帕斯奎爾·佩斯／瓦萊里亞·洛克／盛正國(guó)／朱塞佩·魯杰里／阿桑納西奧斯·瓦西拉科斯

智慧城市的智能無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)

帕斯奎爾·佩斯／瓦萊里亞·洛克／盛正國(guó)／朱塞佩·魯杰里／阿桑納西奧斯·瓦西拉科斯

針對(duì)智慧城市的研究發(fā)展，介紹了當(dāng)前的技術(shù)研究現(xiàn)狀，提出以此為參照解決研究中存在的突出問(wèn)題等。

智慧城市 智能接入 小基站 移動(dòng)群體感知 協(xié)同

0 引言

智慧城市領(lǐng)域的研究，主要是為了提高城市發(fā)展的可持續(xù)性和宜居性，緩解政府壓力，同時(shí)提高公共服務(wù)質(zhì)量。而要通過(guò)先進(jìn)的通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一愿景，首要任務(wù)是保持決策者、利益關(guān)系人、公民三者對(duì)城市信息的不斷收集與更新。為了完成這項(xiàng)任務(wù)，新一代的城市建設(shè)，將會(huì)由數(shù)十億的異構(gòu)設(shè)備組成，從可以與周?chē)h(huán)境、遠(yuǎn)程系統(tǒng)交互的微型通信設(shè)備（如執(zhí)行器、傳感器、追蹤器等）到可以處理復(fù)雜操作和龐大數(shù)據(jù)的高端節(jié)點(diǎn)（如數(shù)據(jù)中心、工作站等）。

在未來(lái)的生活場(chǎng)景中，智能手機(jī)、平板電腦和其他便攜式設(shè)備將會(huì)與使用者綁定，使其成為強(qiáng)大的信息消費(fèi)者。事實(shí)上，智能手機(jī)的作用還遠(yuǎn)不止于此，通過(guò)其處理、通信和傳感能力的展現(xiàn)，可以說(shuō)是一種功能非常強(qiáng)大的設(shè)備。最近，就有不少技術(shù)專(zhuān)家提議，利用手機(jī)的這些功能來(lái)幫助收集和更新信息數(shù)據(jù)。此外，通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自周?chē)O(shè)備的數(shù)據(jù)信息，智能手機(jī)還能用于通信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

針對(duì)某些特殊問(wèn)題，需要收集一些涉及解決突出問(wèn)題的新算法、方法論或試驗(yàn)的高質(zhì)量研究文章，特別是關(guān)于如何構(gòu)建一個(gè)全市范圍的網(wǎng)絡(luò)工作站，使其能夠有效保證未來(lái)智慧城市生態(tài)系統(tǒng)的通信，以方便管理復(fù)雜繁多的異構(gòu)設(shè)備和各類(lèi)接入技術(shù)，并保障其在城市環(huán)境中的穩(wěn)定性、普遍性和連接安全性。同時(shí)，除了對(duì)全市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)外，特殊問(wèn)題的解決還意在調(diào)查技術(shù)增強(qiáng)的條件下用戶終端設(shè)備（如智能手機(jī)、平板電腦）的潛在能力，以使其成為智慧城市生態(tài)系統(tǒng)組成中的一部分，而不只是單純的終端連接。像這樣的潛在能力包括能夠擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)接入的普遍可行性、提供專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)服務(wù)，以及通過(guò)設(shè)備間的協(xié)作和直接溝通有助于“集體智慧”行為的出現(xiàn)。

1 研究現(xiàn)狀介紹

通過(guò)對(duì)相關(guān)文章的評(píng)審，可以獲知，為了研究開(kāi)發(fā)智慧城市領(lǐng)域的新技術(shù)，幾乎世界各地都在討論各種新概念和方法。其中，本文主要針對(duì)3類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行介紹，包括針對(duì)機(jī)器類(lèi)型通信問(wèn)題、針對(duì)數(shù)據(jù)分配及獲取問(wèn)題、針對(duì)協(xié)同應(yīng)用問(wèn)題。

1.1 針對(duì)機(jī)器類(lèi)型通信問(wèn)題

在Condoluci等人寫(xiě)的“5G系統(tǒng)中對(duì)能量感知的MTC訪問(wèn)下的虛擬碼資源分配”文章中，提到機(jī)器類(lèi)型通信（MTC）的最大流量超過(guò)5G會(huì)加劇網(wǎng)絡(luò)接入的局限性，而相關(guān)機(jī)器由于存在不同的剩余電池能量，當(dāng)考慮到環(huán)保時(shí)，通信交流會(huì)變得異常艱難。針對(duì)這一問(wèn)題，該文中的作者提出了一種通過(guò)延伸代碼擴(kuò)展的虛擬碼資源分配（VCRA）方法，以支持大量設(shè)備可以同時(shí)訪問(wèn)系統(tǒng)。經(jīng)大量仿真實(shí)驗(yàn)證明，在負(fù)載很大的情況下，該方法能夠降低相關(guān)機(jī)器間的碰撞概率。

