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基于通信-控制融合的视触觉传输技术研究

批准号:
62071083
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
刘倩
依托单位:
学科分类:
多媒体通信
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘倩

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
随着触感网(Tactile Internet)被5G纳为重要用例,作为触感网的典型应用场景,网联遥操作系统得到广泛关注,如何实现其通信-控制融合成为亟待解决的问题。针对网络延迟和带宽对遥操作控制性能的影响,以及现有方案中通信模型和传输机制不适用于触觉信息“闭环”传输等问题,本项目从视触觉通信出发,探索实现遥操作系统通信-控制融合的新机制和新方法。首先,利用遥操作系统“人类在环”的特性,研究对触觉信息传输具有指导意义的用户体验质量(QoE),探索QoE与通信延迟、传输速率之间的关系;在此基础上,以最大化遥操作系统用户体验为目标,设计QoE驱动的触觉信息传输机制;在满足触觉信息实时高效传输的基础上,提出“感知同步”的概念,通过设计基于优先级的网络资源分配机制实现视触觉信息的同步传输;最后以远程复健为应用实例,对上述模型、方法和机制的性能进行测试和验证。
英文摘要
Teleoperation across a communication network has been considered as a prime use case of 5G Tactile Internet, which requires a tight integration of communication and control. In teleoperation systems, the communication of haptic information imposes strong demands on the communication delay and bandwidth. Even small communication delays in the haptic communication channel jeopardize system stability and transparency. Unfortunately, the communication model and transmission mechanisms adopted in the current teleoperation systems are infeasible for haptic communications because of the coupling behavior of forward and backward transmission of haptic information. In this project, we investigate the joint optimization of control and communication from the visual-haptic signal transmission perspective. We first leverage the “human-in-the-loop” characteristic of teleoperation systems, and explore the relationship between the Quality-of-Experience (QoE) of teleoperation systems and the Quality-of-Service (QoS) parameters of communication networks, such as delay and bitrate. Based on the proposed QoE models, we propose QoE-driven scheduling mechanisms for haptic data transmission in teleoperation systems with different control schemes. In addition, we propose the concept of “perceptual synchronization”, which represents the largest perceptible delay between haptic and video feedback from the remote robot. We further propose a prioritized resource allocation scheme to realize perceptual synchrony of haptic and video transmission. Finally, all proposed models, algorithms and schemes will be tested and verified with a prototyping tele-rehabilitation system.
遥操作系统本质上是一个网络控制系统,需要网络通信技术和机器人控制技术的交叉融合,其中最关键的部分为视触觉信号传输技术,为实现遥操作系统的核心控制特性指标“稳定性”和“透明性”提供技术支撑。本项目从视触觉通信出发,将遥操作的控制环路看作视触觉信息的通信链路,在不改变遥操作系统原有控制结构的前提下,探索遥操作系统通信-控制融合的新机制和新方法。提出了对触觉信息传输具有指导意义的用户体验质量(QoE)-视触觉同步模型、QoE-多因素模型、多控制结构QoE-延迟模型;在此基础上,以最大化遥操作系统的用户体验为目标,构建了QoE驱动的视触觉信息传输调度机制,实现了视触觉信息的同步传输;同时构建了以远程复健和交互为应用实例,对项目模型、方法和机制的性能进行仿真、测试和验证。相关研究成果发表高水平期刊会议论文12篇,包括IEEE会刊论文6篇、机器人顶会论文3篇、触觉四大会论文3篇(其中1篇入围最佳论文Finalist);关于触觉编码的成果写入IEEE国际标准(项目负责人排名第3);获辽宁省技术发明一等奖1项(项目负责人排名第5);申请发明专利2项目,包括美国专利1项。同时,在本项目的支持下,新获批基金委面上项目1项,省市级纵向项目2项,华为、vivo等国内头部企业委托项目5项。本项目的研究成果将为5G/6G网络中多模态视触觉纵向应用的发展和推广提供支撑。
基于通信-控制融合的视触觉传输技术研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    55万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    刘倩
  • 依托单位:
基于LTE协助的车联网多媒体QoS智能调度算法研究
  • 批准号:
    61601080
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    刘倩
  • 依托单位:
国内基金
海外基金