程度，从而可以优先传输卫星端认为更加重要的信息，提高信息传输过程中资源的有效利用率。
在本实施例中，可以通过获取采集到的或者缓存的各所述待传输信息的具体信息值，获取各所述待传输信息各自对应的实际物理状态，并获取卫星端基于查询任务需要预先设定的物理状态与价值权重之间的映射关系，其中，所述物理状态与价值权重之间的映射关系可以预先存储在地面的基于信息价值的卫星物联网接入装置中，也可以由卫星端与查询请求一同传输给地面的基于信息价值的卫星物联网接入装置。
步骤S222，根据各所述待传输信息的实际物理状态以及所述物理状态与价值权重之间的映射关系，确定各所述待传输信息各自对应的价值权重。
在本实施例中，根据各所述待传输信息的实际物理状态查询所述物理状态与价值权重之间的映射关系，确定各所述待传输信息各自对应的价值权重。
进一步地，本申请实施例，以物理过程包括正常状态和异常状态两种物理状态，正常状态可以用“1”来指示，异常状态可以用“0”来指示为例，对本申请实施例的技术方案以及面向AoI的传输策略进行了蒙特卡洛仿真，为了便于说明，后续将传输最新产生的信息的传输策略作为传输策略1，将本申请实施例的技术方案作为传输策略2进行说明，仿真中涉及的归一化平均AoI的推导过程包括：
根据AoI的定义，我们可以给出正常状态的瞬时AoI表达式为：
ΔN(t)＝t-maxQN,i (3)
其中QN,i代表生成的第i个正常状态的包的时间，maxQN,i代表最新生成的正常状态的包的时间。结合瞬时AoI的表达式，在面向AoI的传输策略中，因为当查询到来时，传输的都是传感器最新感知到的状态信息，所以当正常状态传输成功时，卫星端的瞬时AoI下降为1；如果当前查询时隙传输失败，则瞬时AoI增加N，直到到达瞬时AoI的一个阈值Δmax，就保持该值直到下一次成功接收为止，所以卫星端正常状态的瞬时AoI演进可以表示为：
其中，代表在第χ次卫星查询(在第χ个帧结束)后的瞬时AoI。a(χ)代表第χ次查询到来时地面传感器采样的状态信息的状态，即a(χ)＝1代表传的是正常状态，否则为异常状态，对应的概率分别为p和(1-p)；c(χ)指示传输的结果，c(χ)＝1代表传输成功，反之则为传输失败，对应的概率根据阴影莱斯信道计算得出。
参照图3，图3中给出了N＝4时瞬时AoI的演进实例，图3中包含了第一虚线、第二虚线、第三虚线以及实线，第一虚线是指线段呈长短短的规律排列的虚线，第二虚线是指线段呈长长短的规律排列的虚线，第三虚线是指线段长度相等的虚线，其中，第一虚线和第二虚线分别代表卫星端正常和异常状态的瞬时AoI演变，纵坐标小于1的区域中的实线和第三虚线分别代表在查询时隙地面传感器感知到的异常和正常状态，其中实线代表传输成功的状态包，虚线代表传输失败的状态包。WN,m代表第m次正常状态传输成功的等待时间，包含传输的不是正常状态和传输失败的情况；YN,m代表消逝时间，是第m-1次和第m次正常状态传输成功之间的时间间隔；SN,m代表服务时间，长度为1；ΓN,m代表剩余时间，即传输成功的那个查询帧内除去服务时间的剩余时间；YN,m＝WN,m+ΓN,m+SN,m。不失一般性，假设卫星端的瞬时AoI初始值均为N。因为ΔN受的影响，且成功接收可以显著减小/>所以我们主要研究多次成功接收下的ΔN。假设地面一共成功接收到了M个正常状态更新包。为了分析这M次成功接收的ΔN，我们首先分析第m次成功接收的AoI。
根据图3，我们可以分析出单次成功接收的AoI的消耗可以分成两种情况：
1)YN,m≥Δmax。在这种情况下，单次正常状态成功接收的瞬时AoI线条轮廓下的面积可以分成三个部分：I)上底为1，下底为Δmax，高为Δmax-1的梯形；II)宽为YN,m-Δmax，长为Δmax的长方形；III)宽为1，长为Δmax的长方形。表示如下：
对应的概率为：
因为服从参数为PN的几何分布，所以有PN＝P(a(t)＝1)P(c(t))＝1＝p(1-perr)。
2)YN,m<Δmax。在这种情况下，单次正常状态成功接收的瞬时AoI线条轮廓下的面积为上底为1，下底为YN,m+1，高为YN,m的梯形。表示如下：
同样，对应的概率为：
综上所述，可以求得单次正常状态成功接收的AoI消耗的期望为：
ΔN是当M趋于无穷时，M次成功接收的总的AoI消耗比上M次成功接收总的消逝时间的值，即：
其中
然后，可得归一化正常状态平均AoI为
同理可得异常状态的平均AoIΔA，只需将PN替换为PA＝P(a(t)＝0)P(c(t))＝1＝(1-p)(1-perr)即可，归一化异常状态平均AoI为
仿真中涉及的归一化加权平均VoI的推导过程包括：
考虑到信息的价值应该与时间有关，随着时间的增加，信息的价值会不断减小，直到降为零。基于此，结合AoI的分析，我们提出瞬时VoI的概念，卫星端的瞬时VoI表示如下：
