一种高并发、低时延、分布式5G消息发送系统的制作方法

一种高并发、低时延、分布式5g消息发送系统
技术领域
1.本发明涉及5g信息技术领域，具体涉及一种高并发、低时延、分布式5g消息发送系统。


背景技术：

2.5g信息技术指第五代移动通信技术，是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施，随着5g技术的日益进步，具有智能化代表性的新能源汽车上搭载地自动驾驶功能，其信号传输反馈媒介也慢慢地由4g信息技术转向搭载5g信息技术，而无论4g技术还是5g技术，自动驾驶的传输反馈媒介具有低时延、高并发的优点，是保证自动驾驶技术以及日常汽车智能化辅助功能进步的重要阶梯，为解决现有汽车信号传输时延较高、多为集中式传输的问题，提出一种高并发、低时延、分布式5g消息发送系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种高并发、低时延、分布式5g消息发送系统，以解决技术中的上述不足之处。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高并发、低时延、分布式5g消息发送系统，包括信号发射模组、信号高效接收模组、信号处理模组、指令执行模组和信号反馈模组；
5.所述信号发射模组包括有5g信号发射器或5g信号塔；
6.所述信号高效接收模组用于接收5g信号发射器或5g信号塔发送的5g信号，并将5g信号传输到信号处理模组；
7.所述信号处理模组包括有评估模组、解码模组、防干扰模组和加权合并模组；
8.所述评估模组包括有评估计算芯片，评估计算芯片中包含有时延评估算法和信号可靠性评估算法，其实信号可靠性评估算法包括有sinr评估方法和bler评估方法；
9.所述解码模组通过检测信号传输过程中错误和丢失的数据，并通过发送重传请求保证信号的质量，通过信号纠错和重传提高信号数据的可靠性；
10.所述防干扰模组包括有ofdma分布式正交频分多址接入技术芯片，通过将传输信号划分为相互正交且互不交错重叠的若干子载波，通过将不同的子载波分给不同的信号接收终端进行使用；
11.所述加权合并模组将评估、解码和防干扰后的5g信号传输到指令执行模组，指导接收5g信号的执行终端作出与信号相对应的行为；
12.所述信号反馈模组通过观察监测执行终端内部的各项传感器数据，对比执行终端的行为与信号指令是否为一致，并将差异传输到5g信号发射源点。
13.作为本发明一种优选的方案，还包括有如下的具体应用步骤：
14.s1：5g信号发射器或5g信号塔将5g信号发射，并被信号高效接收模组接收；
15.s2：信号高效接收模组将5g信号传输到信号处理模组；
16.s3：信号处理模组内部的评估模组设定信号从发射端发出的时间为ts，到信号高效接收模组接收的时间设定为tr，计算时延公式：
17.τ
e2e
＝t
r-ts18.在不考虑lte中空闲模式到连接模式的转换时间，时延为随机变量，得到概率密度函数：
[0019][0020]
由于被丢弃的包被认为有一个有限的时延，进而被丢弃的包的时延对于有限的x的渐近线的可能性在形式为：
[0021][0022]
因此，表示从发送端的mac发送的包到接收端mac的时延cdf，为需要被传输到发送端mac上层的包的cdf；
[0023]
s4：所有时延组件假设以lte网络的发送时间间隔(transmission time intervaltti)为单位，设置为1ms。最小的e2e时延值为：
[0024]
min e2 edelay＝0.5(fa)+1(tp)+1(rpd)＝2.5ttis如果第一次包传输失败需要重传，则最小的e2e时延值为：
[0025]
min e2 edelay＝0.5(fa)+1(tp)+1(rpd)+1(fb)+1(sd)+1(trc)+1(tp)+1(rpd)＝7.5ttis
[0026]
车载单元，对数据执行循环冗余校验(cyclicredundancy check，crc)和编码块分割，进行执行编码调制。由每条链路的信干噪比(signaltointerferenceplusnoiseratio，sinr)值导出误块率(blockerrorratio，bler)，如果包未正确接收，将考察是否进行重传以及是否重传成功；如果未成功，则时延认为无穷大，第一次传输与重传应用不同的编码调制速率；
