2023年第8期专题【面向6G的物联网技术】论文链接（11篇）
《移动通信》2023年第8期专题
【面向6G的物联网技术】
（共刊登论文11篇）
【专题客座主编】
吕玲（大连海事大学副教授）
袁亚洲（燕山大学副教授）
面向工业5G+时间敏感网络的分布式流调度策略
李明妍，刘厚灵，古富强
（重庆大学计算机学院，重庆 400044）
【摘 要】5G和时间敏感网络的融合是工业制造无线升级的关键技术。在3GPP发布的版本16中，研究的关键方向之一是增强5G系统以满足TSN支持的工业应用，助力提升工业互联网的实时转发与泛在感知能力。由于TSN和5G系统的服务质量保证机制相互独立，目前5G系统仅作为逻辑网桥接入TSN网络中，因此5G与TSN联合部署仍处于融合初期。首先研究了5G和TSN协同流调度问题，基于5G低时延免授权接入技术和TSN循环排队转发协议，提出一种基于多智能体深度增强学习的5G+TSN分布式流调度策略，联合优化时效敏感流在5G和TSN网络中的调度决策，从而实现5G上行链路的无冲突传输并缓解TSN网络的队列溢出问题。通过仿真实验证明了该策略在学习环境非平稳下的鲁棒性。
【关键词】5G+工业互联网；时间敏感网络；多智能体深度增强学习
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基于深度学习的路面状况监控与预测物联网设计
吴楠，刘小凡，王旭东，王莹
（大连海事大学信息科学技术学院，辽宁 大连 116026）
【摘 要】由于路面结冰严重威胁行车安全，因而公路结冰预警技术成为保障安全行驶的关键性技术。基于大连地区五年历史数据集，利用神经网络特征提取与压缩的能力，提出了基于深度学习的短时间道路结冰预测系统，并且构建了相应的硬件平台。具体地说，首先，构建了LSTM、CNN、TEXTCNN、ConvLSTM、Transformer五种神经网络从时域、空域等多维度挖掘数据集的内在结构，并对下一时刻道路结冰状况进行预测。其次，将训练好的五种神经网络调试并下载到树莓派4b平台，实现了低成本的硬件系统。最后，实验结果表明，TEXTCNN模型的预测准确率可以达到97%，同时鲁棒性最高，有效地解决高速公路高危路段的路面凝冰预测的技术难题。
【关键词】深度学习；道路结冰；树莓派4b
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面向工业网络系统状态感知的机会式传输策略
乔泽鑫，吕玲，戴燕鹏
（大连海事大学信息科学技术学院，辽宁 大连 116026）
【摘 要】在工业网络系统中，控制中心经由无线网络收集现场设备的感知信息并执行状态估计以推测设备运行状态。然而，有限的频谱、能量资源和恶劣的工业无线电环境导致感知信息难以在规定的期限内到达控制中心，进而致使状态估计的性能显著恶化。针对上述问题，提出了能量感知的传感器调度和机会传输方案，以提升资源利用率和状态估计精度，并构建了频谱和能量资源约束的总成本最小化问题，以实现估计性能和资源消耗的有效折衷。为高效求解此混合整数非线性规划问题，设计了基于估计误差比率的传感器调度策略，并采用子问题迭代求解的方式以较低的复杂度获得原问题的近似最优解。仿真结果验证了所提方案在降低估计误差和能耗方面的优越性。
【关键词】工业网络系统；状态估计；传感器调度；机会式传输
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基于无人机辅助通信的异构业务资源调度方法
张丽娇，戴燕鹏
（大连海事大学信息科学技术学院，辽宁 大连 116026）
【摘 要】在B5G时代，无人机辅助通信被认为是一种能够支持异构设备组网的有效途径。然而，由于服务需求的不同，各类用户设备在共享同一无人机通信资源时会产生竞争与冲突。针对该问题，设计了一种基于资源切片的资源调度方案，旨在无人机辅助通信场景下同时保证eMBB类型用户的较低平均服务时延的需要和mMTC类型用户的高接入的需求。解析地表达了异构业务的需求和联系，并构建eMBB用户的服务时延最小化和mMTC用户的接入数量最大化问题。为了求解这一问题，设计了一种基于联盟博弈和逐次凸近似的面向异构服务的资源配置算法。仿真结果表明，所提算法能够实现高效的资源调配，为异构业务提供高质量的服务。
【关键词】无人机辅助通信；资源调度；异构业务
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基于时延抖动与信道使用量约束的
供热网络无线TSN流量调度算法
曹旭，周学哲，宋亚平，蔺伟
（沧州热力有限公司，河北 沧州 061000）
【摘 要】在工业4.0的背景下，实时工业应用面临着通信方面的重大挑战。供热网络中调度控制数据、监测数据、监控视频数据混合传输，为确保指令下发迅速，事故及时报警，具有低时延、低抖动和低丢包率等特点的TSN技术得到了应用。然而，目前TSN的研究多限于有线传输，传统工业无线网络无法提供确定性调度服务。将时间敏感网络延伸至无线传输领域，通过增加抖动约束与信道使用量约束，以及利用SMT完成求解，提出了一种解决方案，以保证流量时延和抖动的确定性传输。具体而言，在传统802.1Qbv数据帧约束、链路约束、流量传输约束、实时约束和隔离约束的基础上，采用了抖动约束与信道使用量约束，实现了无线信道资源的合理分配，从而提高了并发传输数据量。仿真结果表明，无线调度具备了更高的求解兼容性，可有效地提高传输数据量，在牺牲一定时延的基础上，实现了低抖动约束下的确定性传输。