其中ti表示最新接收到的在正常状态/异常状态更新包的时间，代表价值下降速率。在上面一部分的内容中，我们给瞬时AoI设置了一个阈值Δmax，为了确保瞬时V(t)大于等于0，需要确保f的取值大于等于/>其中k代表Δmax中包含的查询周期数。价值下降速率可以根据实际进行调整，这里我们令f＝k，即在状态信息的价值在生成后的k个查询周期内会降为0。假设V(0)＝N，即在卫星端正常状态/异常状态的价值初始值均为N。
据此，可以给出正常状态和异常状态的瞬时VoI演变的表达式分别如下：
其中a(t)代表传输的状态信息的状态，即a(t)＝1代表传的是正常状态，否则则为异常状态，对应的概率分别为p和(1-p)；c(t)指示传输的结果，c(t)＝1代表传输成功，反之则为传输失败，对应的概率根据阴影莱斯信道计算得出。
根据正常状态和异常状态的瞬时VoI的演变表达式，可以给出对应的演变图，参照图4，图4中给出了查询周期长度为4，且k＝4时瞬时VoI的演进实例，图4中共包含有长虚线、短虚线和实线形式的三条曲线，长虚线中每一段线段的长度大于短虚线中每一段线段的长度，短虚线和实线分别代表在卫星端接收到的传感器的正常状态和异常状态的瞬时价值演变图，长虚线代表传感器在每个时隙感知到的状态信息。di代表卫星端接收到第i个状态包的时间，Yi代表两次成功接收之间的消逝时间。故单次成功的价值可以通过计算在Yi长度下红线和紫线覆盖下的面积得到，假设有M次成功接收，那么可以通过计算M次消逝时间长度下红线和紫线覆盖下的面积总和。
以正常状态的价值为例，分析单次成功接收的价值。经分析可知，在当前查询周期如果传输失败或传输的为异常状态，那么正常状态的价值将会减小，每帧减小1，直到有正常状态被成功接收，那么可得Yi是服从几何分布的。同时，根据我们的设置，当经过N个帧，一个状态包的价值将会降为0，也就是价值的最小值为0，当达到0的时候，没有新的正常状态更新包被成功接收的话，将会维持0不变。所以会存在两种情况，一个是在前一个接收端的状态包的价值降为0之前就有新的包被成功接收，一个是在降为0之后才有新的包被成功接收。对此，我们可以给出表1，来分析单次成功接收的正常状态的VoI：
表1
其中代表两次成功接收之间的消逝时间包含的查询周期数，PN＝P(a(t)＝1)P(c(t)＝1)＝p(1-perr)代表正常状态传输成功的概率。据此，我们可以求出单次成功接入的价值如下
然后可以给出M次成功接收的总的价值为
令M趋向于无穷，M次成功接收的平均价值为M次成功接收的总的价值比上M次的时间消耗，即
注意因为前面我们假设了p和perr是定值，所以上述表达式中的分子第一项的期望就是它本身，第二项因为Yi是时变的，同时结合离散型随机变量期望的性质，且最终可以得出正常状态的长期平均价值为
同理，可以得出异常状态的长期平均价值为
其中PA＝P(a(t)＝0)P(c(t)＝1)＝(1-p)(1-perr)
最终根据系统建模中的权重设置，可以求得卫星端的归一化加权平均价值为
仿真结果如下：
(1)归一化平均AoI和归一化加权平均VoI的蒙特卡洛仿真验证及对比。
参照图5和图6，图5为归一化平均AoI随查询周期长度N的变化图，图6为归一化加权平均VoI随查询周期长度N的变化图。仿真参数分别为正常状态生成概率p＝0.7，正常状态价值权重α＝0.2，瞬时AoI最大值包含的查询周期数为10。
从图5可以看出由于年龄优先和价值优先两种策略的差异，策略1的归一化平均年龄在<8时优于策略2，这是因为策略1是一个对年龄友好的策略。而随着N的变化，两种策略的归一化平均AoI均有所下降，这是因为归一化的值受到瞬时AoI最大值的影响，当瞬时AoI最大值包含的查询周期数固定，那么随着N的增大，瞬时AoI最大值增加，造成AoI的减小。由于面向VoI的传输策略在每个查询周期传输最有价值的状态信息，当两种状态生成概率固定，而N增大时，意味着最有价值的状态信息的瞬时AoI比N较小时更小的可能性增大，所以策略2的归一化平均AoI的下降速度相较策略1更快。
图6很明显的表现出了策略2在增大卫星端总的状态信息价值的优势。由于状态生成概率固定，且在我们的VoI表征方式中状态信息的价值是与瞬时AoI挂钩的，瞬时AoI越小，瞬时VoI越大。所以当N增大时，增加了最有价值的状态信息的瞬时AoI更小的可能，造成了策略2归一化加权平均VoI的增加。此外，当N增大时，策略1的归一化加权平均VoI近乎不变，因为策略1在查询时隙只传最新的状态信息，在状态生成概率不变的情况下，N的增加对每次传输的状态信息的价值影响不大。
(2)正异常状态的非归一化平均AoI和非归一化未加权平均VoI的蒙特卡洛仿真验证及对比。
