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龙图腾网获悉重庆邮电大学申请的专利双智能反射面辅助的无线网络中信息年龄和能耗联合优化方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN118741560B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-19发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202410927843.X，技术领域涉及：H04W24/02；该发明授权双智能反射面辅助的无线网络中信息年龄和能耗联合优化方法是由李敏;扶炫;董苗;王恒设计研发完成，并于2024-07-11向国家知识产权局提交的专利申请。

本双智能反射面辅助的无线网络中信息年龄和能耗联合优化方法在说明书摘要公布了：本发明涉及一种双智能反射面辅助的无线网络中信息年龄和能耗联合优化方法，属于智能反射面辅助无线通信领域。本发明通过双智能反射面重构无线网络中的信号传播链路，增强地面节点到基站之间的信道质量；根据地面节点与基站之间的叠加信道增益和基站对地面节点的调度动作，分别构建了地面节点的发射功率模型和网络的信息年龄模型；通过优化基站对地面节点数据传输调度、双智能反射面的反射系数矩阵和基站的线性接收波束向量来降低网络的长期平均信息年龄和节点能耗。本发明在确保网络信息新鲜度的同时，减少地面节点能耗，延长网络生命周期，适用于当前5G通信网络超高可靠低延迟通信和设备低能耗的需求。

本发明授权双智能反射面辅助的无线网络中信息年龄和能耗联合优化方法在权利要求书中公布了：1.双智能反射面辅助的无线网络中信息年龄和能耗联合优化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤： S1：为提升通信链路受阻的无线网络的信道质量，布置双智能反射面，构建额外的信号传播链路，建立地面节点到基站之间的叠加信道模型和地面节点的发送功率模型； S2：由基站对地面节点的调度动作，构建网络的信息年龄模型； S3：构建网络的信息年龄和地面节点的能耗的联合优化问题，通过交替优化算法求解双IRS最优波束并由DQN算法制定地面节点的最优调度策略，降低网络的长期平均信息年龄和地面节点能耗； 所述S1具体包括： 考虑基站与地面节点之间的直射链路受到障碍物的阻挡，在无线网络中引入两个智能反射面，分别记为IRS1和IRS2，M1，M2分别为IRS1和IRS2上的反射单元数量，M1+M2＝M；同时令所有反射单元的振幅反射系数为1，以最大化信号反射强度；定义t时刻IRSμ上各单元的相位反射系数矩阵为其中μ∈{1,2}为智能反射面的序号，各反射单元相位满足m为智能反射面上各子单元序号；对角矩阵为第μ个智能反射面的反射系数矩阵，其中j表示虚数单位； SNk定义为具有单天线的第k个地面节点，k＝1,2,…,K；定义为一个a×b大小的复数矩阵空间；表示t时刻地面节点SNk到第μ个智能反射面链路的信道增益；分别表示t时刻智能反射面IRS1和IRS2到基站链路的信道增益，其中N为基站接收信号的天线数量；表示两个智能反射面IRS1和IRS2之间链路的信道增益；表示t时刻对应于地面节点SNk的基站线性接收波束向量，H表示矩阵的共轭转置；从地面节点SNk到基站的叠加信道增益为： Hkt＝G2tΘ2tDtΘ1th1,kt+G2tΘ2th2,kt+G1tΘ1th1,kt1 由地面节点到基站的叠加信道增益，得基站接收到的信号为： 式2中，skt～Nc0,Pkt为t时刻地面节点SNk的发送数据符号，Pkt为t时刻地面节点SNk的发射功率，c～Nc0,σ2I是基站处的加性白噪声AWGN向量，其中σ2为噪声功率；基站解码地面节点SNk发送信号的信噪比为： 由式3得地面节点发射功率表示为： 所述S2具体包括： 已知基站对地面节点的调度动作和地面节点的数据更新情况，构建网络的信息年龄模型； 信息年龄定义为最近一次传递的数据自生成以来经过的时间；记t时刻SNk基站端数据的信息年龄、SNk源端数据的信息年龄和SNk的剩余待传数据包数量分别为Ar,kt、Ad,kt和Dkt； 