面向5G的触感互联网中高可靠通信与低时延传输技术研究

5G-enabled Tactile Internet, supporting wireless transmission of haptic information, can be widely applied in many real applications such as remote medical technology, self-piloting, smart industry, etc., and has aroused wide concern recently. Tactile Internet applications have specific characteristics, like very small traffic load, ultra-low latency and ultra-high availability requirements. With the multi-tier heterogeneous network structure, and some widely applied technologies such as massive MIMO, millimeter-wave and full-duplex communication, how to support the transmission of haptic information over 5G networks, has become a novel and difficult problem. Considering these complex features, the transmission of haptic information in 5G-enabled Tactile Internet with high availability and low latency guarantee will be investigated deeply in this project. The main research topics include: (1) the modeling and analysis on the availability and latency for 5G-enabled Tactile Internet, (2) the evaluation of the availability and latency for 5G-enabled Tactile Internet, (3) the optimization on the availability and latency for 5G-enabled Tactile Internet, and (4) the cross-layer optimization joint with routes selection in 5G-enabled Tactile Internet. The research results of this project will promote the development of 5G network and Tactile Internet in depth and breadth, and have important strategic value in providing a true paradigm shift of Internet to skill-set delivery networks.

面向5G的触感互联网能够支持触感信息的无线传输，在远程医疗、自动驾驶、智慧工厂等领域具有潜在而广阔的应用前景，正引起业界的广泛关注。触感互联网业务具有传输负载小、传输时延需求低、可靠通信要求高等特性，如何有效利用5G网络中广泛采用的大规模MIMO、毫米波、全双工通信等新技术，并结合其异构分层网络结构特点，为触感互联网业务传输提供高可靠性与低传输时延保障，成为研究的新难点问题。基于此，本项目将围绕5G网络中触感业务的高可靠通信与低时延传输技术展开研究，主要研究内容包括：（1）面向5G的触感互联网中可靠性与时延建模方法；（2）面向5G的触感互联网中可靠性与时延评估机制；（3）面向5G的触感互联网中可靠性与时延优化机制；（4）面向5G的触感互联网中联合路径选择的跨层优化机制。相关研究成果将为5G网络与触感互联网技术的纵深化发展提供理论支撑，对于推动我国互联网“技能化导向”转型具有重要的战略价值。

面向5G的触感互联网具有广阔的应用前景，如何有效利用5G网络新技术，为触感业务传输提供高可靠性与低传输时延保障，成为研究的难点问题。.本项目按照研究计划执行，开展了网络建模、性能评估、资源分配、跨层优化等系列问题的研究，这些研究形成了一个面，取得了一批创新性研究成果。针对多业务场景需求的可靠性建模与评估问题，提出了瑞利衰落模型及Nakagami-m衰落模型下的可靠性建模机制，基于并发传输与串并结合传输模式，建立了具有一定普适意义的可靠性评估与优化模型，揭示了不同情况下的可靠性提升机理；针对时延约束影响下网络建模与评估问题，提出了全双工中继协同及面向大规模随机接入的网络建模机制，融合中继分集、频谱分集、前缀重传等技术，建立了网络性能评估与优化模型，揭示了时延约束与可靠接入的内在联系与规律；针对资源分配问题，研究了基于NOMA的资源分配优化问题以及在线资源分配优化问题，突破了业务传输与网络资源实时匹配的瓶颈；针对跨层优化问题，提出了面向能效比的跨层优化机制、面向QoE的跨层优化机制、联合路径选择与资源分配的跨层优化机制，满足复杂网络环境下的闭环传输需求。本项目圆满完成了研究计划的所有内容，研究成果为设计和应用5G网络与触感互联网技术提供了理论基础与技术支撑。.在国内外期刊及会议上发表标注项目资助号学术论文25篇，其中，IEEE Journal on Selected Areas in Communications、IEEE Transactions on Vehicular Technology、IEEE Transactions on Wireless Communications、IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking、IEEE Internet of Things Journal、IEEE Sensors Journal等国际期刊23篇，JCR1区18篇，JCR2区5篇。授权国家发明专利17项，软著10项。获2019年教育部技术发明奖二等奖1项。1名青年教师获评辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才。培养毕业博硕士研究生15名，1名博士后出站。承办2018 14th MSN学术会议（CCF C类）。4名博士生分别赴南洋理工大学、宾西法尼亚州立大学、罗马大学、柏林自由大学进行学术交流访问。