参照图7和图8，图7为正异常状态的非归一化平均AoI随查询周期长度N的变化图，图8为正异常状态的非归一化未加权平均VoI随查询周期长度N的变化图。两张图进一步验证了归一化平均AoI和归一化加权平均VoI的蒙特卡洛仿真验证结果。
从图7可以看出，策略1中的正常状态的平均AoI小于异常状态的平均AoI，因为正常状态的生成概率比异常状态的生成概率大，所以每次查询传输正常状态信息的概率比异常状态信息大。而在策略2中异常状态的平均AoI比正常状态小，是因为策略2中传的是查询周期内最有价值的状态信息，因为异常状态的价值权重比正常状态大，所以每次查询传输异常状态信息的概率比正常状态信息大。
从图8可以看出，在正常状态的生成概率较大的情况下，策略1中正常状态的不加权平均VoI较大，但是异常状态的价值权重较大，这也是造成图6中策略1的曲线变化不大的原因。而策略2中则相反，异常状态的不加权平均AoI较大，因为策略2侧重于信息的价值，这也是图7中策略2的曲线增加较快的原因之一。
(3)在不同的价值权重下的归一化加权平均VoI的蒙特卡洛仿真验证及对比。
参照图9，图9为不同的价值权重下的归一化加权平均VoI随查询周期长度N的变化曲线。除了很明显的能够看到α的增大使策略1的归一化加权平均VoI增加，使策略2的归一化加权平均VoI减小以外，还可以看到策略2的增幅相较于策略1的比较大，说明了α对面向VoI的策略2影响较大，所以结合状态生成概率，通过合理的设置不同状态信息的价值权重可以较好的区分不同状态信息对卫星端的价值。
在本实施例中，将信息年龄和物理状态作为评估待传输信息的信息价值的参数，可以量化处于不同物理状态的待传输信息对目的端的信息价值，且信息不仅考虑到了信息的时效性，还考虑到了卫星端也即查询任务目的端对不同物理状态的感兴趣程度，使得最终筛选出的目标待传输信息可以更好地满足目的端的实际任务需要，本实施例还通过追踪瞬时AoI的演进，采用马尔科夫分析方法推导了面向AoI的传输策略中两种状态的归一化长期平均AoI；然后，结合瞬时VoI的演进推导了面向AoI的传输策略中两种状态的长期平均VoI和总的归一化加权平均VoI的数学表达式，并通过蒙特卡洛仿真验证该理论成果的准确性，仿真表明，本申请实施例相较于面向AoI的传输策略，可以显著地提高卫星端接收到的状态信息的总的价值。
实施例三
进一步地，本申请实施例还提供一种基于信息价值的卫星物联网接入装置，参照图10，所述基于信息价值的卫星物联网接入装置包括：
获取模块，用于获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄；
确定模块，用于根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值；
传输模块，用于从各所述待传输信息中选取目标信息价值满足预设传输条件的目标待传输信息，将所述目标待传输信息传输至卫星端。
可选地，所述确定模块，还用于：
根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的初始信息价值；
获取各所述待传输信息各自对应的价值权重；
将各所述待传输信息各自对应的初始信息价值与各自对应的价值权重相乘，将乘积确定为各所述待传输信息各自对应的目标信息价值。
可选地，所述确定模块，还用于：
获取各所述待传输信息各自对应的实际物理状态，以及物理状态与价值权重之间的映射关系；
根据各所述待传输信息的实际物理状态以及所述物理状态与价值权重之间的映射关系，确定各所述待传输信息各自对应的价值权重。
可选地，所述确定模块，还用于：
根据各所述信息年龄以及预设的初始信息价值算法，计算各所述待传输信息各自对应的初始信息价值，其中，所述初始信息价值算法为：
其中，V(t)是指待传输信息在t时刻的初始信息价值，N是指待传输信息的预设初始信息价值，1/f是指预设价值下降速率，AoI是指待传输信息在t时刻的信息年龄。
可选地，所述获取模块，还用于：
响应于卫星端发送的查询请求，获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄。
可选地，在所述获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄的之前，所述基于信息价值的卫星物联网接入装置还包括缓存模块，所述缓存模块用于：
在每个预设时隙，采集并缓存待传输信息。
本发明提供的基于信息价值的卫星物联网接入装置，采用上述实施例中的基于信息价值的卫星物联网接入方法，解决了现有技术卫星物联网信息传输过程中资源的有效利用率较低的技术问题。与现有技术相比，本发明实施例提供的基于信息价值的卫星物联网接入装置的有益效果与上述实施例提供的基于信息价值的卫星物联网接入方法的有益效果相同，且该基于信息价值的卫星物联网接入装置中的其他技术特征与上述实施例方法公开的特征相同，在此不做赘述。
