本发明属于消息传输，具体涉及一种基于设备环境感知的消息更新频率自适应调整方法。
背景技术：
1、港口的投资和建设规模巨大，及时掌握港口状态信息，管理和维护好相关设施，保证其运行安全，是一项极其重要的任务。港口监测信息通常包含状态信息，例如位置、海拔、湿度、温度和周围的安置条件，这些信息应该根据延迟敏感的要求不断更新。港口监测设备的增加导致有限频谱资源下的信道拥塞。多个设备选择相同的子信道资源用于传输，导致港口监测信息冲突。该冲突导致传输失败并影响及时传输，所以需要根据港口感知能力来优化传输频率。而港口监测的传输频率优化方案和拥塞控制算法尚未明确，需要研究以保证港口监测信息的及时性。
2、近年来，随着海洋运输业的规模增大和全球贸易的不断增长，港口成为重要经济节点。港口作为水陆交通的集结点和转换枢纽，承载着船舶的停靠，货物的装卸、运输和分配任务。然后港口面临着许多安全威胁，如损坏、偷盗、自然灾害、网络攻击等，因此需要针对港口及其周边环境的安全威胁进行实时监测和管理的系统。
3、现有一种码头安全智能监测平台的数字孪生体系统，用于对港口环境的实时感知和对港口安全风险的快速分析和预测，以有效预防和应对港口安全事件的发生，提高港口的安全性和运行效率。该发明通过其数字孪生体系统，构建基本物理信息结构框架，通过各传感器进行实时信息采集，对信息进行分类、分析、汇总和存储，将采集到的信息存储到数据库中，再利用更新旧数据模型对数据库内部采集到的数据进行标识识别，进行匹配表示对数据库内部数据进行信息替换，进而操作人员利用实时数据更新模型内实际数据波动范围和预设阈值进行信息对比分析处理，从而与外部环境变化模型的变化状态进行对比，通过监测预警单元的提醒使操作人员快速得到码头安全隐患数值较高的信息，方便操作人员快速做出反应。
4、上述现有技术利用将传感器得到的信息进行分类、分析、汇总、存储后全部传输给数据库进行下一步操作，这其中的时延较长，并对传输的可靠性有较高的要求。而随着港口设备和传感器规模逐渐扩大，由于有限的频谱资源，以固定频率传输的监测安全消息发生碰撞的概率显著增加，从而消息通信可靠性变差，影响港口监测的及时性和可靠性。而监测安全信息的传输频率对信道占用率和通信性能有显著影响，需要对其展开研究以满足港口监测环境下严格的应用需求。
5、针对港口监测场景下，港口监测的安全消息更新频率的相关标准规范没有考虑按照固定传输频率发送港口监测信息会导致该信息碰撞，反而影响可靠性。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于设备环境感知的消息更新频率自适应调整方法了解决了随着港口监测设备规模逐渐扩大，由于有限的频谱资源，以固定频率传输的港口监测信息发生碰撞的概率显著增加，从而监测设备之间通信可靠性变差，危及港口安全的问题。
2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于设备环境感知的消息更新频率自适应调整方法，包括以下步骤：
3、s1、根据港口资源池中港口监测模块的感知信息，计算港口安全监测的信息新鲜度；
4、s2、计算不同港口监测模块数目下的模块平均距离；
5、s3、根据不同模块平均距离计算港口监测模块的感知占用频率；
6、s4、根据感知占用频率计算港口安全监测通信范围内所有设备的全局信道占用率；
7、s5、根据感知占用频率构建信息新鲜度优化模型；
8、s6、对信息新鲜度优化模型进行求解，确定最佳更新频率，并根据其对消息更新频率进行自适应调整。
9、进一步地，所述步骤s1中，所述信息新鲜度aoi表示为：
10、
11、式中，δi表示长期平均差异，对于周期性业务对于突发性业务μi表示第i个港口监测模块分配的重要因子，λi表示第i个港口监测模块的更新任务量的平均更新达到速率，ρi表示第i个港口监测模块的更新频率，n表示港口监测模块总数。
12、进一步地，所述步骤s2中，对于所有港口监测模块，其接收模块i＝0和其通信范围内的发送模块i之间的平均模块距离表示为：
13、
14、式中，表示平均模块间距，l表示通道数量，i＝0表示当前港口监测模块，其作为接收模块，n表示港口监测模块数量。
15、进一步地，所述步骤s3中，感知占用频率为：
16、
17、式中，表示接收信号功率的概率密度函数，erf(·)表示误差函数，pth表示根据港口标准预先配置的接收功率感知阈值，pt表示信号传输功率，表示的路径损耗，表示模块平均距离，pir表示信号接收功率，σ表示阴影衰落标准差。
18、进一步地，所述步骤s4中，全局信道占用率rocc：
19、
20、式中，ρi表示第i个港口监测模块的更新频率，τ表示发送单个消息消耗的时间，nsc表示传输一个数据包所占用的子信道数量，test表示信道占用率估计期，nsc表示频域所划分的子信道数量，表示感知占用频率。
21、进一步地，所述步骤s5中，构建的信息新鲜度优化模型为：
22、
23、s.t.ρi≥0,i＝1,2,...,n
24、
25、式中，表示全局传输成功概率。
26、进一步地，所述步骤s6中，当各港口监测模块的更新频率不一致时，通过引入拉格朗日函数对信息新鲜度优化模型进行求解，得到的最佳更新频率为：
27、
28、式中，μj表示第j个港口监测模块分配的重要因子，λj表示第i个港口监测模块分配的重要因子，j表示与i不同的港口监测模块索引。
29、进一步地，所述步骤s6中，当各港口监测模块的更新频率一致时，得到的最佳更新频率为：
30、
31、本发明的有益效果为：
32、(1)本发明提供的消息更新频率自适应调整方法可以完成根据模块和通信环境确定最佳传输频率，在港口自主通信场景中降低了系统时延并且提高了可靠性。
33、(2)本发明提供的方法可以综合考虑模块数量、模块间距、信道衰落和传输成功率等因素进行自适应地调整更新频率，以达到减小信息碰撞的可能性，提高可靠性和降低模块感知信息之间的差异，提高有效性的目标。
1.一种基于设备环境感知的消息更新频率自适应调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于设备环境感知的消息更新频率自适应调整方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述信息新鲜度aoi表示为：
3.根据权利要求1所述的基于设备环境感知的消息更新频率自适应调整方法，其特征在于，所述步骤s2中，对于所有港口监测模块，其接收模块i＝0和其通信范围内的发送模块i之间的平均模块距离表示为：
4.根据权利要求1所述的基于设备环境感知的消息更新频率自适应调整方法，其特征在于，所述步骤s3中，感知占用频率为：
5.根据权利要求2所述的基于设备环境感知的消息更新频率自适应调整方法，其特征在于，所述步骤s4中，全局信道占用率rocc：
6.根据权利要求5所述的基于设备环境感知的消息更新频率自适应调整方法，其特征在于，所述步骤s5中，构建的信息新鲜度优化模型为：
7.根据权利要求6所述的基于设备环境感知的消息更新频率自适应调整方法，其特征在于，所述步骤s6中，当各港口监测模块的更新频率不一致时，通过引入拉格朗日函数对信息新鲜度优化模型进行求解，得到的最佳更新频率为：
8.根据权利要求6所述的基于设备环境感知的消息更新频率自适应调整方法，其特征在于，所述步骤s6中，当各港口监测模块的更新频率一致时，得到的最佳更新频率为：