[0027]
s5：评估模组运用sinr评估方法和bler评估方法对信号进行评估；
[0028]
其中，sinr评估方法为：
[0029]
在信号传输的过程中，接收功率为发送功率与路径损耗的乘积，因此，sinr的表达式为：
[0030][0031]
其中pr为接收功率，k为噪声功率，b为干扰功率；
[0032]
其中，bler评估方法为：
[0033]
bler为误块率，即单位时间内信道上接收到的有差错的块与接收到的总块数之比，bler是在信道解交错和解码后，传输块经过循环冗余检验(crc)后的错误概率，误块率的计算可以表示为：
[0034][0035]
其中bltran用来表示发送端发送的所有信息块的个数，blrec用来表示接收端能够正确接收的信息块的个数，通过循环冗余校验码来对信息块是否正确传输进行判断，直接通过统计发送端收到的nack的数量来计算bler为：
[0036][0037]
其中nnack为接收到的nack的数量，bler用来反映无线链路控制层对差错重传的要求，可以用来衡量系统的可靠性；
[0038]
s6：此时的解码模组将通过发送重传请求保证信号的质量，通过信号纠错和重传提高信号数据的可靠性，在接收端不能将收到的数据解码时，将数据存储起来，向发送端请求重传数据，收到重传数据后，将重传数据与之前的错误数据进行合并后再进行解码，提高数据的正确率，还能减少重传的次数，从而降低时延，此时的加权合并模组介入，协助解码模组选择软合并(chase combine，cc)算法来合并每次重传的数据并且对数据包软判决进行加权，发送端收到重传请求后重传数据，接收端则对这些多次重传的数据进行加权合并，并设n为数据包的重传次数，nmax为最大传输次数，且
[0039]
利用信噪比加权，得到合并后的数据为：
[0040][0041]
其中，ri(t)表示第i次接收到的数据，ωi表示第i次传输收到的归一化信噪比，ω越大表示每次接收到的数据的可靠性越大，才能使经过数据合并后的信噪比达到最大，在标准差为σ的加性高斯白噪声信道中，ω
′i＝l/σ2，因此归一化信噪比为：
[0042][0043]
假设每次传输过程的条件相同，那么每次接收到的信噪比都应该相同，则ωi＝l/n就能够简化上式得到合并后的数据包为：
[0044][0045]
s7：随后防干扰模组中的分布式防干扰芯片通过将传输信号划分为相互正交且互不交错重叠的若干子载波，通过将不同的子载波分给不同的信号接收终端进行使用；
[0046]
s8：最终的5g信号将被指令执行模组接收，同时指令执行模组将信号指令发布到终端cpu，终端cpu将控制执行终端作出相对应的指令行为，信号反馈模组通过观察监测执行终端内部的各项传感器数据，对比执行终端的行为与信号指令是否为一致，并将差异传输到5g信号发射源点，形成信号的闭环。
[0047]
作为本发明一种优选的方案，所述信号高效接收模组包括有安装面板，安装面板的顶部表面焊接有侧板，侧板的正面通过螺栓分别固定安装有第一伺服电机和齿轮箱下
盖，第一伺服电机的输出端焊接有贯穿进入齿轮箱下盖内部的第二转轴，第二转轴位于齿轮箱下盖内部的一端设置有第二锥齿轮，齿轮箱下盖的顶部套设有贯穿外部的第一转轴，第一转轴位于齿轮箱下盖内部的一端设置有联轴器，联轴器远离第一转轴的一端固定连接有第一锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮相互啮合，且齿轮箱下盖的正面通过螺钉固定安装有齿轮箱盖。
[0048]
作为本发明一种优选的方案，所述第一转轴位于齿轮箱下盖外部的一端焊接有圆盘，圆盘的顶部固定连接有支撑板，支撑板的一侧设置有连接板。
[0049]
作为本发明一种优选的方案，所述支撑板的顶部表面自左到右分别设置有处理组织和涡扇组织，所述连接板的顶部表面设置有信号接收器。
[0050]
作为本发明一种优选的方案，所述处理组织还包括放置槽密封盖、套管、固定杆、芯片放置槽和处理芯片，其中套管位于放置槽密封盖靠近芯片放置槽的一侧四角处，而固定杆位于处理芯片的四角处，套管与固定杆相互卡接，处理芯片设置在芯片放置槽的凹槽中，且放置槽密封盖和芯片放置槽相互远离的一侧均开设有供空气进入的进气格栅。
