CN114338332B - 一种智能工业物联网中的高效数据发送方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于无线通信领域，提供了一种智能工业物联网中的高效数据发送方法，所述高效数据发送方法包括以下步骤：步骤S1：第一通信节点获取自己周边N米范围内的第一地貌信息，步骤S2：所述第二通信节点获取包含所述第一通信节点所在区域的第二地貌信息，利用所述新第一地貌信息和所述第二地貌信息基于电磁传播原理构建所述第一通信节点与所述第二通信节点的无线传输射频地图；旨在解决现有机器通信中数据传输可靠性比较差的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种智能工业物联网中的高效数据发送方法。
背景技术
5G将满足人们在居住、工作、休闲和交通等各种区域的多样化业务需求，即便在密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等具有超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性特征的场景，也可以为用户提供超高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面、在线游戏等极致业务体验。与此同时，5G还将渗透到物联网及各种行业领域，与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合，有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的多样化业务需求，实现真正的“万物互联”。
5G应用场景可以分为两大类，即移动宽带 (MBB, Mobile Broadband)和物联网(IoT, Internet of Things)。其中，移动宽带接入的主要技术需求是高容量，提供高数据速率，以满足数据业务需求的不断增长。物联网主要是受机器通信（MTC, Machine TypeCommunication）需求的驱动，可以进一步分为两种类型，包括低速率的海量机器通信（MMC,Massive Machine Communication）和低时延高可靠的机器通信。其中，对于低速率的海量机器通信，海量节点低速率接入，传输的数据包通常较小，间隔时间会相对较长，这类节点的成本和功耗通常也会很低；对于低时延高可靠的机器通信，主要面向实时性和可靠性要求比较高的机器通信，例如实时警报、实时监控等。
第五代移动通信系统中，最需要深入研究的核心场景就是机器通信，例如工业4.0、车联网、机器人等等，如何保证智能物联网中数据传输的可靠性，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能工业物联网中的高效数据发送方法，旨在解决现有机器通信中数据传输可靠性比较差的技术问题。
本发明是这样实现的，一种智能工业物联网中的高效数据发送方法，所述高效数据发送方法包括以下步骤：
步骤S1：第一通信节点获取自己周边N米范围内的第一地貌信息，如果所述第一地貌信息对周边环境的复原程度大于等于78%，所述第一通信节点将所述第一地貌信息发送给第二通信节点；如果所述第一地貌信息对周边环境的复原程度小于78%，则所述第一通信节点以0.5*最大发射功率的发射功率发送探测参考信号，第三通信节点收到所述探测参考信号后，获取自己周边3*N米范围内的第三地貌信息，将所述第三地貌信息发送给所述第一通信节点，所述第一通信节点将所述第一地貌信息和所述第三地貌信息合成新第一地貌信息，所述第一通信节点将所述新第一地貌信息发送给第二通信节点，其中，N为大于0的实数；
步骤S2：所述第二通信节点获取包含所述第一通信节点所在区域的第二地貌信息，利用所述新第一地貌信息和所述第二地貌信息基于电磁传播原理构建所述第一通信节点与所述第二通信节点的无线传输射频地图；
