1.一种基于速率分割多址的智能工厂时延抖动控制方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1、智能工厂中,控制中心接收所有设备需求指令,并通过数据中心读取对应设备信息;控制中心根据设备期望数据种类对设备分组,同时基于设备的需求指令和分组信息利用速率分割多址将传输信号分为多群信号以及单组信号,完成控制设备工作以及数据传输操作;步骤S2、控制中心将多群信号广播给所有组群内的设备,同时通过不同的数据流将单组信息号传输给对应组内的设备;步骤S3、设备首先将单组信号视为噪声解码出多群信号,随后利用连续干扰消除方法去掉多群信号,进一步解码得到单组信号;步骤S4、分别计算每个设备的多群信号以及单组信号的信号噪声干扰比 和 同时基于高可靠低时延条件的短包模型,计算多群信号以及单组信号的可达速率;步骤S5、基于短包传输模型以及可达速率,建立时延抖动下的资源分配优化问题,联合优化波束形成以及速率分割策略,最大化所有设备和速率;同时,为了保证准确的性能,构建低复杂度的初始化算法;步骤S6、基于S5设计的初始化算法以及资源分配优化问题,设计面向智能工厂时延抖动的高效求解算法,逐次迭代控制中心的波束形成以及速率分割策略,直到速率达到设备需求并且目标函数达到稳定条件;步骤S1的具体内容如下:步骤S101、智能工厂中,控制中心收集周围M个设备信息,其中M个设备信息包括K个不同期望信号种类,根据设备的期望信号种类将设备分为K组,第k组中有M k 个设备,并且满足 步骤S102、控制中心按照分组,利用速率切割多址技术将传输信号分为一个多群信号x c (t)以及K个单组信号,即 其中多群信号包含所有设备的共同信息,而单组信号则为私有通信信息,只发送给对应组内的设备;设备的共同信息包括步骤S101中的分组信息以及任务分配信息;步骤S2的具体内容如下:步骤S201、在传输信号之前,控制中心给每个传输信号加上权重向量,包括:控制中心基于权重向量w c 发送多群信号x c (t);同时,控制中心在单组信息前面加上权重向量w p,k ,从而可以得到加权后的总体发送单组信息为 步骤S202、基于步骤S201,控制中心的传输信号为步骤S203、控制中心将多群信号广播给所有设备,同时利用不同的数据流传输单组信号给对应组内的设备;步骤S3的具体内容如下:步骤S301、构建控制中心与设备(k,m)之间的传输链路,并计算对应的信道h k,m ,其中(k,m)表示第k组中的第m个设备;步骤S302、设备接收到控制中心的传输信息y(t)后,设备进行解码,包括:首先将单组信号视为噪声,解码得到多群信号w c x c (t);随后,将其他组的单组信号视为噪声,解码得到自己组内的单组信号;步骤S303、根据解码得到的信号分别计算设备(k,m)的多群信号以及单组信号的信干噪比 和 为了便于符号描述,基于步骤S201中的传输权重向量,引入半正定波束赋形矩阵辅助变量 和 因此 和 分别可以表示为其中 表示加性高速白噪声;为了保证方案的可行性,半正定辅助变量W c 和W p,k 需要满足矩阵秩为1的约束,即Rank(W c )=1, 其中Rank(X)表示矩阵X的秩;步骤S4的具体内容如下:步骤S401、基于信干噪比 和 以及设备低时延高可靠的通信需求,构建短包传输下的传输模型,短包传输时多群信号以及单组信号的信道散布参数分别表示为 和 步骤S402、在给定误码率需求ε k,m 以及传输时延T时,短包传输可达速率近似为:其中B m 为分配给设备m的带宽,Q -1 (·)表示Q方程 的反函数,x∈{c,p}表示多群信号以及单组信号的符号;步骤S5的具体内容如下;步骤S501、为保证智能工厂场景下所有设备性能的公平性,引入权重参数u m ;为保证智能工厂场景下所有设备能够成功解码出多群信号,多群信号的速率表示为 步骤S502、考虑同一个组别内的设备通过多播多组能够接收到相同的单组信号,因此定义辅助变量单组信号速率 步骤S503、基于步骤S501以及S502引入的辅助变量r p,k 和权重参数u m ,建立基于空分多址的电力场景下的高可靠低时延通信方法的联合波束形成以及速率分割策略优化问题,具体包括:首先,以最大化所有设备的加权和速率 为优化目标的控制中心通信波束形成优化问题,其中 为待优化的分给每个设备的多群信号比例,即速率分割策略;然后,建立联合波束形成以及速率分割策略优化的约束条件,包括:智能工厂中控制中心最大传输功率P max 的约束;设备的最低服务质量约束,包括多群信号需求 单组信号需求 以及总信号需求 设备成功解码约束,包括多群信号解码约束 以及单组信号解码约束 步骤S6的具体内容如下:步骤S601、首先将原问题变为易于处理的凸问题,具体包括:首先,引入松弛变量 然后,重新表示步骤S402中多群信号的短包传输可达传输为其中同样,令 并重新表示单组信号的可达速率为因此,设备成功解码约束分别表示为 以及 通过一阶泰勒展开将这两个约束转化为易于求解的凸约束;随后,处理由于引入松弛变量T引入的新约束 采用一阶泰勒展开以及二次变换转化为易于求解的凸约束;最后,利用半正定松弛的方法处理步骤S303中引入的半正定变量W c 和W p,k 相关的秩1约束;步骤S602、设计高效的联合波束形成以及速率分割策略高效求解算法;具体而言,通过内点法,逐次迭代波束形成以及速率分割策略,直到目标函数加权和速率趋于收敛;步骤S603、基于步骤S602得到的最优波束形成方案 和 利用矩阵奇异值分解的方法进一步求解得到最优的多群信号波束形成向量 和最优的单组信号的波束形成向量 随后,智能工厂中的控制中心基于最优的波束形成方案的 和 以及速率分割策略 和 构建面向多设备场景下的时延抖动控制的短包数据传输方案。
2.根据权利要求1所述的一种基于速率分割多址的智能工厂时延抖动控制方法,其特征在于,所述设备需求指令包括设备通信请求、共同通信内容、私有通信内容、通信服务质量需求指标,所述设备信息包括设备坐标、设备种类、通信能力以及设备状态。