实施例四
进一步地，本发明实施例提供一种电子设备，电子设备包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述实施例中的基于信息价值的卫星物联网接入方法。
下面参考图11，其示出了适于用来实现本公开实施例的电子设备的结构示意图。本公开实施例中的电子设备可以包括但不限于诸如蓝牙耳机、移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图11示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图11所示，电子设备可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的程序或者从存储装置加载到随机访问存储器(RAM)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还存储有电子设备操作所需的各种程序和数组。处理装置、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线。
通常，以下系统可以连接至I/O接口：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、图像传感器、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置；包括例如磁带、硬盘等的存储装置；以及通信装置。通信装置可以允许电子设备与其他设备进行无线或有线通信以交换数组。虽然图中示出了具有各种系统的电子设备，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的系统。可以替代地实施或具备更多或更少的系统。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置从网络上被下载和安装，或者从存储装置被安装，或者从ROM被安装。在该计算机程序被处理装置执行时，执行本公开实施例的方法中限定的上述功能。
本发明提供的电子设备，采用上述实施例中的基于信息价值的卫星物联网接入方法，解决了现有技术卫星物联网信息传输过程中资源的有效利用率较低的技术问题。与现有技术相比，本发明实施例提供的电子设备的有益效果与上述实施例提供的基于信息价值的卫星物联网接入方法的有益效果相同，且该电子设备中的其他技术特征与上述实施例方法公开的特征相同，在此不做赘述。
应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
实施例五
进一步地，本实施例提供一种计算机可读存储介质，具有存储在其上的计算机可读程序指令，计算机可读程序指令用于执行上述实施例中的基于信息价值的卫星物联网接入方法。
本发明实施例提供的计算机可读存储介质例如可以是U盘，但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、系统或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、系统或者器件使用或者与其结合使用。计算机可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读存储介质可以是电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入电子设备中。
上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被电子设备执行时，使得电子设备：获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄；根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值；从各所述待传输信息中选取目标信息价值满足预设传输条件的目标待传输信息，将所述目标待传输信息传输至卫星端。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本公开实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，模块的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
本发明提供的计算机可读存储介质，存储有用于执行上述基于信息价值的卫星物联网接入方法的计算机可读程序指令，解决了现有技术卫星物联网信息传输过程中资源的有效利用率较低的技术问题。与现有技术相比，本发明实施例提供的计算机可读存储介质的有益效果与上述实施例提供的基于信息价值的卫星物联网接入方法的有益效果相同，在此不做赘述。