步骤S3：所述第二通信节点基于所述无线传输射频地图确定与所述第一通信节点是否存在直射路径，如果存在直射路径，则所述第二通信节点与所述第一通信节点之间通过6GHz以上频段进行数据传输，如果不存在直射路径，则所述第二通信节点与所述第一通信节点之间通过6GHz以下频段进行数据传输；
步骤S4：所述第二通信节点向所述第一通信节点发送数据，如果发送数据使用的调制方式为256QAM或调制阶数更高的调制方式，则使用第一数据传输模式传输所述数据，如果发送数据使用的调制方式的调制阶数介于16QAM和256QAM之间，则使用第二数据传输模式传输所述数据，如果发送数据使用的调制方式为QPSK或调制阶数更低的调制方式，则使用第三数据传输模式传输所述数据，其中，所述第一数据传输模式是指数据传输过程中用于进行信道估计的解调参考信号是通过m序列或gold序列生成的，所述第二数据传输模式是指数据传输过程中用于进行信道估计的解调参考信号一部分是通过m序列或gold序列生成的第一序列部分，另一部分由所述数据使用的调制方式的所有或部分调制信号组成的第二序列部分；所述第三数据传输模式是指数据传输过程中用于进行信道估计的解调参考信号是由所述数据使用的调制方式的所有调制信号组成的；
步骤S5：所述第一通信节点根据所述数据的调制方式确定所述数据的解调参考信号生成方式，并根据所述解调参考信号得到的信道信息解调所述数据；
步骤S6：如果所述第一通信节点解调失败，则所述第一通信节点以最大发射功率发送探测参考信号；
步骤S7：第四通信节点收到所述探测参考信号后，获取自己周边6*N米范围内的第五地貌信息，将所述第五地貌信息发送给所述第一通信节点；
步骤S8：所述第一通信节点将所述第五地貌信息和所述新第一地貌信息结合后生成另一新第一地貌信息，将所述另一新第一地貌信息发给所述第二通信节点，并完成步骤S2到步骤S5。
本发明的进一步技术方案是：所述第一地貌信息至少包含所述第一通信节点周边N米范围内环境视频或图片信息及所述第一通信节点的位置信息。
本发明的进一步技术方案是：所述N的缺省取值为0.5米或由所述第一通信节点和所述第二通信节点协商确认。
本发明的进一步技术方案是：所述第二通信节点通过在6GHz以下频段发送信令通知所述第一通信节点所述数据使用的发送频段。
本发明的进一步技术方案是：所述第一数据传输模式中所有解调参考信号位于同一个OFDM符号上；所述第二数据传输模式中解调参考信号的第一序列部分与第二序列部分位于不同的OFDM符号上。
本发明的进一步技术方案是：所述第三数据传输模式中解调参考信号使用的时频资源数量小于所述第一数据模式中解调参考信号的使用的时频资源数量。
本发明的进一步技术方案是：当所述第二通信节点给所述第一通信节点使用第三数据传输模式传输数据时，所述第一通信节点通过聚类划分的方式对数据进行解调。
本发明的进一步技术方案是：当所述第二通信节点给所述第一通信节点使用第二数据传输模式传输数据时，所述第一通信节点通过聚类划分及消除信道的方式对数据进行解调。
本发明的进一步技术方案是：所述第二通信节点使用相同的调制方式传输相同数据时，使用6GHz以上频段传输所述数据时解调参考信号使用的时频资源不超过使用6GHz以下频段传输所述数据时解调参考信号使用的时频资源的0.75。
本发明的进一步技术方案是：如果所述第二通信节点认为所述无线传输射频地图的清晰度无法满足需求，所述第二通信节点能要求所述第一通信节点反馈所述第二通信节点周边2*N米范围内的第四地貌信息，所述第二通信节点基于所述新第一地貌信息、第二地貌信道、第四地貌信息生成新的无线传输射频地图。
本发明的有益效果是：采用此种高效数据发送方法克服了现有机器通信中数据传输可靠性低的问题，提高了网络的使用效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种智能工业物联网中的高效数据发送方法的方法流程图。
