一种触感通信遥操作系统上行调度方法技术方案

本发明专利技术提供一种触感通信遥操作系统上行调度方法，包括如下步骤：S1：初始化设定触感遥操作系统中各参数；S2：建立QoE‑延迟模型，分别给出第b个控制应用的速度位置信息与力反馈信息在第a个调度周期使用第n个资源块传输的效用值P(a,b,n)；S3：计算控制应用b的速度位置信息及力反馈信息的最大允许调度周期个数

【技术实现步骤摘要】
一种触感通信遥操作系统上行调度方法
本专利技术涉及通信
，具体而言，尤其涉及一种触感通信遥操作系统上行调度方法。
技术介绍
触感通信网络作为5G通信网络中最为重要的用例之一，以其超低延时及超高可靠性在工业及学术研究方面得到广泛发展与应用。其中，人类在环触感通信是触感通信网络中的典型用例。典型的触感遥操作通信系统由主设备、从设备及通信网络组成。主设备(即操作员)控制机器人完成远程复杂环境中的操作，主设备的速度位置信息实时传输给远地机器人，同时远地机器人采集到的声音、画面及触感信息(力或力矩)经由通信网络传回主设备，进而产生身临其境的效果。由于通信网络中控制回路的闭环状态，触感遥操作系统对于延时敏感。因此，需要结合控制领域及通信领域，来达到触感遥操作系统的高灵敏度要求。触感遥操作系统涉及两种典型的控制结构：时域被动结构(Time-DomainPassivityApproach,TDPA)及模型调节结构(Model-MediatedTeleoperation,MMT)。时域被动结构是一种被动控制结构，不仅可以在变延迟网络环境下保证遥操作系统的稳定性，而且在存在丢包的情况下仍能够保证其系统的稳定性。但是随着网络延迟的增加，系统输出能量也随之增加，被动控制器将被频繁启动以降低能量，此操作会造成力反馈值的迅速下降，从而引起失真。模型调节结构则是将远程环境模型放置在主设备本地区域，从设备实时估计模型参数，当获得一个新模型参数时，从设备将参数传递回主设备，随后主设备根据接收到的模型参数更新本地模型。模型调节结构的力反馈信号是通过本地模型算出，不通过网络传输，不存在任何通信延迟。因此，模型调节结构可以在任意网络环境下保证遥操作系统的稳定性和透明性，其系统性能的好坏取决于本地模型与远地环境的匹配程度。因此，在不同的延迟条件下，TDPA和MMT对用户体验质量(QoE)有不同的影响。对于多用户存在于同一遥操作系统中的情况，为了获得最佳的整体用户体验质量(QoE)，需要一种新的调度准则，根据延迟条件选择具有不同控制结构的用户进行调度，减小延迟对整体QoE的影响。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种触感通信遥操作系统上行调度方法。本专利技术主要在实现控制-通信融合的基础上提供一种上行链路调度方法，即根据QoE-延时模型针对具有不同控制结构的用户，设计一种新的调度准则，进而达到整体QoE最大化的要求，尽可能减小往返延时对遥操作系统用户体验质量的影响。本专利技术采用的技术手段如下：一种触感通信遥操作系统上行调度方法，包括由主设备、从设备和通信网络组成的触感遥操作系统，包括如下步骤：S1：初始化设定触感遥操作系统中各参数，包括：控制应用个数B、控制应用的速度位置信息B1的ID集合B1＝{1,...,b,...,B1}、控制应用的力反馈信息B2的ID集合B2＝{1,...,b,...,B2}、每个调度周期TTI中的可用资源块RB的个数K、可分配给B1的可用资源块RB的ID集合N1＝{1,...,k,...,K/2}、可分配给B2的可用资源块RB的ID集合N2＝{K/2+1,...,k,...,K}、最大容许延时MTD以及用于表示每一个调度周期内资源块的分配方式的调度标识符αabk，αabk在每一个调度周期对应的资源块分配结束后输出：S2：建立QoE-延迟模型，包括QoE-延时参数；分别给出第b个控制应用的速度位置信息与力反馈信息在第a个调度周期使用第n个资源块传输的效用值P(a,b,n)；S3：将最大容许延时MTD划分为若干调度周期，计算控制应用b的速度位置信息及力反馈信息的最大允许调度周期个数其中，为控制应用b的最大容许延时MTD，Δ为一个调度周期的长度；S4：调度控制应用的速度位置信息，在调度周期a，选择效用值P(a,b,n)最小的控制应用b进行调度：选择资源块分配模式矩阵F提供的资源块分配模式中对应的QoE-延时参数最小的一种资源块分配模式，作为控制应用b分配最适的资源块k传输速度位置信息，同时更新剩余的资源分配模式的资源块ID集合N1，即N1←N1-{k}；当控制应用b的实际传输速率rbk大于请求的传输速率Rb，即rbk＞Rb时，表示传输完成；当rbk≤Rb时，表示传输未完成，需要继续在剩余的资源块集合中为控制应用b分配最适的资源块传输速度位置信息；若当前调度周期无法传输其全部数据，则在下一调度周期继续传输，直至速度位置信息数据传输完成，且控制应用b应在最大允许调度周期个数内完成传输；S5：判断调度周期a的前K/2个资源块中，是否有资源块未被分配且仍有控制应用需要被调度；如果有，则重复S4，继续选择需要被调度的控制应用进行速度位置信息的传输；否则，进入S6；S6：调度已经传输完成速度位置信息的控制应用的力反馈信息，在调度周期a′，选择效用值P(a′,b′,n)最小的控制应用b′进行调度：选择资源块分配模式矩阵F提供的资源块分配模式中对应的QoE-延时参数最小的一种资源块分配模式，作为控制应用b′分配最适的资源块k＇传输力反馈信息，同时更新剩余的资源分配模式的资源块ID集合N2，即N2←N2-{k′}；当控制应用b′的实际传输速率rb′k′大于请求的传输速率Rb′，即rb′k′＞Rb′时，表示传输完成；当rb′k′≤Rb′时，表示传输未完成，需要继续在剩余的资源块集合中为控制应用b′分配最适的资源块传输力反馈信息；若当前调度周期无法传输其全部数据，则在下一调度周期继续传输，直至力反馈信息数据传输完成，且控制应用b′应在最大允许调度周期个数内完成传输；S7：判断当前调度周期a′的后K/2个资源块中，是否有资源块未被分配且仍有控制应用需要被调度；如果有，则重复S6，继续选择需要被调度的控制应用进行力反馈信息的传输；否则结束调度并输出调度标识符αabk。进一步地，QoE-延时参数P(μ,νp)通过如下公式表示：其中，μ为通信系统的往返延时；νp代表控制结构：p＝1时代表TDPA，Aν1＝2.088，Bν1＝-1.82，Cν1＝58.48，Dν1＝4.585；p＝2时代表MMT，Aν2＝0，Bν2＝-1.187，Cν2＝793.7，Dν2＝3.64；效用值P(a,b,n)通过如下公式进行计算：进一步地，资源分配模式矩阵F表示为：F＝[f1,...,fn,...,fN]F∈{0，1}M×Nfn＝[F1n,...,Fmn,...,FMn]T∈{0,1}M×1,1≤n≤N,1≤m≤M其中，N表示矩阵F列数，M表示矩阵F的行数，N＝M(M+1)/2；N表示允许的N种资源块分配模式；M表示当前时刻下可用资源块个数；矩阵F中“1”表示分配该位置的资源块给控制应用。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术提供的触感通信遥操作系统上行调度方法，不仅适用于5G网络，同时适用于所有MAC层具有时-频联合复用结构(time-frequencyresourcestructure)的网络，如LTE网络，LTE-A网络，OFDMA系统等。2、本专利技术提供的触感通信遥操作系统上行调度方法，可以直接应用于无线传感器-执行器网络(Wirelesssensoractuatornetwork)，具有与该网络的完全兼容性。3、本专利技术提供的触感通信遥操作系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种触感通信遥操作系统上行调度方法，包括由主设备、从设备和通信网络组成的触感遥操作系统，其特征在于，包括如下步骤：S1：初始化设定触感遥操作系统中各参数，包括：控制应用个数B、控制应用的速度位置信息B1的ID集合B1＝{1,...,b,...,B1}、控制应用的力反馈信息B2的ID集合B2＝{1,...,b,...,B2}、每个调度周期TTI中的可用资源块RB的个数K、可分配给B1的可用资源块RB的ID集合N1＝{1,...,k,...,K/2}、可分配给B2的可用资源块RB的ID集合N2＝{K/2+1,...,k,...,K}、最大容许延时MTD以及用于表示每一个调度周期内资源块的分配方式的调度标识符αabk，αabk在每一个调度周期对应的资源块分配结束后输出：

