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研究如何使卫星物联网将变得越来越容易访问?

多年来,物联网(IoT)一直在不断发展。机器(节点)可以相互通信的可能性为有望对我们的生活产生深远影响的应用程序铺平了道路。它们包括智能农业,家庭自动化和车辆之间的通信。

物联网的关键要素之一是机器之间的无线通信,称为机器对机器(M2M)通信。与诸如4G或WiFi网络之类的移动网络不同,M2M通信的很大一部分都具有非常低的传输速度,非常小的数据包和大量的设备。这些特征代表了协调电信网络方面的主要挑战。

近期的研究提出了一种高效,低复杂度的算法,由于借助卫星实施了先进的随机访问方案,使得通过卫星进行的物联网变得越来越可访问。该研究是在《国际卫星通信与网络杂志》上发表的一项研究中进行的,该研究的作者之一是朱塞佩·科科(Giuseppe Cocco),他是信息与通信技术部(DTIC)和德国航空航天中心(DLR)的研究员,以及来自欧洲航天局的研究人员。

连接到同一颗卫星的传感器数量可能非常多

让我们假设农作物的湿度传感器连接到卫星,仅当湿度低于特定阈值时才发送信息。传感器可能长时间不发送任何信息,并且当它决定这样做时,数据量很小(只有几位)。在这种情况下,与卫星网络建立连接所需的控制数据量可能超过传感器传输的有用数据量(有效载荷)。

尽管如果处理单个传感器,这似乎不是问题,但在卫星网络的情况下,连接到单个卫星的传感器数量可能会非常高。即使每个传感器偶尔发送少量数据,总流量也可能很大。另外,在M2M流量中删除或减少控制信息可能会导致来自不同传感器的信号相互干扰,这可能会导致丢失已发送的信息,并且在流量很大的情况下,甚至会导致网络崩溃。

在这种情况下,可以理解,M2M流量控制信息如何是显着但必要的资源浪费,以避免干扰,这可能导致需要使用更宽的带宽,更大,更昂贵的卫星或其中的更多卫星,从而产生更高的M2M沟通以及对物联网发展的负面影响。

为了解决该问题,近年来,已经开发了多随机访问的新的高级系统,其允许在不影响网络性能的情况下极大地限制控制信息。这些系统以违反直觉的方式工作,也就是说,它们没有尝试避免干扰,而是增加了干扰,使每个节点都可以传输同一消息的多个副本,而无需知道是否有人在同一时间进行传输。

Cocco解释说:“诀窍在于接收机如何利用这种干扰来清理接收到的信号,并从中提取有用的信息。”“要了解这些系统的工作原理,您可以考虑如何食用朝鲜蓟:每次取出一片叶子,您都会吃掉其中的大部分,但是下面的叶子也被释放了,因此至少一张可以每次删除的新叶子。”文章的共同作者补充道。

国际科学期刊上的几篇文章已经证实,基于每个消息的多个副本的传输的随机多址访问非常有希望。但是,这些研究的作者解释说,这些研究使用的是简化(需要更简单地使用方程式和仿真方法),因此无法评估这些系统在真实环境中的性能。

“我们的贡献超出了这些简化。我们已经研究了真实系统中各种元素对整个系统的影响(例如,许多物联网节点所特有的低成本电子设备的缺陷),并开发了有助于增强系统抵抗力的算法。因此,我们付出了特别的努力,开发了同时高效且低复杂度的算法,从而使通过卫星的物联网变得越来越有效,每个人都可以访问。”


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发布时间:2020-02-16
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