具体实施方式
图1示出了本发明提供的一种智能工业物联网中的高效数据发送方法，所述高效数据发送方法包括以下步骤：
步骤S1：第一通信节点获取自己周边N米范围内的第一地貌信息，如果所述第一地貌信息对周边环境的复原程度大于等于78%，所述第一通信节点将所述第一地貌信息发送给第二通信节点；如果所述第一地貌信息对周边环境的复原程度小于78%，则所述第一通信节点以0.5*最大发射功率的发射功率发送探测参考信号，第三通信节点收到所述探测参考信号后，获取自己周边3*N米范围内的第三地貌信息，将所述第三地貌信息发送给所述第一通信节点，所述第一通信节点将所述第一地貌信息和所述第三地貌信息合成新第一地貌信息，所述第一通信节点将所述新第一地貌信息发送给第二通信节点，其中，N为大于0的实数；
步骤S2：所述第二通信节点获取包含所述第一通信节点所在区域的第二地貌信息，利用所述新第一地貌信息和所述第二地貌信息基于电磁传播原理构建所述第一通信节点与所述第二通信节点的无线传输射频地图；
步骤S3：所述第二通信节点基于所述无线传输射频地图确定与所述第一通信节点是否存在直射路径，如果存在直射路径，则所述第二通信节点与所述第一通信节点之间通过6GHz以上频段进行数据传输，如果不存在直射路径，则所述第二通信节点与所述第一通信节点之间通过6GHz以下频段进行数据传输；
步骤S4：所述第二通信节点向所述第一通信节点发送数据，如果发送数据使用的调制方式为256QAM或调制阶数更高的调制方式，则使用第一数据传输模式传输所述数据，如果发送数据使用的调制方式的调制阶数介于16QAM和256QAM之间，则使用第二数据传输模式传输所述数据，如果发送数据使用的调制方式为QPSK或调制阶数更低的调制方式，则使用第三数据传输模式传输所述数据，其中，所述第一数据传输模式是指数据传输过程中用于进行信道估计的解调参考信号是通过m序列或gold序列生成的，所述第二数据传输模式是指数据传输过程中用于进行信道估计的解调参考信号一部分是通过m序列或gold序列生成的第一序列部分，另一部分由所述数据使用的调制方式的所有或部分调制信号组成的第二序列部分；所述第三数据传输模式是指数据传输过程中用于进行信道估计的解调参考信号是由所述数据使用的调制方式的所有调制信号组成的；
步骤S5：所述第一通信节点根据所述数据的调制方式确定所述数据的解调参考信号生成方式，并根据所述解调参考信号得到的信道信息解调所述数据；
步骤S6：如果所述第一通信节点解调失败，则所述第一通信节点以最大发射功率发送探测参考信号；
步骤S7：第四通信节点收到所述探测参考信号后，获取自己周边6*N米范围内的第五地貌信息，将所述第五地貌信息发送给所述第一通信节点；
步骤S8：所述第一通信节点将所述第五地貌信息和所述新第一地貌信息结合后生成另一新第一地貌信息，将所述另一新第一地貌信息发给所述第二通信节点，并完成步骤S2到步骤S5。
所述第一地貌信息至少包含所述第一通信节点周边N米范围内环境视频或图片信息及所述第一通信节点的位置信息。
所述N的缺省取值为0.5米或由所述第一通信节点和所述第二通信节点协商确认。
所述第二通信节点通过在6GHz以下频段发送信令通知所述第一通信节点所述数据使用的发送频段。
所述第一数据传输模式中所有解调参考信号位于同一个OFDM符号上；所述第二数据传输模式中解调参考信号的第一序列部分与第二序列部分位于不同的OFDM符号上。
所述第三数据传输模式中解调参考信号使用的时频资源数量小于所述第一数据模式中解调参考信号的使用的时频资源数量。
当所述第二通信节点给所述第一通信节点使用第三数据传输模式传输数据时，所述第一通信节点通过聚类划分的方式对数据进行解调。
