一种通感算一体化网络业务可靠性性能优化方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种通感算一体化网络业务可靠性性能优化方法，包括如下步骤：步骤S1.获取通信、感知、计算错误概率的表达式并得到权重系数；步骤S2.设定约束条件；步骤S3.构建以整体错误概率最小化为目标的优化模型；步骤S4.对优化模型进行求解，得到通感算一体化网络业务可靠性最优解。本发明专利技术可以有效提高通感算一体化网络的可靠性，并且通过帧的整体错误率同时权衡了通信感知计算的性能指标，所提优化方法预期揭示所研究场景下通感一体的可达性能，助力通感算一体化技术发展和应用。助力通感算一体化技术发展和应用。助力通感算一体化技术发展和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种通感算一体化网络业务可靠性性能优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及通信领域，具体来说是一种通感算一体化网络业务可靠性性能优化方法及系统。

技术介绍

[0002]随着5G技术的成熟以及大规模商用，全球逐步展开了对6G的研究和攻关，6G技术具备高可靠性(99.99999％)、大规模超低延迟(10～100μs)以及高可扩展性，可满足超低时延、极高可靠性的需求。其中，通感一体化被认为是6G的关键技术之一。在通感一体化网络中，感知和通信共用相同的硬件和频谱资源。与单纯的通信或单纯的感知网络相比，通感一体化网络具有两个重要的优势：1)集成增益，可有效利用有限的资源实现通信和感知的双功能，2)协作增益，以平衡两种功能的性能并使他们互为助力。得益于这两个优势，通感一体化的应用研究已经扩展到众多新兴领域，包括车联网、环境监测、物联网，以及人类活动识别等场景。
[0003]但是目前通感一体化还有许多问题需要解决。一是缺乏统一的一体化性能指标，二是未能明确一体化性能指标下的性能边界。研究一体化性能边界问题的一个目的是分析通信与感知性能之间的折中关系。这是因为在一体化信号设计中，通信与感知存在资源竞争关系。折中关系分析可以帮助我们在非正交复用信号和正交复用信号两种方案中做出合理的选择。因此建立一个能够满足高可靠、低时延的统一的一体化性能指标，并分析一体化性能指标下的性能边界尤为重要，其不仅能揭示所研究场景下通感一体的可达性能，还可以助力通感算一体化技术发展和应用。
[0004]基于此，我们提出了一种通感算一体化网络业务可靠性性能优化方法，首先获取通信、感知、计算错误概率的表达式，并提出对于功率和时间的权重系数；然后设定约束条件；最后构建以整体错误概率最小化为目标的优化模型，对优化模型进行求解，得到通感算一体化网络业务可靠性最优解。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对6G通感算一体化的边缘计算的场景，提出了一种通感算一体化网络业务可靠性性能优化方法，不仅能揭示所研究场景下通感算一体的可达性能，还可以助力通感算一体化技术发展和应用。具有低时延、高可靠、低能耗、高精度的特点。
[0006]针对上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种通感算一体化网络业务可靠性性能优化方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1.获取通信、感知、计算错误概率的表达式并得到权重系数；
[0008]步骤S2.设定约束条件；
[0009]步骤S3.构建以整体错误概率最小化为目标的优化模型；
[0010]步骤S4.对优化模型进行求解，得到通感算一体化网络业务可靠性最优解。
[0011]进一步地，所述步骤S1具体包括如下子步骤：
[0012]步骤S11.构建通感算一体化的帧结构；
[0013]步骤S12.根据帧结构，分别计算通信、感知、计算错误概率表达式；
[0014]步骤S13.根据得到的通信、感知、计算错误概率表达式，设定功率和时间的权重系数；
[0015]步骤S14.根据得到的功率和时间的权重系数，计算下一帧通信的功率和时间。
[0016]进一步地，所述步骤S11中，构建通感算一体化的帧结构具体方法如下：
[0017]定义一体化的帧结构计算时间为t
comp
，通信时间为t
comm
，感知时间分为两部分，感知+计算时间为t
sens
，感知+通信时间为t
s+c
，其中t
comp
＝t
sens
，t
comm
＝t
s+c
，一个帧的总时间为T，由于只有通信和感知过程需要发射信号消耗功率，所以功率分两部分，感知+计算时间t
sens
对应的纯感知功率为p
sens
，感知+通信时间t
s+c
内对应的通信和感知复用的过程中所消耗的功率为p
s+c
。
[0018]进一步地，所述步骤S12中，根据有限码长的编码错误率，可以得出通信错误概率表达式为：
