以人为辅助的移动协同感知网络关键技术研究

Data-aware is not only a bridge to connect the physical world with the information world, and is the source of information cognition. At present, data-aware and communication depend on static wireless sensor networks deployed. The sense node is static and difficult to meet the people's flexible perception needs. If people is as mobile node and take active flexible sense way on target area, people's diversification perception needs is be met. Accordingly, based on the sparse static nodes network, the mobile cooperative sense network is introduced by mobile nodes instead of a large number of static nodes. And, the service query and transmission mechanism is established for the network. Main research contents including: (1) A cooperative sense service model based on opportunity delegate is proposed. Through of delegate nodes optimization selection, the query information is delivered by delegate nodes. The target area information is sensed by cooperative service nodes, and the coverage problem of mobile network is solved. (2) Through of route node optimization selection, sensing data is delivered based on opportunity route mechanism. The communication problem of mobile network is solved. (3) The optimization function is designed by using factors including the number of cooperative service nodes, delivery success rate, etc. The collaborative nodes are optimization selected.

数据感知是连接物理世界与信息世界的桥梁，是人类实现信息化认知的源泉。当前信息的感知和传输主要依靠预先布控静态无线传感器网络来实现。由于感知节点固定，常难以满足人们多变的感知需求；而将经常移动中的人作为感知节点，对感知区域采取主动灵活的感知形式，则人们的感知信息多样化需求有望得到解决。为此，本项目拟以稀疏静态感知节点网络为基础，形成一个以移动节点代替大量静态节点为主要感知模式的移动协同感知网络；并以此网络为对象，建立一套相应的感知服务查询与传输机制。重点研究：⑴基于机会委托机制的协同感知服务模型，通过委托节点的优化选取，实现请求的委托传递；通过服务节点的协同感知，实现目标区域的覆盖，解决移动网络区域覆盖感知的难题；⑵利用机会路由机制，通过优化选择路由节点，实现感知数据有效投递，解决移动网络的通信问题；⑶基于感知服务过程中协同服务节点数、投递成功率等因素，构建优化函数，实现协作节点的优化选取。

针对大规模区域监测应用，对以人为辅助的移动协同网络中感知、路由、服务节点集选择等关键技术开展研究，主要创新研究包括：.1）描述了以人为辅助的移动协同感知网络，提出机会覆盖感知模型，设计了基于正六边形的网络部署方案和移动节点区域划分感知方式。采用马尔可夫链模型描述移动节点在感知服务区上的移动轨迹，并分析了决定机会覆盖下限的相关因素（参与感知的移动节点数，时间窗和静态节点与目标之间的相对位置）间的关系。上述理论分析，为以人为辅助的移动协同感知网络部署，以及后续机会路由传输等方面的研究奠定理论基础。.2）针对感知网络中的服务节点集选择问题，在满足网络资源约束的基础上，以服务质量的多个度量为优化目标，从众多可用感知节点中选取最优服务节点集，创新性的将服务节点选择问题转换为多目标优化问题，并建立服务节点多目标优化选择模型。同时，设计了一个实现该模型的服务节点多目标优化选择机制，在量化节点移动性对数据收集和数据传递质量影响的基础上，分别采用服务节点集的联合覆盖贡献和联合传输贡献作为优化子目标，并利用多目标优化算法求解最优服务节点集。.3）为解决网络数据传输问题，实现感知任务发布节点和服务节点间数据的可靠传递。针对以网络的路由算法开展研究，提出一种基于节点分簇的机会网络路由算法。该算法利用网络中节点间的信息成功投递关系对节点进行分簇，在分簇基础上，基于相遇节点间的簇关系进行消息转发。算法通过节点的簇关系提高中继路由节点的选择精度，保证消息比较高效地传递到目的节点，实现了数据的可靠传递。.4）针对移动感知节点间的协同感知问题，项目组提出了分布式众包服务设计思想。研究基于可信协作的众包机制，提出一种基于层次分析法的服务节点发现和选择算法，从服务、路由两个层面定义服务质量因子、链路可靠性因子和区域热度因子等服务请求众包决策因子，基于节点之间的相互协作和任务众包来实现感知服务。.5）项目在应用与实施中，实现了基于预缓存的移动端内容读取技术和基于wifi直连的移动端互联通信技术，并设计了优化感知数据传输的通信模型。同时，将部分研究应用于远程医疗领域。.总之，对以人为辅助的移动协同网络中感知、路由、服务节点集选取等关键技术研究所取得的成果，对加快城市信息化建设、改善大规模区域监测服务质量，具有重要的理论意义与实用价值。