Viestinnän ja ohjauksen yhteissuunnittelu 5G-verkkojen jälkeisiin verkkoihin

Langattoman viestinnän kehitys on mullistanut joustavien ja spatiaalisesti hajautettujen ohjausjärjestelmien suunnittelun, tarjoten merkittäviä etuja perinteisiin langallisiin arkkitehtuureihin verrattuna. Langattomien verkkojen integrointi ohjaussilmukoihin aiheuttaa kuitenkin viestintäviiveitä ja epäluotettavuutta, jotka voivat heikentää ohjaussuorituskykyä. Vaikka erittäin luotettava ja matalan latenssin viestintä (URLLC) täyttää tiukat ohjausvaatimukset, tällaisten järjestelmien toteutus on resurssi-intensiivistä ja rajoittaa skaalautuvuutta. Toisaalta massiivinen koneiden välinen viestintä (mMTC) tukee skaalautuvuutta, mutta usein heikentää ohjaussuorituskykyä. Nämä rajoitukset johtuvat siitä, että viestinnän ja ohjauksen teknologinen kehitys tapahtuu erillään, mikä korostaa tarvetta yhdistetylle viestintä- ja ohjaussuunnittelulle.

Väitöskirja ehdottaa uutta viestintätehokasta ohjauskehystä mahdollistamaan vakaan ja skaalautuvan langattoman ohjauksen rajoitetuissa verkkoresursseissa. Ensinnäkin esitellään informaation iän (AoI) huomioiva aikataulutus- ja tehonsäätöjärjestelmä, jossa käytetään, kaksisuuntaista Gauss-prosessiregressiota (GPR) arvioimaan kriittisiä ohjausjärjestelmiä. Samalla menetelmä huomioi ennusteiden luotettavuuden ja epävarmuudet, parantaen ohjauksen vakautta ja skaalautuvuutta. Seuraavaksi ehdotetaan kaksisuuntaista jaettua Koopman-autoenkooderikehystä epälineaaristen järjestelmien etäohjaukseen rajoitetuissa langattomissa resursseissa ennustamalla tila- ja komentotietoja vastaavasti ohjaimessa ja toimilaitteessa. Laskentakompleksisuutta ja viestintäkuormitusta vähennetään edelleen esittämällä epälineaarisissa järjestelmissä semanttista Koopman-pohjaista viestintä- ja ohjausyhteissuunnittelukehystä. Tämä sisältää ehdotetun kompositiivisen loogisen dynaamisen (CLD) Koopman-autoenkooderin, joka mahdollistaa kompositiivisen ohjauksen korreloiduissa ohjausjärjestelmissä. Lopuksi ehdotetaan aikasarjojen yhteisen upotuksen ennakoivaa arkkitehtuuria (TS-JEPA) näkökulmapohjaisten järjestelmien ohjaamiseen kaistanleveysrajoitteissa verkoissa. Arkkitehtuuri perustuu korkeadimensionaalisten kehysten koodaamiseen semanttisiksi upotuksiksi ja niiden tulevan kehityksen ennustamiseen. Järjestelmää tukee kanavatietoinen aikatauluttaja, joka priorisoi kriittisiä lähetyksiä informaation iän (AoI) ja kanavaolosuhteiden perusteella. Simulaatiotulokset vahvistavat ehdotettujen lähestymistapojen tehokkuuden reaaliaikaisen, vakaan ja skaalautuvan ohjauksen saavuttamisessa laajoissa langattomissa järjestelmissä.