1、课题来源与背景：随着无线通信技术的不断发展，以5G为代表的新一代信息通信技术构建与工业经济深度融合的新型基础设施、工业生态。打破传统通信的桎梏，通过5G技术对人、机、物、系统等的全面连接构建起覆盖全产业链的全新制造和服务体系，为工业发展提供了新的思路，开辟了新的途径。工业物联网是国家发展的重点战略。我国提出“中国制造2025”战略规划以及“新型基础设施建设”发展战略，计划通过信息化和智能化促进制造业等实体经济的转型升级和深层次结构调整。习近平总书记多次对推动工业物联网发展做出重要指示，强调要持续提升工业互联创新能力。工业物联网是实现“中国制造2025”的重要实施方式，是连接人-机-物三者的关键支撑技术，因此是国家发展的重点战略。同时，基于工业物联网的发展推动新一代信息技术的融合创新，对粤港澳大湾区等区域经济的发展也具有重要的意义和价值。利用工业物联网实现对传统制造业的效率提升，将产生巨大的经济价值增量，并有助于实现“碳达峰、碳中和”的目标。因此，推动和发展工业物联网及其相关技术具有重要的战略意义和经济价值。

     2、研究目的与意义：大规模超可靠低时延通信是工业物联网的基础。工业物联网聚焦的场景对通信的可靠性和时延敏感性提出了新的要求。安全可靠的低时延无线通信使得工业场景下传统单链路的远程操控向工业自动化控制的人机界面控制和生产线实时控制转变，提升对工业控制应用的支撑能力。然而现有5G系统还无法满足工业物联网对于可靠性和低时延的需求，难以直接应用。因此，亟需在5G通信的基础上对蜂窝网络进行进一步升级和变革，发展后5G或第六代蜂窝系统。

    3、主要论点与论据：本研究内容分为三个部分，首先研究上行基于空中计算的超可靠低时延信息融合和协作传输机制；其次，研究下行智能反射面驱动的超可靠低时延信息广播的波束赋形和打包组播；最后，研究面向任务的端到端超可靠低时延资源分配和性能优化。项目以工业物联网大规模系统多用户速率—时延—可靠性折中机理和往返通信的上下行耦合特性为科学问题导向，研究解决实际工业生产系统的可靠性低时延需求。旨在刻画工业物联网中大规模超可靠低时延通信的速率-可靠性-时延折中理论，揭示大规模超可靠低时延通信系统的理论极限，并设计低复杂度的传输策略和资源分配方法。本项目开发的基础理论和技术方法将丰富工业物联网的理论体系，推动我国工业物联网产业发展。

    4、创见与创新：在上行超可靠低时延信息融合的传输机制研究方面：面对智能制造对工业无线网络的通信性能提出的低时延和高可靠性的要求，研究通过空中计算技术来实现极低时延的海量设备接入。项目针对考虑信道信息误差的空中计算控制和基于放大转发协作传输的多层空中计算网络这两个工业实用场景，创新性设计出提升空中计算准确性能的传输方案。项目提出的空中计算设计不仅在新能上相比于传统传输方案有显著提升，也为将来学术界和业界在更多实用场景下的传输方案提供了设计参考。 在下行超可靠低时延信息广播的波束赋形和打包组播方面：引入智能反射面技术来对抗严重的路径损耗，从而反射的信号可以与发送端的直接发射信号在目标接收端处进行相干结合，以增强用户的信号强度。配合协作波束赋形技术与用户分组策略，有效降低系统的通信时延。此外，还考虑了基于智能反射面的通信感知一体化系统，有助于提高工业物联网中设备的实时高可靠环境感知能力。在上下行联合资源配置和上下行往返性能优化方面：项目聚焦大量传感、执行器的工业智能生产场景，创新性建立了感知-通信-计算-执行服务回路理论模型，定义了端到端服务时延的性能指标；创新性提出了面向双向数据传输的低复杂度高效移动边缘计算网络通信计算资源分配以及用户与服务器端归属策略。针对工业物联网中无线设备智能化计算需求，提出在边缘网络中运行联邦学习，深入探索空中联邦边缘学习通信效率和学习性能之间的基本性能折中，定性分析对应的学习性能；设计传输功率控制，提高学习性能。

     5、社会经济效益：本项目的超可靠低时延通信基础理论研究为面向B5G工业物联网研究积累了丰富的理论基础。空中计算控制和多层空中计算网络研究为B5G工业物联网的超可靠低时延信息融合和协作传输提供了理论支撑；基于智能反射面的波束成形和打包组播以及基于智能反射面的快速感知和下行通信研究为智能反射面在B5G工业物联网中的应用提供了理论依据；低时延网络的用户归属和上下行联合资源分配以及面向智能任务的上下行联合资源分配和功率优化为B5G工业物联网中端到端资源分配和性能优化提供了理论算法创新。本项目贴合国家重点发展方向，为B5G工业物联网、超可靠低时延通信等涉及国家产业升级，关乎国家安全的重点研究领域提供了技术支撑，为粤港澳大湾区发挥产业聚集效应也具有重要的意义和价值。本项目综合了国内众多交叉学科研究课题组，促进了各单位交流合作，培养了人才共计12人，其中博士研究生9人，硕士研究生3人，发表论文27篇，授权了发明专利4项。