当所述第二通信节点给所述第一通信节点使用第二数据传输模式传输数据时，所述第一通信节点通过聚类划分及消除信道的方式对数据进行解调。
所述第二通信节点使用相同的调制方式传输相同数据时，使用6GHz以上频段传输所述数据时解调参考信号使用的时频资源不超过使用6GHz以下频段传输所述数据时解调参考信号使用的时频资源的0.75。
如果所述第二通信节点认为所述无线传输射频地图的清晰度无法满足需求，所述第二通信节点能要求所述第一通信节点反馈所述第二通信节点周边2*N米范围内的第四地貌信息，所述第二通信节点基于所述新第一地貌信息、第二地貌信道、第四地貌信息生成新的无线传输射频地图。
以下实施例以终端和基站为例对本发明进行详细说明。
实施例1
步骤S1：第一终端获取自己周边N米范围内的第一地貌信息，如果第一地貌信息对周边环境的复原程度大于等于78%，第一终端将第一地貌信息发送给基站；如果第一地貌信息对周边环境的复原程度小于78%，则第一终端以最大发射功率发送探测参考信号，其他第三终端收到探测参考信号后，获取自己周边3*N米范围内的第三地貌信息，将第三地貌信息发送给第一终端，第一终端将第一地貌信息和第三地貌信息合成新第一地貌信息，第一终端将新第一地貌信息发送给基站，其中，N为大于0的实数。这样做的目的是让基站了解第一终端周边的地貌情况（包含建筑物分布等情况），以便基站更好地生成无线传输射频地图，从而进行高效的数据传输。
步骤S2：基站获取包含第一终端所在区域的第二地貌信息，利用新第一地貌信息和第二地貌信息基于电磁传播原理构建第一终端与基站的无线传输射频地图。这样做的好处是基站的位置一般较高，可以获得比较粗略的无线传输射频地图，再结合第一终端反馈的比较精确的第二地貌信息，可以生成比较准确的无线传输射频地图。
步骤S3：基站基于无线传输射频地图确定与第一终端是否存在直射路径，如果存在直射路径，则基站与第一终端之间通过6GHz以上频段进行数据传输，如果不存在直射路径，则基站与第一终端之间通过6GHz以下频段进行数据传输。这样做的原因是虽然高频段可用带宽大，但高频段传输的射频信号绕射能力差，需要存在直射径才能实现高质量的无线传输。
步骤S4：基站向第一终端发送数据，如果发送数据使用的调制方式为256QAM或调制阶数更高的调制方式，则使用第一数据传输模式传输数据，如果发送数据使用的调制方式的调制阶数介于16QAM和256QAM之间，则使用第二数据传输模式传输数据，如果发送数据使用的调制方式为QPSK或调制阶数更低的调制方式，则使用第三数据传输模式传输数据，其中，第一数据传输模式是指数据传输过程中用于进行信道估计的解调参考信号是通过m序列或gold序列生成的，这样做的原因是高阶调制的调制参考信号比较多，使用基于m序列或gold序列方式生成的解调参考信号进行信号估计的效率会比较高，第二数据传输模式是指数据传输过程中用于进行信道估计的解调参考信号一部分是通过m序列或gold序列生成的第一序列部分，另一部分由数据使用的调制方式的所有或部分调制信号组成的第二序列部分，这样做的好处是当调制方式对应的调制符号个数不算太多时，基于这种方式生成的解调参考信号进行解调时的效果比较好；第三数据传输模式是指数据传输过程中用于进行信道估计的解调参考信号是由数据使用的调制方式的所有调制信号组成的，这样做好处是当调制阶数比较低时，使用这种解调参考信号的开销会比较低，例如QPSK调制，最少用四个调制符号生成解调参考信号就可以。
步骤S5：第一终端根据数据的调制方式确定数据的解调参考信号生成方式，并根据解调参考信号得到的信道信息解调数据。
步骤S6：如果第一终端解调失败，则第一终端以最大发射功率发送探测参考信号。这样做的目的是尽可能让该第一终端周围的其他终端收到该探测参考信号，以便让其他终端帮助该第一终端更好地获取该第一终端周边的地貌信息。
步骤S7：第四终端收到探测参考信号后，获取自己周边6*N米范围内的第五地貌信息，将第五地貌信息发送给第一终端。这样做的好处是通过让其他终端发送更大范围内的地貌信息，可以帮助基站后续更好地构建无线射频传输地图。
