[发明专利]一种面向工业监控的基于非正交多址接入的按需传输方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，提供一种面向工业监控的基于非正交多址接入的按需传输方法，包括：确定评估传输方案的性能指标，构建异构传输需求和频谱受限约束下的能量效率最大化问题；基于不同监控应用对传输性能的需求不同，分析监控应用优先级与连续干扰消除解码顺序的关系；有效地解决了信道分配、用户分组、功率控制相互耦合导致的求解复杂度高的问题；基于两种应用共存的情况，设计基于匹配理论的信道分配算法，在多项式时间内确定信道分配关系，以较低的时间复杂度求解了混合整数规划问题。本发明能够在频谱资源和能量受限的条件下满足异构工业监控应用对传输性能的差异化要求，有效提升通信受限工业网络系统的监控性能。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体而言，尤其涉及一种面向工业监控的基于非正交多址接入的按需传输方法。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，新兴的物联网系统在工业自动化中有着广泛的应用，如设备健康监测、状态估计、自动控制等，引起了工业界和学术界的广泛关注。近年来，状态感知在工业自动化中起着重要作用，经由无线网络传输的关键监控信息需要保证实时性与可靠性。此外，不同的监控应用通常对数据传输性能有着不同的要求。例如，在温度估计应用中，为了满足估计收敛的条件，观测信息的数据包传输中断概率不能超过某个阈值；在设备健康监测应用中，振动传感器在每个控制周期会产生大量的监测数据，因此希望在指定期限内传输的数据量越多越好。为工业监控应用获得足够的感知信息，通常在工业现场部署大量传感器。此外，传感器获取信息的种类和数量越多，工业监控性能就越好。现如今，正交多址接入机制已被广泛用于提高信息传输可靠性方面。部分现有的工作使用正交多址接入技术，通过分配专用资源来提高传输可靠性。然而，基于正交多址接入的传输方案以降低频谱利用率和传输容量为代价，来提供令人满意的传输可靠性，这并不适用于可用频谱资源受限的工业网络。此外，部署在现场的传感器通常由电池供电，需要在不进行日常维护的条件下进行长时间工作。如果发送功率增加太多，将会导致电池会很快耗尽。由此可见，如何在有限的频谱和能量资源下，保证传输的可靠性，提高传输容量，对于为监控应用提供满意的服务质量具有重要意义。

功率域非正交多址接入与连续干扰消除技术相结合，可以在同一资源块上同时传送多个传感器的数据包，而且不会产生较大的干扰。在现有研究中，非正交多址接入技术已被大量应用于促进频谱利用率的提高。考虑到基于非正交多址接入的传输能够增强接入能力和传输性能，有效地干扰管理并提高频谱利用率，因此我们使用非正交多址接入技术来接纳更多的传感器，以更好地为频谱受限下多种监控应用提供满意的信息交互服务。

发明内容

根据上述提出的技术问题，提供一种面向工业监控的基于非正交多址接入的按需传输方法。本发明能够在频谱资源和能量受限的条件下满足异构工业监控应用对传输性能的差异化要求，有效地提升了通信受限工业网络系统的监控性能。

本发明采用的技术手段如下：

一种面向工业监控的基于非正交多址接入的按需传输方法，包括如下步骤：

S1、确定评估传输方案的性能指标，构建异构传输需求和频谱受限约束下的能量效率最大化问题；

S2、基于不同监控应用对传输性能的需求不同，分析监控应用优先级与连续干扰消除解码顺序的关系；

S3、基于两种应用共存的情况，设计基于匹配理论的信道分配算法，在多项式时间内确定信道分配关系。

进一步地，所述步骤S1具体包括：

S11、基于线信道的不可靠性和频谱的有限性使得接收到观测信息的过程具有间歇性，将其建模为服从伯努利分布一个随机二进制变量αs，t；

S12、将无线传输中能量和频谱受限导致数据包传输性能的影响统一表示成中断概率；

S13、确定输出的信号干噪比；