【关键词】时间敏感网络；供热网络；可满足性模理论；抖动约束；信道使用量约束
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基于多层移动边缘计算的工业物联网资源管理与优化
于亚男1，于明帅2
（1.东北大学秦皇岛分校，河北 秦皇岛 066004;
2.燕山大学，河北 秦皇岛 066000）
【摘 要】工业物联网在数据采集和控制系统中发挥着越来越重要的作用。考虑工业网络中计算－网络资源受限问题，针对多个业务并行处理和传输需求，提出了一种三层移动边缘计算优化框架。该框架综合考虑丢包率、带宽分配和卸载策略对系统性能的影响，利用粒子群算法来优化多个子任务的资源分配策略，从而有效地降低系统延迟、能耗和成本。通过仿真实验验证了该方法的有效性，可以确保在有限的计算和通信资源下实现系统性能的最优化。
【关键词】工业物联网；移动边缘计算；资源分配
☞【2023年第8期】基于多层移动边缘计算的工业物联网资源管理与优化
张子腾，王文烨，郑卓琳，袁亚洲
（燕山大学电气工程学院，河北 秦皇岛 066004）
【摘 要】在传统的工业现场级网络中，存在大量具有不同时延需求的业务，如何满足不同业务的时延需求存在挑战。针对在工业场景中现场级网络应如何保障系统反馈控制实时性的问题，提出了一种基于模糊推理模型的优先级适配机制。该机制通过动态调整网络中数据流的优先级，以满足各类异构业务的传输需求，保证系统反馈控制的实时性；同时，为了使其能够与时间敏感网络的优先级结合，设计了离散量化输出模型，为实现确定性网络调度提供依据。最后通过仿真，验证了该机制的实时性与有效性。
【关键词】优先级适配机制；模糊神经网络；动态优先级；时间敏感网络
☞【2023年第8期】基于模糊神经网络的工业数据流优先级适配机制
面向蜂窝化的反向散射通信综述：关键技术与标准化研究
黄伟，谭俊杰，简荣灵，姜大洁，李欢
（维沃移动通信有限公司，广东 深圳 518049）
【摘 要】面向6G时代千亿设备的连接需求，低复杂度、低成本、低功耗的反向散射通信技术是实现这一愿景的关键使能技术。但其自身在连接距离、速率、可靠性等方面依然存在不足。另一方面，不断演进的蜂窝网络具有良好的网络覆盖和通信性能。将蜂窝网络与反向散射通信结合可以充分发挥二者的优势，在降低部署成本的同时，实现干扰管理以及灵活的设备管控，提升反向散射通信的传输覆盖和可靠性。基于此，该综述主要论述反向散射通信系统蜂窝化演进的可行技术路线与支撑技术，包括系统架构、空口设计、核心网与协议栈设计等；接着介绍了主流国际标准化组织关于蜂窝化反向散射通信的研究进展；最后，讨论反向散射通信的未来研究方向和技术挑战。
【关键词】6G；蜂窝网络；反向散射通信；极低功耗通信
☞【2023年第8期】面向蜂窝化的反向散射通信综述：关键技术与标准化研究
近海通信中缓存与资源分配联合优化方法
孙世煊，戴燕鹏
（大连海事大学，辽宁 大连 116026）
【摘 要】研究了应用边缘缓存技术以解决近海无线网络流量激增问题。引入一种配备无线缓存服务器的浮标，为船舶和用户提供无线通信服务，可有效缓解岸基基站负载。由于浮标的缓存容量和传输功率有限，可能会导致传输时延变大。为了解决这个问题，提出了一种基于Dinkelbach和连续凸近似法的缓存放置和功率分配联合优化算法。仿真结果表明，该算法可以提高缓存命中率并降低系统成本。
【关键词】近海通信；边缘缓存；资源分配
时间敏感网络中基于抢占式通道模型的资源调度算法研究
吴昭祥，李文凯，袁亚洲，刘志新
（燕山大学电气工程学院，河北 秦皇岛 066004）
【摘 要】时间敏感网络作为一种新型工业通信技术，能够为工业控制业务提供高可靠及确定性时延保障。针对工业场景中时间敏感网络为保障确定性时延而提供的循环排队转发机制，提出了一种满足同步流类型时间敏感流量零抖动需求的抢占式通道模型，通过调整循环排队机制中不同类型时间敏感流量的优先级，为同步流量提供抢占式通道，同时引入对周期流类型时间敏感流量的整流排序机制，来降低抢占式通道对于周期流的影响。对引入机制前后的时延变化进行了对比分析，并通过OMNET++实时仿真验证了所提出的抢占式通道模型的有效性。
【关键词】时间敏感网络；循环排队转发机制；抢占式通道模型；整流排序
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分布式环境下的跨信任域之间的信任管理策略
张金龙
（中电科普天科技股份有限公司，广东 广州 510310）
【摘 要】针对分布式环境下节点动态移动导致跨信任域之间的信任转移以及信任阈值设置具有高度不确定性的问题，提出一种分布式环境下的跨信任域内的信任管理策略，该策略通过建立一种跨信任域的信任转移框架，利用源数据分布和重构后目标数据的信任差异来执行跨信任域之间的信任转移；在此基础上，基于新的信任域所有节点的信任分布自适应生成动态的信任阈值，从而实现恶意节点的准确识别。实验表明，所提出的方法有效解决分布式环境中跨信任域节点的信任管理问题，能够保障系统的整体信任质量和安全性。
【关键词】分布式环境；跨信任域；信任管理
☞【2023年第8期】分布式环境下的跨信任域之间的信任管理策略
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