Amin Azari在“蜂窩網(wǎng)絡(luò)上機(jī)器類(lèi)型通信的聯(lián)合調(diào)度和分組”的文章中創(chuàng)新性地考慮到了機(jī)器節(jié)點(diǎn)間的合作和小組代表節(jié)點(diǎn)額外能量消耗的“補(bǔ)償”，提出了一種基于調(diào)度的協(xié)作激勵(lì)方法，用于創(chuàng)建可與基站通信的機(jī)器節(jié)點(diǎn)組。實(shí)驗(yàn)證明，在長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）背景下，該方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)生命周期的延長(zhǎng)產(chǎn)生了積極影響。

在Zhou等人寫(xiě)的“智慧城市中小基站網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與部署”文章中，提出了一種基于現(xiàn)行交通模式規(guī)劃小基站的節(jié)能策略。介于小基站是目前接入5G的最有前景的技術(shù)之一，尤其是能夠提供更多的連接點(diǎn)和支持眾多設(shè)備隨時(shí)隨地?zé)o線接入，其在智慧城市的蜂窩網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)中有著至關(guān)重要的作用。為了充分利用小基站技術(shù)，應(yīng)該實(shí)施智能單元規(guī)劃，但實(shí)施過(guò)程中存在密集小基站的動(dòng)態(tài)交通需求和同信道間的干擾嚴(yán)重等問(wèn)題，只有解決這些挑戰(zhàn)才能保證連通性和所有終端節(jié)點(diǎn)的性能。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案策略能夠在不影響服務(wù)質(zhì)量（QoS）的前提下，滿足小基站對(duì)動(dòng)態(tài)交通需求的優(yōu)化部署，提高系統(tǒng)的能源效率。

1.2 針對(duì)數(shù)據(jù)分配及獲取問(wèn)題

在Bracciale寫(xiě)的“智慧城市中的機(jī)會(huì)通信：以小型出租車(chē)為數(shù)據(jù)載體的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”文章中，提出通過(guò)試驗(yàn)出租車(chē)在不受市政府或其他管理部門(mén)控制的情況下，在城市周?chē)形匆?guī)劃的道路上行駛，調(diào)查了一種在智慧城市下以出租車(chē)作為“未知的”數(shù)據(jù)騾進(jìn)行信息收集的可能性。該調(diào)查主要依賴(lài)于車(chē)輛和數(shù)據(jù)生產(chǎn)者／消費(fèi)者（如傳感器節(jié)點(diǎn)）之間的機(jī)會(huì)通信來(lái)獲得／推導(dǎo)數(shù)據(jù)。為此，這些實(shí)驗(yàn)車(chē)輛配備了具有通信和存儲(chǔ)能力的設(shè)備，還能夠任意訪問(wèn)指定的互聯(lián)網(wǎng)鏈接。

而最終的績(jī)效評(píng)估是基于現(xiàn)實(shí)世界的行駛路線進(jìn)行的，320輛出租車(chē)在羅馬市行駛了6個(gè)月之久。結(jié)果表明，以這種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的可能性幾乎為零，因?yàn)樵?4h之內(nèi)完成80%的覆蓋率（8km ×8km）是不可能實(shí)現(xiàn)的。

Wang等人在“在有限預(yù)算下對(duì)移動(dòng)群體感知的可信度和能量感知研究”的文章中主要研究了移動(dòng)群體感知技術(shù)，并為其提出了一種解決方案，用于提高數(shù)據(jù)檢索質(zhì)量，正確分配參與者之間的感知任務(wù)。在文中，作者特別描述了兩個(gè)概念：“生存質(zhì)量（QoI）滿意度”和“任務(wù)難度（DoT）”。前者根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量、粒度和數(shù)量來(lái)量化收集的感知數(shù)據(jù)有多少能夠滿足多維任務(wù)的需求，后者用于輔助參與者，為其挑選適當(dāng)?shù)娜蝿?wù)以最大限度地提高回報(bào)。并基于此提出了一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題和一種啟發(fā)式算法。經(jīng)模擬驗(yàn)證，該解決方案有效。

1.3 針對(duì)協(xié)同應(yīng)用問(wèn)題

Lee等人在“基于車(chē)輛自組網(wǎng)的交叉口出行路徑建議與時(shí)間估計(jì)方法”的文章中，利用協(xié)同思維理念提出了一種車(chē)程時(shí)間估計(jì)（TTE）方法和城市網(wǎng)絡(luò)下的路徑建議。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相比實(shí)際的出租車(chē)行駛，基于新TTE方法的平均絕對(duì)百分比誤差（MAPE）是13.6%，表明方案建議路徑行駛順利，可大大減少車(chē)程時(shí)間。對(duì)文中提到的文章感興趣的讀者可以查閱《Ad Hoc Networks》（2016.43）

岳文姣編譯自Ad Hoc Networks，Vol.43，Page 1?2。

Smart Wireless Access Networks and Systems for Smart Cities

Pasquale Pace／Valeria Loscrì／Zhengguo Sheng／Giuseppe Ruggeri／Athanasios V.Vasilakos