定义基站对地面节点的调度动作为ukt，其中ukt∈{0,1}；当ukt＝1时，基站选择地面节点SNk传输数据；否则，地面节点SNk保持空闲；Λkt表示t时刻地面节点SNk是否有新的数据到达，Λkt∈{0,1}；当Λkt＝1时，表示地面节点SNk中有新的数据达到，用新到达的数据替代旧的数据；否则，表示无新的数据到达，当前数据保持不变； 当基站在时间t调度地面节点SNk传输数据并且仅有一个剩余待传数据包，即ukt＝1且Dkt＝1时，基站端信息年龄Ar,kt下降为源端信息年龄Ad,kt；否则，Ar,kt将增加1；Ar,kt表示如下： 对于源端的信息年龄Ad,kt，当基站调度地面节点SNk进行数据传输时存在多个剩余数据包并且没有新的数据到达或地面节点SNk保持空闲并且没有新的数据到达时，即ukt＝1且Dkt＞1且Λkt＝0或者ukt＝0且Λkt＝0，Ad,kt增加1；否则，Ad,kt重置为0；Ad,kt表示如下： 当t时刻没有新的数据到达地面节点SNk且SNk未被调度时，其剩余待传数据包数Dkt保持不变；当t时刻基站调度地面节点SNk传输数据并且没有新的数据到达时，Dkt减少1；否则，Dkt重置为最大数据包数量Lk；Dkt表示为： 所述S3具体包括： 将基站端的信息年龄和地面节点能耗的加权和作为性能优化指标，来减少网络的长期平均信息年龄和地面节点的能量消耗； 通过优化基站各时隙对地面节点数据的传输调度ukt，两个智能反射面IRS1，IRS2的反射系数矩阵Θ1t,Θ2t和基站的线性接收波束向量制定联合优化问题，如下所示： γkt≥γth,如果ukt＝18c δ1+δ2＝1，并且δ1＞0,δ2＞08d 其中，式8a限制每个时隙内至多只能有一个地面节点进行数据传输；式8b为智能反射面反射单元的相位移约束；式8c为选中地面节点所需的信噪比约束，用以确保数据传输成功；式8d中，δ1＞0,δ2＞0分别表示信息年龄和能耗的重要性权重，并且限制δ1+δ2＝1；采用以下方法进行求解： 首先，假设已知基站对节点的调度决策，利用一个交替优化算法对两个智能反射面的波束进行交替优化；具体内容为：设已知各时刻基站对地面节点的最优调度动作ukt，仅需调节两个智能反射面IRS1，IRS2的反射系数矩阵Θ1t,Θ2t和基站的线性接收波束向量使得地面节点SNk单位时间内的能耗最小； 当基站解码地面节点SNk发送信号的信噪比刚好等于信噪比阈值，即γkt＝γth时，地面节点的发送功率Pkt最小，单位时间内地面节点的能耗最小；Pkt最小化问题表示为： 信噪比阈值和噪声功率为定值，式9功率最小化问题转化为IRS相移最大化问题，如下所示： 智能反射面上各子表面相移约束为： 定义式1重写为如下： 式中，R2,k＝G2diagh2,k，R1,k＝G1diagh1,k；通过固定Θ1，ω，由式13得到使问题10最大的Θ2；通过固定Θ2，ω，由式14得到使问题10最大的Θ1；当得到Θ1，Θ2后，通过最大比率传输公式15得到使问题10最大的ω；通过交替迭代13-15，直到在γkt＝γth条件下，地面节点SNk的发射功率Pkt最小； 其次，将基站对地面节点的调度决策构建为一个无状态转移概率的马尔可夫决策过程，双IRS系统的最优波束设计作为一种自动调节的未知环境因素对马尔可夫决策过程造成影响；系统的状态空间定义为st＝Art,Adt,Dt，其中Art＝Ar,1t,Ar,2t,...Ar,Kt、Adt＝Ad,1t,Ad,2t,...Ad,Kt、Dt＝D1t,D2t,...DKt；动作空间定义为at＝u1t,u2t,...uKt，由于每一个时刻只能有一个地面节点进行数据传输，动作空间需 要始终满足约束8a；奖励函数定义为各时刻所有地面节点的基站端信息年龄与调度的地面节点能耗的加权和的负值： 最后，根据以上的马尔可夫决策模型，使用DQN算法求解基站对地面节点的最优调度策略，并由交替优化算法对双IRS相移和基站的线性接收波束向量进行优化，最小化网络的长期平均信息年龄和地面节点能耗。

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