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[導(dǎo)讀] 背景 幾年前,物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的不斷發(fā)展就已經(jīng)成為事實。機器(節(jié)點)之間的相互通信,為智慧農(nóng)業(yè)、智能家居以及車聯(lián)網(wǎng)等一些應(yīng)用鋪平了道路,這些應(yīng)用有望對我們生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 物

背景

幾年前,物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的不斷發(fā)展就已經(jīng)成為事實。機器(節(jié)點)之間的相互通信,為智慧農(nóng)業(yè)、智能家居以及車聯(lián)網(wǎng)等一些應(yīng)用鋪平了道路,這些應(yīng)用有望對我們生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵要素之一就是,機器之間的無線通信,也稱為“機器到機器(M2M)”通信。與4G或者WiFi網(wǎng)絡(luò)等移動網(wǎng)絡(luò)不同,相當(dāng)大比例的M2M通信都以非常低的傳輸速度、非常小的數(shù)據(jù)包和數(shù)量巨大的設(shè)備為特征。從協(xié)調(diào)電信網(wǎng)絡(luò)的角度來看,這些特征帶來了重大挑戰(zhàn)。

創(chuàng)新

由于通過衛(wèi)星實現(xiàn)了先進(jìn)的隨機接入方案,最近的研究提出的高效率、低復(fù)雜度的算法,使衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)變得越來越容易實現(xiàn)。這項研究的論文發(fā)表在《國際衛(wèi)星通信與網(wǎng)絡(luò)雜志(International Journal of Satellite CommunicaTIons and Networking)》上,論文作者包括信息和通信技術(shù)部(DTIC)和德國航空航天中心(DLR)研究員朱塞佩·科科(Giuseppe Cocco)以及歐洲航天局的研究人員。

技術(shù)

連接同一顆衛(wèi)星的傳感器數(shù)量可以非常多。

讓我們設(shè)想一株農(nóng)作物擁有一個連接至衛(wèi)星的濕度傳感器,只有當(dāng)濕度低于特定臨界值時,衛(wèi)星才會傳輸信息。該傳感器可能長時間不發(fā)送任何信息,并且當(dāng)它真正決定這么做時,數(shù)據(jù)量非常小(只有幾個比特)。在這種情況下,需要與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)建立連接的控制數(shù)據(jù)的數(shù)量,可能會超過傳感器傳輸?shù)挠杏脭?shù)據(jù)(有效載荷)量。

盡管每個傳感器偶爾傳輸少量數(shù)據(jù),但總體的數(shù)據(jù)通信量卻非常大。M2M流量中的控制信息對資源來說是一種極大的浪費,但是為了避免干擾,它也是必要的。

如果只是應(yīng)對單個傳感器時,這似乎并不成問題。但是在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的情況下,連接到單個衛(wèi)星的傳感器數(shù)量會非常多。雖然每個傳感器只是偶爾地傳輸少量數(shù)據(jù),但總體流量卻很大。此外,刪除或者減少M2M通信量中的控制信息,會導(dǎo)致來自不同傳感器的信號相互干擾,從而引起發(fā)送的信息丟失,在大流量的情況下,甚至?xí)鹁W(wǎng)絡(luò)崩潰。

在這個背景下,為了避免干擾,M2M流量控制信息是一種顯著卻必要的資源浪費。這就會導(dǎo)致需要采用更寬的帶寬、更大且更昂貴的衛(wèi)星或者更多數(shù)量的衛(wèi)星,從而帶來更高的M2M通信成本以及對IoT開發(fā)產(chǎn)生負(fù)面影響。

為了解決這個問題,近年來,多隨機接入的新型先進(jìn)系統(tǒng)已經(jīng)在開發(fā)中,它將極大地限制控制信息,并且不影響網(wǎng)絡(luò)性能。這些系統(tǒng)工作得非常違反直覺,也就是說,并不是試圖避免干擾,而是增加干擾,讓每個節(jié)點傳輸同一條信息的多份拷貝,而并不知道其他節(jié)點是否同時在傳輸信息。

科科解釋道:“這個訣竅在于接收器利用這個干擾去凈化接收到的信息,從中提取有用的信息。為了理解這些系統(tǒng)是如何工作的,你可以思考一下你是如何吃洋薊的,每次你摘下一片葉子,吃掉好吃的那一點點,但是下面的葉子也松弛了,所以每一次至少可以摘下一片新葉子?!?/p>

價值

他們開發(fā)的高效率、低復(fù)雜度的算法,可以增強衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)中的通信系統(tǒng)。

國際科研期刊上的幾篇論文已經(jīng)證實,基于每條信息的多份拷貝傳輸?shù)碾S機多接入非常有前景。這項研究的作者們解釋道,然而,這些研究采用了簡化方案(需要通過方程和模擬進(jìn)行更簡單的處理),而不允許在真實環(huán)境中評估這些系統(tǒng)的性能。

科科總結(jié)道:“我們的貢獻(xiàn)超越了這些簡化方案。我們研究了對于真實系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種元件(例如許多作為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的低成本電子器件中的缺陷)組成的整體系統(tǒng)的影響,以及開發(fā)出可幫助針對它們增強系統(tǒng)的算法。因此,我們對于開發(fā)同時實現(xiàn)高效率和低復(fù)雜度的算法作出了特殊的努力,所以通過衛(wèi)星實現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)對于每一個人來說效率越來越高,也越來越容易接近。”

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