[0051]
作为本发明一种优选的方案，所述涡扇组织还包括有固定块、过滤槽、扇叶和传动轴，其中，传动轴贯穿过滤槽的侧边，过滤槽贯穿过滤槽的一端分别固定连接有第二伺服电机，扇叶设置在传动轴的另一端外圈，且过滤槽的侧边开设有空气空气进入的若干圆孔。
[0052]
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
[0053]
本发明中通过解码模组检测信号传输过程中错误和丢失的数据，并通过发送重传请求保证信号的质量，通过信号纠错和重传提高信号数据的可靠性，防干扰模组中采用ofdma分布式正交频分多址接入技术芯片，通过将传输信号划分为相互正交且互不交错重叠的若干子载波，通过将不同的子载波分给不同的信号接收终端进行使用，实现5g信号传输过程中高并发、低时延、分布式的效果；
[0054]
本发明中通过第一锥齿轮转动第一转轴也将转动，并带动圆盘进行转动，同时支撑板也将以圆盘的轴心为基点转动，支撑板侧边的连接板将以支撑板为基点作圆周运动，连接板顶部安装的信号接收器将匀速旋转，进而加快找寻信号的速度；同时叶转动产生的风力将透过芯片放置槽上的进气格栅进入芯片放置槽和放置槽密封盖所形成的空间中，并对空间中的处理芯片进行降温，避免处理芯片因温度过高而停止工作，同时裹挟处理芯片热量的气流将通过放置槽密封盖上的格栅流出，实现对芯片放置槽和放置槽密封盖空间中热量的交换，保证处理芯片的高效工作状态。
附图说明
[0055]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0056]
图1为本发明提出的一种高并发、低时延、分布式5g消息发送系统的流程结构示意图；
[0057]
图2为本发明提出的一种高并发、低时延、分布式5g消息发送系统中的信号高效接收模组结构示意图；
[0058]
图3为本发明提出的一种高并发、低时延、分布式5g消息发送系统的信号高效接收
模组局部分解结构示意图；
[0059]
图4为本发明提出的一种高并发、低时延、分布式5g消息发送系统的信号高效接收模组局部分解结构示意图；
[0060]
图5为本发明提出的一种高并发、低时延、分布式5g消息发送系统的处理芯片结构示意图；
[0061]
图6为本发明提出的一种高并发、低时延、分布式5g消息发送系统中图4的a部分局部放大结构示意图。
[0062]
附图标记说明：
[0063]
1、安装面板；2、第一伺服电机；3、侧板；4、连接板；5、信号接收器；6、处理组织；61、放置槽密封盖；62、套管；63、固定杆；64、芯片放置槽；65、处理芯片；7、涡扇组织；71、固定块；72、过滤槽；73、扇叶；74、传动轴；8、第二伺服电机；9、支撑板；10、圆盘；11、齿轮箱盖；12、第一转轴；13、齿轮箱下盖；14、联轴器；15、第一锥齿轮；16、第二锥齿轮；17、第二转轴。
具体实施方式
[0064]
为了对本发明的技术方案和实现方式做出更清楚地解释和说明，以下介绍实现本发明技术方案的几个优选的具体实施例。
[0065]
下文的描述本质上仅是示例性的而并非意图限制本公开、应用及用途。应当理解，在所有这些附图中，相同或相似的附图标记指示相同的或相似的零件及特征。各个附图仅示意性地表示了本公开的实施方式的构思和原理，并不一定示出了本公开各个实施方式的具体尺寸及其比例。在特定的附图中的特定部分可能采用夸张的方式来图示本公开的实施方式的相关细节或结构，本文所引用的各种出版物、专利和公开的专利说明书，其公开内容通过引用整体并入本文，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例。
[0066]
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0067]
本说明书的描述中，需要理解的是，本技术实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本技术实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
[0068]
实施例一
