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信电学院博士生何映晖的研究工作在ACM MobiCom ’23发表

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发布日期 :2023-09-11    阅读次数 :80

       近日,第29届移动计算和网络年度国际会议(Annual International Conference on Mobile Computing and Networking,MobiCom)公布了论文接收结果。由十大正规网投信电学院、网络空间安全学院、香港科技大学等多家单位合作完成的论文“SenCom: Integrated Sensing and Communication with Practical WiFi”入选。十大正规网投信电学院博士研究生何映晖、网络空间安全学院博士研究生刘建伟是该论文的共同第一作者。十大正规网投信电学院余官定教授、网络空间安全学院韩劲松教授是该论文的共同通信作者。该论文的合作者还包括香港科技大学李默教授、十大正规网投任奎教授。

MobiCom是国际公认的计算机网络研究领域方向的顶级会议,也是中国计算机学会(CCF)推荐的A类会议,受到来自学术界和工业界的广泛关注。本届会议只接收了92篇论文。 

研究背景:

     感知与通信是当代信息系统的两大核心。通信一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)融合两者,同时实现通信和感知的功能,并使两者相辅相成,达到双赢,已成为信息通信领域极具前途的发展方向。然而,设计全新的ISAC系统,开发、部署和运营的成本巨大,很难快速普及应用。于是,研究团队思考在传统和已有的无线通信系统上实现ISAC的可能性。然而,这些系统的设计往往是以通信为目的,在覆盖、粒度、时效性等方面难以满足感知任务的需要。 

研究成果:

       研究团队基于现有商用WiFi,提出一种向前兼容的通感一体化系统SenCom,能够在不同的WiFi通信模式下进行信道状态信息(Channel State Information,CSI)校准,并为上层传感应用提供统一的、满足感知需求的CSI测量。通过搭建原型机并进行真实世界的实验,研究团队证明SenCom可以支撑各种感知任务,同时对WiFi通信性能几乎没有影响,展示了在现有无线通信系统中实现ISAC的可行性。

1:SenCom的应用场景

2:SenCom原型机与实验场景 

       高质量CSI:由于通信系统采用了多种通信模式、波束成形技术,因此即使对于相同环境下的同一感知目标,采集到的CSI也不同。为了解决该问题,研究团队提出了一种CSI校准方案。该方案不仅包含了一个CSI的转化公式,可以将不同通信模式下CSI的分布进行统一,还包含了一个用于抑制波束成形的补偿公式。图3展示了经过校准后的CSI与主动式、纯被动式感知系统的CSI质量之间的差异。可以发现,校准后CSI的质量接近主动式感知系统的CSI质量,并且远高于纯被动式感知系统的CSI质量。

3:CSI质量对比

       足够的CSI:由于通信包数目随着场景内通信需求的变化而变化,因此基于通信包采集到的CSI不稳定。为了解决该问题,研究团队采用了拟合重采样方案来获取等间隔的CSI样本,从而支撑上层感知应用。并且提出了一种激励策略来触发额外数据包,并且通过推导最优激励速度的闭式解来平衡感知和通信性能。图3验证了SenCom输出的CSI能够满足上层感知应用对于CSI采样率的需求。图4展示了部署SenCom前后的通信性能对比。可以发现,在部署SenCom后,通信性能几乎没有受到影响。

3:CSI数目对比

4:通信性能对比 

       此外,研究团队还测试了两类典型感知应用:动作分类任务(WiFall)和计步任务(WiStep)。图4、5分别展示了WiFall、WiStep的性能对比。可以发现,SenCom的性能远超纯被动式感知系统,并且能够实现接近于主动感知系统的性能。

5:WiFall性能对比

6:WiStep性能对比

       本工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目等项目经费资助。


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