一种基于IoT设备协同控制RIS与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖方法与流程

本发明涉及毫米波通信。尤其涉及一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖方法。

背景技术：

1、毫米波通信具备超大带宽、超低时延、超高传输速率等优势，是5g毫米波及6g通信的核心技术。但毫米波波长极短，存在穿透能力弱、衍射能力差、极易被人体、墙体、门扇、车辆、绿植遮挡的固有缺陷，导致室内拐角、楼道、电梯口、街道峡谷等区域出现大量信号盲区，链路断链、抖动问题严重。

2、现有毫米波抗遮挡方案主要分为三类：第一类为专用有源中继、多基站接力组网，该方案需要新增大量专用通信设备，部署成本高、功耗大、组网复杂，无法规模化普及；第二类为传统智能超表面（ris）反射增强方案，当前ris均依赖专用控制器、专用射频感知设备，无法复用现有设备资源，且多为静态反射优化，无法预判动态遮挡，仅能被动修复断链，抗动态遮挡能力差；第三类为云端 ai 路径优化方案，此类方案依托云端算力完成路径与波束策略计算，再下发指令调控现有 ris 硬件的电磁相位，进而改变信号传播路径。由于云端数据交互存在固有延迟，系统实时性不足，难以适配毫米波动态遮挡场景下的毫秒级链路切换要求，且长期云端算力、带宽开销较大，不适合规模化部署海量边缘 iot 节点的应用场景。

3、综上，现有技术存在硬件成本高、依赖专用设备、无预判能力、动态绕射能力缺失、无法复用存量资源等技术缺陷，行业亟需一种低成本、全复用、预测式、自适应的毫米波动态绕射覆盖方案。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖方法。以解决现有技术存在硬件成本高、依赖专用设备、无预判能力、动态绕射能力缺失、无法复用存量资源的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖方法，用于带有5g毫米波的智能终端运行到5g毫米波信号覆盖盲区时对所述智能终端的追踪，包括：

3、通过iot设备采集人体移动、门扇开闭、车辆通行以及障碍物位移以感知到所述智能终端有遮挡环境；通过所述智能终端实时反馈信道数据以确定所述智能终端存在遮挡风险，所述信道数据包括毫米波信道rsrp、信号强度、链路误码率以及干扰状态；

4、基于部署于所述边缘云设备的网关的两个轻量化ai模型进行协同工作：一个所述轻量化ai模型是轻量化lstm时序预测模型，基于所述iot设备的连续视觉帧序列，预判未来1秒至3秒动态遮挡生成概率与遮挡范围；另一个所述轻量化ai模型是轻量化ppo强化学习模型，以链路吞吐量、信号稳定性、设备功耗以及遮挡风险为综合奖励函数，实时输出最优控制策略，所述最优控制策略包括ris相位调整参数、iot中继启用/关闭指令以及毫米波绕射路径切换策略；

5、采用印刷式无源超表面结构的ris设备，部署于所述5g毫米波信号覆盖盲区中的一处或几处，由就近的iot设备进行分布式控制，所述分布式控制包括：接收所述轻量化ai模型输出的所述最优控制策略以动态调整超表面单元相位参数来改变毫米波电磁波传播方向以实现信号的定向反射、衍射、绕射以及填补阴影盲区，将相关毫米波信号反射到智能终端设备处。

6、为实现上述目的，第二方面，本发明还涉及一种毫米波动态绕射覆盖系统，用于带有5g毫米波的智能终端运行到5g毫米波信号覆盖盲区时对所述智能终端的追踪，包括：

7、全域多模态感知模块，用于通过iot设备采集人体移动、门扇开闭、车辆通行以及障碍物位移以感知到所述智能终端有遮挡环境；通过所述智能终端实时反馈信道数据以确定所述智能终端存在遮挡风险，所述信道数据包括毫米波信道rsrp、信号强度、链路误码率以及干扰状态；

8、边缘云ai智能调度决策模块，用于基于部署于所述边缘云设备的网关的两个轻量化ai模型进行协同工作：一个所述轻量化ai模型是轻量化lstm时序预测模型，基于所述iot设备的连续视觉帧序列，预判未来1秒至3秒动态遮挡生成概率与遮挡范围；另一个所述轻量化ai模型是轻量化ppo强化学习模型，以链路吞吐量、信号稳定性、设备功耗以及遮挡风险为综合奖励函数，实时输出最优控制策略，所述最优控制策略包括ris相位调整参数、iot中继启用/关闭指令以及毫米波绕射路径切换策略；