[0069]
一种高并发、低时延、分布式5g消息发送系统，包括5g信号发射器或5g信号塔将5g信号发射，并被信号高效接收模组接收，信号高效接收模组将5g信号传输到信号处理模组，信号处理模组内部的评估模组设定信号从发射端发出的时间为ts，到信号高效接收模组接收的时间设定为tr，计算时延公式：
[0070]
τ
e2e
＝t
r-ts[0071]
在不考虑lte中空闲模式到连接模式的转换时间，时延为随机变量，得到概率密度函数：
[0072][0073]
由于被丢弃的包被认为有一个有限的时延，进而被丢弃的包的时延对于有限的x的渐近线的可能性在形式为：
[0074][0075]
因此，表示从发送端的mac发送的包到接收端mac的时延cdf，为需要被传输到发送端mac上层的包的cdf；
[0076]
所有时延组件假设以lte网络的发送时间间隔(transmission time intervaltti)为单位，设置为1ms。最小的e2e时延值为：
[0077]
min e2 edelay＝0.5(fa)+1(tp)+1(rpd)＝2.5ttis
[0078]
如果第一次包传输失败需要重传，则最小的e2e时延值为：
[0079]
min e2 edelay＝0.5(fa)+1(tp)+1(rpd)+1(fb)+1(sd)+1(trc)+1(tp)+1(rpd)＝75ttis
[0080]
车载单元，对数据执行循环冗余校验(cyclic redundancy check，crc)和编码块分割，进行执行编码调制。由每条链路的信干噪比(signal to interference plusnoise ratio，sinr)值导出误块率(block error ratio，bler)，如果包未正确接收，将考察是否进行重传以及是否重传成功；如果未成功，则时延认为无穷大，第一次传输与重传应用不同的编码调制速率；
[0081]
评估模组运用sinr评估方法和bler评估方法对信号进行评估；其中，sinr评估方法为：
[0082]
在信号传输的过程中，接收功率为发送功率与路径损耗的乘积，因此，sinr的表达式为：
[0083][0084]
其中pr为接收功率，k为噪声功率，b为干扰功率；其中，bler评估方法为：bler为误块率，即单位时间内信道上接收到的有差错的块与接收到的总块数之比，bler是在信道解交错和解码后，传输块经过循环冗余检验(crc)后的错误概率，误块率的计算可以表示为：
[0085][0086]
其中bltran用来表示发送端发送的所有信息块的个数，blrec用来表示接收端能够正确接收的信息块的个数，通过循环冗余校验码来对信息块是否正确传输进行判断，直接通过统计发送端收到的nack的数量来计算bler为：
[0087]
[0088]
其中nnack为接收到的nack的数量，bler用来反映无线链路控制层对差错重传的要求，可以用来衡量系统的可靠性；
[0089]
此时的解码模组将通过发送重传请求保证信号的质量，通过信号纠错和重传提高信号数据的可靠性，在接收端不能将收到的数据解码时，将数据存储起来，向发送端请求重传数据，收到重传数据后，将重传数据与之前的错误数据进行合并后再进行解码，提高数据的正确率，还能减少重传的次数，从而降低时延，此时的加权合并模组介入，协助解码模组选择软合并(chase combine，cc)算法来合并每次重传的数据并且对数据包软判决进行加权，发送端收到重传请求后重传数据，接收端则对这些多次重传的数据进行加权合并，并设n为数据包的重传次数，nmax为最大传输次数，且
[0090]
利用信噪比加权，得到合并后的数据为：
[0091][0092]
其中，ri(t)表示第i次接收到的数据，ωi表示第i次传输收到的归一化信噪比，ω越大表示每次接收到的数据的可靠性越大，才能使经过数据合并后的信噪比达到最大，在标准差为σ的加性高斯白噪声信道中，ω
′i＝1/σ2，因此归一化信噪比为：
[0093][0094]
假设每次传输过程的条件相同，那么每次接收到的信噪比都应该相同，则ωi＝1/n就能够简化上式得到合并后的数据包为：
[0095][0096]
