礦山信息物理系統狀態感知的實時通信理論與方法

《礦山信息物理系統狀態感知的實時通信理論與方法》是依託中國礦業大學，由李松擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：礦山信息物理系統狀態感知的實時通信理論與方法
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李松
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

隨著礦山智慧型開採、無人化開採等技術的發展，礦山生產過程中需要對環境信息、設備狀態動態感知以及對生產裝備實時控制，要求礦山信息系統具備複雜環境下實時通信的能力。本課題從礦山信息物理系統的角度研究礦山生產信息感知、數據傳輸及智慧型控制過程中的實時通信問題。傳統通信技術（編碼、調製等）針對文本、語音等數據業務設計以提高通信速率、時延等QoS指標，未考慮信息物理系統通信的數據屬性和控制性能。本課題針對礦山複雜環境下信息物理系統實時通信問題，在深入分析礦山生產中狀態感知數據特性和生產裝備實時控制行為的基礎上，建立複雜環境下信息物理系統通信模型，解決信息物理系統狀態感知的編解碼，控制—通信協同的自適應調製等科學問題，並搭建礦山信息物理系統實驗仿真平台驗證編解碼、調製解調算法性能，奠定礦山信息物理系統的理論和工程技術基礎，為智慧礦山的建設提供有力的理論和技術支撐。

結題摘要

依託國家自然基金青年科學基金項目“礦山信息物理系統狀態感知的實時通信理論與方法”（51504255），面向礦山生產過程中對環境信息、設備狀態動態感知以及對生產裝備實時控制等需求，研究了礦山信息系統複雜環境下異構數據實時通信問題，解決了礦山信息物理系統通信建模、信息物理通信系統中高可靠低時延、公平性、能量效率最佳化等關鍵技術問題。課題主要工作總結如下：(1)建立了在礦山複雜環境下的信息物理系統體系結構模型，並提出了基於5G的信息物理系統全雙工通信框架，並在該框架下提出了基於全雙工通信的工業信息物理系統能量有效資源分配算法。(2) 針對信息物理系統通信低時延高可靠、公平性、頻譜效率等目標，提出了數據快取中考慮同群效應的分層匹配算法並設計了分散式的快取機制，提出了基於α公平的聯合非正交多址-時分多址接入方法、統計學信道狀態信息下二用戶非正交多址系統和速率最佳化的預編碼算法、認知無線網路D2D通信中基於欺騙策略的和速率最大化算法，推導了信息物理系統分散式IBFD MAC機制和非飽和吞吐量。(3)搭建了工業信息物理系統多跳傳輸實驗系統，對課題中所提出的通信最佳化算法進行了硬體仿真，驗證了課題所取得的理論成果的有效性。 項目組成員在國內外學術期刊和會議上發表高水平論文14篇，其中SCI期刊論文6篇，EI期刊論文2篇，核心論文3篇，會議論文3篇。授權發明專利2項，申請發明專利1項。培養博士研究生3人，碩士研究生5人。本課題研究作為部分創新內容獲2016年江蘇省科技進步二等獎1項。通過該課題的研究，提高了信息物理系統異構數據傳輸的實時性、用戶公平性和能量效率等性能，奠定礦山信息物理系統的理論和工程技術基礎，為智慧礦山的建設提供有力的理論和技術支撐。