9、智能分布式控制模块，用于采用印刷式无源超表面结构的ris设备，部署于所述5g毫米波信号覆盖盲区中的一处或几处，由就近的iot设备进行分布式控制，所述分布式控制包括：接收所述轻量化ai模型输出的所述最优控制策略以动态调整超表面单元相位参数来改变毫米波电磁波传播方向以实现信号的定向反射、衍射、绕射以及填补阴影盲区，将相关毫米波信号反射到智能终端设备处。

10、为实现上述目的，第三方面，本发明还涉及一种计算机可读存储介质，存储介质中存储有指令，所述指令运行时执行上述的一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖方法。

11、本发明涉及的一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖方法，相比于现有技术，有以下有益效果：

12、本发明提出存量iot设备协同，加上边缘轻量化ai以及无源ris极简驱动的低成本综合方案。

13、1、首次实现普通存量iot设备兼任ris感知节点+分布式控制器，摒弃传统ris专用控制器，零新增硬件部署，大幅降低毫米波盲区补网成本。成本优势显著：完全复用存量普通iot设备，无需新增专用ris控制器与通信设备，无源ris面板低成本可批量印刷生产，整体部署成本降低80%以上。

14、2、采用多模态ai遮挡预判+前置式绕射重构，突破传统被动断链修复模式，实现遮挡未发生、路径已重构，彻底解决动态遮挡导致的链路抖动、断链问题。抗遮挡能力大幅提升：突破传统被动修复模式，实现ai预判式前置绕射，结合三模混合绕射机制，彻底解决毫米波动态遮挡断链、盲区覆盖难题；

15、3、提出毫米波反射-衍射-iot中继三模混合绕射机制，区别于传统单一ris反射方案，针对不同遮挡等级自适应适配绕射策略，盲区覆盖能力更强、适配场景更广，可适配电网公司变电站、供电站、工厂厂房等全场景毫米波覆盖，兼容5g毫米波及6g超表面通信体系，产业化前景广阔。

16、4、采用边缘轻量化ai架构，全部决策本地化完成，无需依赖云端，毫秒级响应，低时延、低功耗，无云端传输时延，适配低功耗iot组网场景，适配海量边缘物联网场景。

1.一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖方法，其特征在于，用于带有5g毫米波的智能终端运行到5g毫米波信号覆盖盲区时对所述智能终端的追踪，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖方法，其特征在于，采用印刷式无源超表面结构的ris设备，部署于所述5g毫米波信号覆盖盲区的墙角、楼道、电梯口以及墙体盲区，通过抱杆或者固定在墙上，对无线信号进行反射。

3.根据权利要求2所述的一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖方法，其特征在于，基于所述iot设备的连续视觉帧序列，预判未来1秒至3秒动态遮挡生成概率与遮挡范围，具体包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖方法，其特征在于，所述实现信号的定向绕设具体包括：就近的iot设备通过网线下发相位调控指令给所述ris设备，驱动ris设备的超表面重构电磁波传播路径，实现毫米波定向绕射。

5.根据权利要求1所述的一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖方法，其特征在于，所述轻量化ppo强化学习模型的实时输出最优控制策略还包括：自适应链路切换策略：根据遮挡等级自适应启用衍射、反射、iot多跳中继混合模式，在原链路中断前完成新绕射链路预建立的控制策略。

6.一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖系统，其特征在于，用于带有5g毫米波的智能终端运行到5g毫米波信号覆盖盲区时对所述智能终端的追踪，包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖系统，其特征在于，在所述边缘云ai智能调度决策模块中，采用印刷式无源超表面结构的ris设备，部署于所述5g毫米波信号覆盖盲区的墙角、楼道、电梯口以及墙体盲区，通过抱杆或者固定在墙上，对无线信号进行反射。

8.根据权利要求6所述的一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖系统，其特征在于，所述边缘云ai智能调度决策模块中，基于所述iot设备的连续视觉帧序列，预判未来1秒至3秒动态遮挡生成概率与遮挡范围，具体包括：

9.根据权利要求6所述的一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖系统，其特征在于，所述智能分布式控制模块中，所述实现信号的定向绕设具体包括：就近的iot设备通过网线下发相位调控指令给所述ris设备，驱动ris设备的超表面重构电磁波传播路径，实现毫米波定向绕射；

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：存储介质中存储有指令，所述指令运行时执行如权利要求1-5中任一项所述的一种基于iot设备协同控制ris与多模态遮挡预测的毫米波动态绕射覆盖方法。