上海高研院在新一代工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)跨系統(tǒng)信息交互領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

　　下一代信息系統(tǒng)(6G)是未來十年全球最重要的綜合性數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施之一，將突破傳統(tǒng)移動通信范疇，實現(xiàn)通信、感知、計算、智能等多技術(shù)集成創(chuàng)新，呈現(xiàn)跨學(xué)科、跨行業(yè)、跨領(lǐng)域融合發(fā)展趨勢，全面引領(lǐng)驅(qū)動經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型。新一代工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可將前沿新型信息技術(shù)深度融入到工業(yè)生產(chǎn)及社會運行的各個環(huán)節(jié)，是6G生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分。然而，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，海量物聯(lián)終端的爆炸式增長、非正交混疊現(xiàn)象的普遍出現(xiàn)、跨系統(tǒng)直連交互的瓶頸制約，都對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用推廣帶來極大的壓力，如何保障大規(guī)模物聯(lián)場景下異構(gòu)系統(tǒng)協(xié)調(diào)服務(wù)能力，優(yōu)化全局通信性能和系統(tǒng)吞吐量，成為一個長期的挑戰(zhàn)。
 

　　針對上述問題，中國科學(xué)院上海高等研究院-智能信息中心胡宏林/徐天衡團(tuán)隊在新一代工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息交互領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究面向6G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)中海量終端共存、以及跨系統(tǒng)泛在互聯(lián)交互的應(yīng)用需求，聚焦大規(guī)模信號共存混疊場景，針對性提出了基于非正交多址的統(tǒng)計譜域直連傳輸技術(shù)。研究工作從信息論的角度出發(fā)，通過數(shù)學(xué)手段刻畫出多元化場景下混疊用戶特征識別的內(nèi)在原理和外部聯(lián)系；基于信號確定性特征與統(tǒng)計特征的可分離特性，以統(tǒng)計譜域這一動態(tài)特征表述維度為切入點，通過時域-空域的特征分割與選擇性聚合，研發(fā)了適用于新一代工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景的跨系統(tǒng)用戶信息直連交互技術(shù)。相關(guān)成果以“When Statistical Signal Transmission Meets Non-Orthogonal Multiple Access: A Potential Solution for Industrial Internet-of-Things”為標(biāo)題，發(fā)表于電信學(xué)領(lǐng)域旗艦期刊《IEEE Internet of Things Journal》上。
 

　　本研究根據(jù)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景中信號非正交混疊特點，設(shè)計了完整的跨系統(tǒng)用戶信息直連交互收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)、并給出了詳細(xì)的工作流程，兼顧通信系統(tǒng)上行和下行兩種模式。其次，研究團(tuán)隊揭示了強弱用戶間能量差異導(dǎo)致的性能代溝，定制化研究了彈性補償檢測窗技術(shù)，可在不影響強用戶的前提下大幅提升弱用戶性能。研究團(tuán)隊分別通過13個月和16個月的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全監(jiān)控系統(tǒng)和應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)的實際運行條件驗證了所提出技術(shù)的有效性。數(shù)據(jù)表明，NOMA-SST技術(shù)可以提高工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的多項性能，包括態(tài)勢監(jiān)控的感知準(zhǔn)確率和召回率、應(yīng)急命令傳輸延遲性能等，具備較高的實用價值。
 

　　研究工作由中國科學(xué)院上海高等研究院牽頭，聯(lián)合了國內(nèi)多家高水平科研團(tuán)隊協(xié)作完成。論文第一作者為智能信息中心徐天衡研究員，通訊作者為東南大學(xué)青年首席教授許威。此外，上海大學(xué)微電子學(xué)院副院長周婷教授團(tuán)隊、東南大學(xué)信息學(xué)院副院長黃永明教授團(tuán)隊、以及上海迪愛斯信息技術(shù)有限公司首席架構(gòu)師杜渂教授團(tuán)隊等，在研發(fā)過程中給予了重要支持和幫助。本研究工作獲得了上海市6G重大項目、中國科學(xué)院未來伙伴網(wǎng)絡(luò)專項、浦東新區(qū)產(chǎn)學(xué)研合作專項、以及上海市促進(jìn)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展專項資金的資助支持。
 

圖 1 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景跨系統(tǒng)用戶信息直連交互技術(shù)工作流程示意圖
 

圖 2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)下應(yīng)急指揮響應(yīng)系統(tǒng)交互界面及系統(tǒng)性能