Enabling real-time communication in Industrial Internet of Things (IIoT) networks is crucial to support autonomous, self-organized and re-configurable industrial automation for Industry 4.0 and the forthcoming Industry 5.0. In this paper, we consider a SIC-assisted real-time IIoT network, in which sensor nodes generate reports according to an event-generation probability that is specific for the monitored phenomena. The reports are delivered over a block-fading channel to a common Access Point (AP) in slotted ALOHA fashion, which leverages the imbalances in the received powers among the contending users and applies successive interference cancellation (SIC) to decode user packets from the collisions. We provide an extensive analytical treatment of the setup, deriving the Age of Information (AoI), throughput and deadline violation probability, when the AP has access to both the perfect as well as the imperfect channel-state information. We show that adopting SIC improves all the performance parameters with respect to the standard slotted ALOHA, as well as to an age-dependent access method. The analytical results agree with the simulation based ones, demonstrating that investing in the SIC capability at the receiver enables this simple access method to support timely and efficient information delivery in IIoT networks.


翻译:实现工业物联网(IIoT)网络的实时通信对于支持工业4.0及即将到来的工业5.0中自主、自组织、可重构的工业自动化至关重要。本文考虑一种基于SIC辅助的实时IIoT网络,其中传感器节点根据监测事件特定的事件生成概率生成报告。报告通过块衰落信道以时隙ALOHA方式传输至公共接入点(AP),该方式利用竞争用户间接收功率的不平衡性,采用连续干扰消除(SIC)从冲突中解码用户数据包。我们对网络设置进行详尽分析,推导出AP在拥有完美及非完美信道状态信息时的信息年龄(AoI)、吞吐量及截止时间违反概率。研究表明,采用SIC相较于标准时隙ALOHA以及基于年龄的接入方法,能显著提升所有性能参数。分析结果与仿真结果吻合,证明在接收端配置SIC能力可使这种简单接入方法在IIoT网络中支持及时高效的信息传输。

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