步骤S8：第一终端将第五地貌信息和新第一地貌信息结合后生成另一新第一地貌信息，将另一新第一地貌信息发给基站，完成并完成步骤S2到步骤S5。
实施例2
在实施例1的基础上，第一地貌信息至少包含第一终端周边N米范围内环境视频或图片信息及第一终端的位置信息。这样做的目的是让基站获得第一终端周围实际的环境情况，为生成精确的无线射频传输地图做准备。
实施例3
在实施例1的基础上，N的缺省取值为0.5米或是由第一终端和基站协商确认。这样做的好处是在降低传输开销的同时，也增加了系统配置的灵活性。
实施例4
在实施例1的基础上，基站通过在6GHz以下频段发送信令通知第一终端数据使用的发送频段。这样做的原因是假设第一终端是通过低频段初始接入系统的。
实施例5
在实施例1的基础上，第一数据传输模式中所有解调参考信号位于同一个OFDM符号上。第二数据传输模式中解调参考信号的第一序列部分与第二序列部分位于不同的OFDM符号上。这样做的原因是不同方式生成的解调参考信号如果在一个OFDM符号上，会导致该OFDM符号的PAPR波动比较大，影响功放的效率。
实施例6
在实施例1的基础上，第三数据传输模式中解调参考信号使用的时频资源数量小于第一数据模式中解调参考信号的使用的时频资源数量。这样做的原因是低阶调制方式的调制符号比较少，所以基于它们生成解调参考信号时所需的时频资源就比较少。
实施例7
在实施例1的基础上，当基站给第一终端使用第三数据传输模式传输数据时，第一终端通过聚类划分的方式对数据进行解调。这样做的好处是可以有效提升解调成功的概率。
实施例8
在实施例1的基础上，当基站给第一终端使用第二数据传输模式传输数据时，第一终端通过聚类划分及消除信道的方式对数据进行解调。这样做的好处是充分利用信道估计和聚类方法的优点进行解调尝试，提升解调成功的概率。
实施例9
在实施例1的基础上，基站使用相同的调制方式传输相同数据时，使用6GHz以上频段传输数据时解调参考信号使用的时频资源不超过使用6GHz以下频段传输数据时解调参考信号使用的时频资源的0.75。这样做的原因是高频信道一般传输质量比较好，所以使用的解调参考信号可以少一些。
实施例10
在实施例1的基础上，如果基站认为无线传输射频地图的清晰度无法满足需求，基站可要求第一终端反馈基站周边2*N米范围内的第四地貌信息，基站基于新第一地貌信息、第二地貌信道、第四地貌信息生成新的无线传输射频地图。
采用此种高效数据发送方法克服了现有机器通信中数据传输可靠性低的问题，提高了网络的使用效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能工业物联网中的高效数据发送方法，其特征在于，所述高效数据发送方法包括以下步骤：
步骤S1：第一通信节点获取自己周边N米范围内的第一地貌信息，如果所述第一地貌信息对周边环境的复原程度大于等于78%，所述第一通信节点将所述第一地貌信息发送给第二通信节点；如果所述第一地貌信息对周边环境的复原程度小于78%，则所述第一通信节点以0.5*最大发射功率的发射功率发送探测参考信号，第三通信节点收到所述探测参考信号后，获取自己周边3*N米范围内的第三地貌信息，将所述第三地貌信息发送给所述第一通信节点，所述第一通信节点将所述第一地貌信息和所述第三地貌信息合成新第一地貌信息，所述第一通信节点将所述新第一地貌信息发送给第二通信节点，其中，N为大于0的实数；
步骤S2：所述第二通信节点获取包含所述第一通信节点所在区域的第二地貌信息，利用所述新第一地貌信息和所述第二地貌信息基于电磁传播原理构建所述第一通信节点与所述第二通信节点的无线传输射频地图；