[0019][0020]其中，∈
comm
为通信编码错误概率，d为在采用有限码长编码的无线通信系统中传输数据包的位数，为Q函数，V＝1
‑
(1+γ)
‑2是信道的固定增益，为香农容量，其中，γ为信噪比，h为信道增益，σ2为信道噪声功率；
[0021]根据极值理论，可以得出计算错误概率表达式为：
[0022]∈
comp
＝(1
‑
F
D
(t
th
))(1
‑
G(t
comp
；σ，ξ))(2)
[0023]其中，∈
comp
为计算错误概率，计算错误概率采用极值理论约束队列长度，t
th
为计算时间的阈值，F
D
(t
th
)为累积分布函数，σ为尺度参数，ξ为形状参数，G(t
comp
；σ，ξ)为广义的帕累托分布；
[0024]根据中断概率，可以得出感知错误概率表达式为：
[0025][0026]其中，∈
sens
为感知错误概率，τ
max
为延迟最大值，P为中断概率。
[0027]进一步地，所述步骤S13中通信时长权重系数：
[0028][0029]通信功率权重系数：
[0030][0031]其中w
commt
为当前帧通信时长权重系数，λ为分配系数，为上一帧的通信错误概率，为上一帧的感知错误概率，为上一帧的计算错误概率，ε
max
为通信、感知、计算的最大错误概率，为上一帧的通信时间，T
max
为一个帧的最大时延，为上一帧的通信功率，E
max
为一个帧的最大能量。
[0032]进一步地，所述步骤S14中：
[0033]根据得到的功率和时间的权重系数，分别计算当前帧通信的时间和功率，即
[0034][0035]进一步地，所述步骤S2中：
[0036]用户总时延最大为T
max
，则有t
comm
+t
comp
≤T
max
；用户总能耗最大为E
max
，则有t
sens
p
sens
+t
s+c
p
s+c
≤E
max
；通信、感知、计算错误概率最大为∈
max
，则有∈
comm
≤∈
max
，∈
comp
≤∈
max
，∈
sens
≤∈
max
，其中。
[0037]进一步地，所述步骤S3中：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通感算一体化网络业务可靠性性能优化方法,其特征在于，包括如下步骤：步骤S1.获取通信、感知、计算错误概率的表达式并得到权重系数；步骤S2.设定约束条件；步骤S3.构建以整体错误概率最小化为目标的优化模型；步骤S4.对优化模型进行求解，得到通感算一体化网络业务可靠性最优解。2.根据权利要求1所述的一种通感算一体化网络业务可靠性性能优化方法,其特征在于，所述步骤S1具体包括如下子步骤：步骤S11.构建通感算一体化的帧结构；步骤S12.根据帧结构，分别计算通信、感知、计算错误概率表达式；步骤S13.根据得到的通信、感知、计算错误概率表达式，设定功率和时间的权重系数；步骤S14.根据得到的功率和时间的权重系数，计算当前帧通信的功率和时间。3.根据权利要求2所述的一种通感算一体化网络业务可靠性性能优化方法,其特征在于，所述步骤S11中，构建通感算一体化的帧结构具体方法如下：定义一体化的帧结构计算时间为t
comp
，通信时间为t
comm
，感知时间分为两部分，感知+计算时间为t
sens
,感知+通信时间为t
s+c
，其中t
comp
＝
sens
，t
comm
＝
s+c
，一个帧的总时间为T，由于只有通信和感知过程需要发射信号消耗功率，所以功率分两部分，感知+计算时间t
sens
对应的纯感知功率为p
sens
，感知+通信时间t
s+c
内对应的通信和感知复用的过程中所消耗的功率为p
s+c
。4.根据权利要求3所述的一种通感算一体化网络业务可靠性性能优化方法,其特征在于，所述步骤S12中，根据有限码长的编码错误率，可以得出通信错误概率表达式为：其中，∈
comm
为通信编码错误概率，d为在采用有限码长编码的无线通信系统中传输数据包的位数，为Q函数，V＝1
‑
(1+γ)
‑2是信道的固定增益，为香农容量，其中，γ为信噪比，h为信道增益，σ2为信道噪声功率；根据极值理论，可以得出计算错误概率表达式为：∈
comp
＝(1
‑
F
D
(t
th
))(1
‑
G(t
comp
；σ,ξ))(2)其中，∈
comp
为计算错误概率，计算错误概率采用极值理论约束队列长度，t
th
为计算时间的阈值，F
D
(t
th
)为累积分布函数，σ为尺度参数，ξ为形状参数，G(t
comp
；σ,ξ)为广义的帕累托分布；根据中断概率，可以得出感知错误概率表达式为：其中，∈
sens
为感知错误概率，τ
max
为延迟最大值，P为中断概率。5.根据权利要求3所述的一种通感算一体化网络业务可靠性性能优化方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡钰林，刘朝旭，高云飞，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：