多模态异构数据感知与通信集成在工业物联网（CIoT）中的应用

《IEEE Transactions on Consumer Electronics》：Multimodal Heterogeneous Data Sensing and Communication Integration for CIoT

随着5G/6G发展，消费者物联网（CIoT）通过集成传感与通信（ISAC）提升通信效率。本文提出语义环境映射（SEM）框架，融合多模态数据实现精准环境识别，并集成波束管理和资源分配优化通信性能。研究探讨未来趋势，包括AI与6G融合、多模态数据传输及安全挑战，为CIoT系统智能化提供理论支撑。

　　

摘要：

随着第五代（5G）移动通信技术的演进和第六代（6G）移动通信技术的出现，消费者物联网（CIoT）已成为实现跨多种应用普遍信息交换的关键推动者。感知与通信的集成（ISAC）通过利用CIoT系统中传感器收集的多模态异构数据，为提升通信性能提供了巨大潜力。本文全面讨论了基于多模态异构数据的环境感知及其在CIoT系统中的通信集成。我们概述了CIoT中的多模态ISAC，强调了提高环境理解能力和优化网络性能的必要性。此外，我们提出了一种新的ISAC框架，该框架整合了语义环境映射、波束管理和资源分配，以提升通信效率。提出了语义环境地图（SEM）的概念，该地图融合了多模态感知数据，以实现精确的环境识别和自适应通信策略。同时，我们指出了未来的关键趋势和挑战，包括性能评估、多模态数据传输和安全性，并为未来的研究制定了路线图。本文旨在弥合CIoT系统中多模态感知与通信之间的差距，为整合人工智能（AI）和6G等先进技术以开发更智能、更互联的消费应用提供见解。

引言

物联网（IoT）已成为满足第五代和第六代（5G/6G）无线通信系统多样化需求的有前景的解决方案。在6G系统的愿景中，用户将体验到Gbps级别的数据传输速率和高质量的服务以及高密度的接入[1]。6G IoT支持广泛的新应用，包括扩展现实（XR）、自动驾驶和空天地一体化网络[2]。为了充分发挥这些发展的潜力，消费者物联网（CIoT）系统提供了先进的服务和智能功能。具体而言，CIoT系统汇集了各种异构设备和数据，利用先进的计算技术和算法来分析数据，从而提供全面的用户体验。随着CIoT的快速发展，连接数预计将达到203亿个，市场规模到2028年预计将达到数百亿美元[3]。CIoT涵盖了用于生活、娱乐、通信和娱乐等多种用途的消费电子产品和设备[4]。消费者接入量的指数级增长以及网络的复杂性加速了人工智能（AI）与物联网（AIoT）的集成。与传统具有独立功能的消费电子产品相比，先进的智能CIoT系统提供了无处不在的连接性、交互式应用以及系统间的可扩展性。由于无线通信成为CIoT系统的关键组成部分，确保高效的数据交换[5]，即将推出的6G系统有望扩展CIoT的应用和功能。无线通信性能依赖于准确的信道和环境识别，远程监控和控制等应用需要精确及时的环境感知[6]。为了适应不同的传播环境和应用场景，集成感知与通信（ISAC）[7]是一项关键技术，它使CIoT应用得以实现。各种CIoT设备集成了感知和通信功能，提升了通信和网络性能。此外，像ISAC和AI这样的先进技术正在被引入，以改善无线通信并支持多种CIoT应用，例如智能家电和自动化[8]、[9]、[10]。下一代CIoT系统将需要收集大量的多模态异构数据，这带来了在这些数据中识别和挖掘环境信息的挑战[11]。