[發明專利]一種結合預測控制系統的短包傳輸方法

有效

• 申請號: 201811228712.3
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109379226B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 謝莎;汪琦;陳智;趙國棟
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04W28/04
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于無線通信技術領域，具體的說涉及一種結合預測控制系統的短包傳輸方法。本發明考慮短包的無線控制和通信協同設計系統，即能效與實時性之間的關系，結合能效函數和信息新鮮度函數，提出了一種通信控制協同設計方法，在最佳時刻發送數據包，以實現應用場景實現能效與實時性之間的權衡。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體的說涉及一種結合預測控制系統的短包傳輸方法。

背景技術

在工業自動化中，自動駕駛和移動醫療服務被認為是5G及以后的最重要的應用場景。為了完全支持這些應用，提供超高可靠性和低延遲通信(URLLC)至關重要，未來要求端到端延遲低至1ms，可靠性超過99.999％。這將對通信系統帶來嚴格的要求，因為可能需要巨大的通信資源來保證這種極高的技術規范。作為最有效的解決方案之一，預測控制(PPC)能在可靠的無線鏈路下進行穩健的控制。更具體地，預測控制的數據包從控制器發送到設備，其中的關鍵是在實時控制性能和通信資源消耗之間實現良好的折衷。

目前相關的研究中有兩種典型的數據包傳輸方法。一種是在每個時隙傳輸新的數據包(它也稱為連續傳輸)。連續傳輸可以保證實時性，但會消耗大量的通信資源(頻譜資源和能源資源)。另一種是在緩沖區中的命令為空后傳輸新數據包(稱為間歇傳輸)。間歇傳輸可以節省大量的通信資源，但由于使用了許多緩存的預測控制命令，實時性很難實現。兩者都沒有很好地解決實時控制性能和通信消耗問題。

發明內容

本發明的目的是解決在預測控制系統中，當傳輸的數據包為短包時，提出一種通信控制協同設計方法，選擇時刻來進行傳輸，以實現實時控制性能和通信之間的良好平衡。

本發明的技術方案如下：

在PPC模型中，控制器向接收端發射數據包，定義為u₁表示當前時刻對應的控制指令，u₂到u_r為預測的未來時刻的控制命令。如果數據包解碼成功，則返回ACK＝1到控制器并立刻將u₁傳送給執行器，剩余r-1個指令送入緩存器中(覆蓋之前緩存的指令)；如果解碼失敗，則返回ACK＝0到控制器并且把以往緩存的指令發送給執行器。控制器根據接收到的ACK調整工作模式。

考慮短包傳輸，且數據包包含r個時刻的數據，所以數據包總長度N定義為

其中，H為數據包的頭長度，L(i)為第i個時刻的數據的長度。

根據短包的通信容量公式，

其中，

推出短包的丟包概率，

設當前數據包傳輸成功的時刻點為時刻1，則下一次可以選擇的傳輸的時刻點為時刻2到時刻r+1。設k∈[2,r+1]，則選擇時刻k傳輸表明有r+2-k次傳輸機會，只要這r+2-k次有一次傳輸成功就不會造成系統中斷。

設系統中斷概率要求為p_s，若使系統不發生中斷則需要滿足，

因此在滿足系統中斷概率的條件下，可以得到使能量效率達到最大的最優發射功率，即，

s.t.

C＝log₂(1+γ),