实施例六
进一步地，本申请还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的基于信息价值的卫星物联网接入方法的步骤。
本申请提供的计算机程序产品解决了现有技术卫星物联网信息传输过程中资源的有效利用率较低的技术问题。与现有技术相比，本发明实施例提供的计算机程序产品的有益效果与上述实施例提供的基于信息价值的卫星物联网接入方法的有益效果相同，在此不做赘述。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利处理范围内。

Claims (10)

1.一种基于信息价值的卫星物联网接入方法，其特征在于，所述基于信息价值的卫星物联网接入方法包括以下步骤：
获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄；
根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值；
从各所述待传输信息中选取目标信息价值满足预设传输条件的目标待传输信息，将所述目标待传输信息传输至卫星端。
2.如权利要求1所述的基于信息价值的卫星物联网接入方法，其特征在于，所述根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值的步骤包括：
根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的初始信息价值；
获取各所述待传输信息各自对应的价值权重；
将各所述待传输信息各自对应的初始信息价值与各自对应的价值权重相乘，将乘积确定为各所述待传输信息各自对应的目标信息价值。
3.如权利要求2所述的基于信息价值的卫星物联网接入方法，其特征在于，所述获取各所述待传输信息各自对应的价值权重的步骤包括：
获取各所述待传输信息各自对应的实际物理状态，以及物理状态与价值权重之间的映射关系；
根据各所述待传输信息的实际物理状态以及所述物理状态与价值权重之间的映射关系，确定各所述待传输信息各自对应的价值权重。
4.如权利要求2所述的基于信息价值的卫星物联网接入方法，其特征在于，各所述待传输信息各自对应的初始信息价值与信息年龄负相关。
5.如权利要求2所述的基于信息价值的卫星物联网接入方法，其特征在于，所述根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的初始信息价值的步骤包括：
根据各所述信息年龄以及预设的初始信息价值算法，计算各所述待传输信息各自对应的初始信息价值，其中，所述初始信息价值算法为：
其中，V(t)是指待传输信息在t时刻的初始信息价值，N是指待传输信息的预设初始信息价值，1/f是指预设价值下降速率，AoI是指待传输信息在t时刻的信息年龄。
6.如权利要求1-5任一项所述的基于信息价值的卫星物联网接入方法，其特征在于，所述获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄的步骤包括：
响应于卫星端发送的查询请求，获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄。
7.如权利要求1-5任一项所述的基于信息价值的卫星物联网接入方法，其特征在于，所述获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄的步骤之前，还包括：
在每个预设时隙，采集并缓存待传输信息。
8.一种基于信息价值的卫星物联网接入装置，其特征在于，所述基于信息价值的卫星物联网接入装置包括：
获取模块，用于获取预设查询周期内采集到的多个待传输信息的信息年龄；
确定模块，用于根据各所述信息年龄确定各所述待传输信息各自对应的目标信息价值；
传输模块，用于从各所述待传输信息中选取目标信息价值满足预设传输条件的目标待传输信息，将所述目标待传输信息传输至卫星端。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至7中任一项所述的基于信息价值的卫星物联网接入方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有实现基于信息价值的卫星物联网接入方法的程序，所述实现基于信息价值的卫星物联网接入方法的程序被处理器执行以实现如权利要求1至7中任一项所述的基于信息价值的卫星物联网接入方法的步骤。
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