随后防干扰模组中的分布式防干扰芯片通过将传输信号划分为相互正交且互不交错重叠的若干子载波，通过将不同的子载波分给不同的信号接收终端进行使用，最终的5g信号将被指令执行模组接收，同时指令执行模组将信号指令发布到终端cpu，终端cpu将控制执行终端作出相对应的指令行为，信号反馈模组通过观察监测执行终端内部的各项传感器数据，对比执行终端的行为与信号指令是否为一致，并将差异传输到5g信号发射源点，形成信号的闭环。
[0097]
实施例二
[0098]
在实施例一的基础上，布设仿真平台场景：选取市区环境、郊区环境和高速公路环境，选取相同长度的路径为测量场景，不允许超车的前提下，同一车道中的前后两辆车的相互作用，即下一辆车的速度和其纵向位置受同一车道上其前车的影响的状态，在车辆跟驰模型中，前面的车称为前导车，后面的车称为后随车，后随车的位置和速度主要受到前导车的制约，选择dijkstra算法来进行车辆路径的计算，建立车辆运行轨迹，让车辆从起始位置运行到终点位置，就可以取两点之间欧式距离(直线距离)作为代价，即目标位置离起始位置越近，那么f函数值就越小，也就意味着所花代价越小，能保证最短路径的搜素方向朝着终点的方向进行；
[0099]
车辆减速的详细过程为在后随车逼近前导车的时候，司机意识到继续保持当前速度行驶时可能会有发现发生时，立即减速行驶，此时减速度线性增加，当速度减到一定程度时，司机保持减速度不变，当车辆停下来时，车辆减速的这段距离应该保持在后随车与前导车的距离范围内，才不会发生碰撞，整个减速过程才算安全的，得到：
[0100]
均速阶段：
[0101]
当距离前车距离处于跟驰区或者危险区时，后车司机在行驶过程中，制动车辆到减速有一个反应时间tr，因此后车在这段时间内行驶的距离为：
[0102]
sr＝v0tr[0103]
减速度持续增加阶段：
[0104]
该阶段中，我们假设车辆减速度从0增加到最大时，呈线性-b
max
t/ti，车辆速度为：
[0105][0106]
后车行驶距离为：
[0107][0108]
减速度不变阶段：
[0109]
在这个阶段中，车辆减速度一直保持为-b
max
，因此该段时间内后车行驶距离为：
[0110][0111]
因此后车在整个过程行驶的距离为：
[0112][0113]
在考虑前车时，忽略前车司机的反应时间，因此前车在运行过程中的运行距离为：
[0114][0115]
后车的运行距离为：
[0116][0117]
因此得到：
[0118][0119]
解得：
[0120][0121]
最终可以写为：
[0122][0123]
后面车辆在行驶过程中，除了考虑安全速度以外，还应该考虑其他情况，包括该车辆的最大速度，下一时刻的速度；因此最终后面车辆的期望速度可以表示为：
[0124]vdef
＝min[v
max
，v+at，v
tafe
]
[0125]
而其中t表示仿真中的时间步长，试验表明当t的越大，则信号的传输时延越长，对车辆的控制容错率越低。
[0126]
本发明工作原理：
[0127]
参照说明书附图2-6，安装面板1通过螺栓安装在汽车的中控室内部后，第一伺服电机2与汽车的电源连接，驱使第一伺服电机2的输出端缓慢转动第二转轴17，通过第二锥齿轮16与第一锥齿轮15之间的啮合关系驱动第一锥齿轮15，而第一锥齿轮15顶端通过联轴器14连接的第一转轴12也将转动，并带动圆盘10进行转动，同时支撑板9也将以圆盘10的轴心为基点转动，支撑板9侧边的连接板4将以支撑板9为基点作圆周运动，连接板4顶部安装的信号接收器5将匀速旋转，并找寻信号，在信号接收器5将信号传输到处理组织6内部的芯片中后，芯片将开始处理信号，同时发热，而两个第二伺服电机8同样与汽车的电源连接，获得电源后，第二伺服电机8的输出轴将驱动过滤槽72内部的传动轴74转动，而传动轴74将扇叶73转动，扇叶73转动产生的风力将透过芯片放置槽64上的进气格栅进入芯片放置槽64和放置槽密封盖61所形成的空间中，并对空间中的处理芯片65进行降温，避免处理芯片65因温度过高而停止工作，同时裹挟处理芯片65热量的气流将通过放置槽密封盖61上的格栅流出，实现对芯片放置槽64和放置槽密封盖61空间中热量的交换，保证处理芯片65的高效工作状态。
[0128]
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。