【技术特征摘要】
1.一种触感通信遥操作系统上行调度方法，包括由主设备、从设备和通信网络组成的触感遥操作系统，其特征在于，包括如下步骤：S1：初始化设定触感遥操作系统中各参数，包括：控制应用个数B、控制应用的速度位置信息B1的ID集合B1＝{1,...,b,...,B1}、控制应用的力反馈信息B2的ID集合B2＝{1,...,b,...,B2}、每个调度周期TTI中的可用资源块RB的个数K、可分配给B1的可用资源块RB的ID集合N1＝{1,...,k,...,K/2}、可分配给B2的可用资源块RB的ID集合N2＝{K/2+1,...,k,...,K}、最大容许延时MTD以及用于表示每一个调度周期内资源块的分配方式的调度标识符αabk，αabk在每一个调度周期对应的资源块分配结束后输出：S2：建立QoE-延迟模型，包括QoE-延时参数；分别给出第b个控制应用的速度位置信息与力反馈信息在第a个调度周期使用第n个资源块传输的效用值P(a,b,n)；S3：将最大容许延时MTD划分为若干调度周期，计算控制应用b的速度位置信息及力反馈信息的最大允许调度周期个数其中，为控制应用b的最大容许延时MTD，Δ为一个调度周期的长度；S4：调度控制应用的速度位置信息，在调度周期a，选择效用值P(a,b,n)最小的控制应用b进行调度：选择资源块分配模式矩阵F提供的资源块分配模式中对应的QoE-延时参数最小的一种资源块分配模式，作为控制应用b分配最适的资源块k传输速度位置信息，同时更新剩余的资源分配模式的资源块ID集合N1，即N1←N1-{k}；当控制应用b的实际传输速率rbk大于请求的传输速率Rb，即rbk＞Rb时，表示传输完成；当rbk≤Rb时，表示传输未完成，需要继续在剩余的资源块集合中为控制应用b分配最适的资源块传输速度位置信息；若当前调度周期无法传输其全部数据，则在下一调度周期继续传输，直至速度位置信息数据传输完成，且控制应用b应在最大允许调度周期个数内完成传输；S5：判断调度周期a的前K/2个资源块中，是否有资源块未被分配且仍有控制应用需要被调度；如果有，则重复S4，继续选择需要被调度...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘倩，刘斯文，李明，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21