步骤S3：所述第二通信节点基于所述无线传输射频地图确定与所述第一通信节点是否存在直射路径，如果存在直射路径，则所述第二通信节点与所述第一通信节点之间通过6GHz以上频段进行数据传输，如果不存在直射路径，则所述第二通信节点与所述第一通信节点之间通过6GHz以下频段进行数据传输；
步骤S4：所述第二通信节点向所述第一通信节点发送数据，如果发送数据使用的调制方式为256QAM或调制阶数更高的调制方式，则使用第一数据传输模式传输所述数据，如果发送数据使用的调制方式的调制阶数介于16QAM和256QAM之间，则使用第二数据传输模式传输所述数据，如果发送数据使用的调制方式为QPSK或调制阶数更低的调制方式，则使用第三数据传输模式传输所述数据，其中，所述第一数据传输模式是指数据传输过程中用于进行信道估计的解调参考信号是通过m序列或gold序列生成的，所述第二数据传输模式是指数据传输过程中用于进行信道估计的解调参考信号一部分是通过m序列或gold序列生成的第一序列部分，另一部分由所述数据使用的调制方式的所有或部分调制信号组成的第二序列部分；所述第三数据传输模式是指数据传输过程中用于进行信道估计的解调参考信号是由所述数据使用的调制方式的所有调制信号组成的；
步骤S5：所述第一通信节点根据所述数据的调制方式确定所述数据的解调参考信号生成方式，并根据所述解调参考信号得到的信道信息解调所述数据；
步骤S6：如果所述第一通信节点解调失败，则所述第一通信节点以最大发射功率发送探测参考信号；
步骤S7：第四通信节点收到所述探测参考信号后，获取自己周边6*N米范围内的第五地貌信息，将所述第五地貌信息发送给所述第一通信节点；
步骤S8：所述第一通信节点将所述第五地貌信息和所述新第一地貌信息结合后生成另一新第一地貌信息，将所述另一新第一地貌信息发给所述第二通信节点，并完成步骤S2到步骤S5。
2.根据权利要求1所述的高效数据发送方法，其特征在于，所述第一地貌信息至少包含所述第一通信节点周边N米范围内环境视频或图片信息及所述第一通信节点的位置信息。
3.根据权利要求1所述的高效数据发送方法，其特征在于，所述N的缺省取值为0.5米或由所述第一通信节点和所述第二通信节点协商确认。
4.根据权利要求1所述的高效数据发送方法，其特征在于，所述第二通信节点通过在6GHz以下频段发送信令通知所述第一通信节点所述数据使用的发送频段。
5.根据权利要求1所述的高效数据发送方法，其特征在于，所述第一数据传输模式中所有解调参考信号位于同一个OFDM符号上；所述第二数据传输模式中解调参考信号的第一序列部分与第二序列部分位于不同的OFDM符号上。
6.根据权利要求1所述的高效数据发送方法，其特征在于，所述第三数据传输模式中解调参考信号使用的时频资源数量小于第一数据模式中解调参考信号的使用的时频资源数量。
7.根据权利要求1所述的高效数据发送方法，其特征在于，当所述第二通信节点给所述第一通信节点使用第三数据传输模式传输数据时，所述第一通信节点通过聚类划分的方式对数据进行解调。
8.根据权利要求1所述的高效数据发送方法，其特征在于，当所述第二通信节点给所述第一通信节点使用第二数据传输模式传输数据时，所述第一通信节点通过聚类划分及消除信道的方式对数据进行解调。
9.根据权利要求1所述的高效数据发送方法，其特征在于，所述第二通信节点使用相同的调制方式传输相同数据时，使用6GHz以上频段传输所述数据时解调参考信号使用的时频资源不超过使用6GHz以下频段传输所述数据时解调参考信号使用的时频资源的0.75。
10.根据权利要求1所述的高效数据发送方法，其特征在于，如果所述第二通信节点认为所述无线传输射频地图的清晰度无法满足需求，所述第二通信节点能要求所述第一通信节点反馈所述第二通信节点周边2*N米范围内的第四地貌信息，所述第二通信节点基于所述新第一地貌信息、第二地貌信道、第四地貌信息生成新的无线传输射频地图。
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