面向领域的MANET服务访问可靠性研究

本课题针对当前大型离散制造车间中构造MANET应用系统时存在的服务访问可靠性问题，深入分析了在车间通讯应用环境中传统网络与MANET的不同之处，指出服务访问可靠性是车间通讯应用的重要基础，并基于实际车间通讯应用环境抽象了相应的移动模型。本课题将在此移动模型的基础上对MANET服务访问的可靠性进行建模分析，最终提出合理的面向特定领域的MANET服务访问可靠性评价体系，为MANET应用的实际设计和部署提供重要依据。此外，本课题的研究工作将依托课题组成员在清华大学内已搭建完成的MANET网络- - iNet平台，并结合船舶、轨道交通等大型离散制造领域的应用需求，进行相关的理论验证及模型改进工作。

本课题针对当前大型离散制造车间中构造MANET应用系统时存在的服务访问可靠性问题，深入分析了在车间通讯应用环境中传统网络与MANET的不同之处，指出服务访问可靠性是车间通讯应用的重要基础。网络可用性是服务访问可靠性的基础。网络可用性包括两个方面：1、无线网络可靠性建模和分析；2、无线网络优化方法。本课题对该问题进行了系统的研究。.1、基于领域的无线网络可靠性建模与分析。传统的端到端可靠性分析没有考虑到节点可靠性的影响。本课题在链路层和节点层分别对端到端可靠性进行分析。在链路层，本课题主要考虑事件驱动的无线传感网，综合节点电池供电的能耗、无线信道特性等因素，分析了系统的瞬时可靠性，并推得系统的平均无故障时间。在节点层，本课题对节点的可靠性进行建模；然后基于节点可靠性模型建立无线传感网络端到端可靠性模型，给出基于蒙特卡罗方法的可靠性计算方法，在保证精度的条件下，简化了计算量。.2、无线网络故障诊断方法。故障诊断协议可以及时发现并定位故障节点，为后续故障隔离和故障恢复提供支持，保证网络的正常运行。本课题提出面向领域的故障诊断协议设计方法，并以大型离散制造业车间应用为对象展开研究。本课题对离散制造业的节点移动模型进行了分析和分类，给出了节点静态模型、随机动态模型和受限移动模型。并针对这三类模型分别给出了故障诊断协议。此外，针对传统故障诊断方法中信息获取和故障推导相互独立的问题，本课题提出了DID 方法将二者结合起来，使得故障推导的结果可以指导信息获取的过程，从而减少信息获取的耗费，提高故障诊断的准确率，加速故障诊断的过程。.3、多维度的无线网络优化方法。可用的网络还包括其服务质量，也即在满足功能要求的前提下，降低能量耗费、通讯耗费等。本课题在设计阶段和部署阶段对网络优化问题进行了研究。在设计阶段，本课题考虑了软硬件划分问题。把嵌入系统建模成一张通信图。基于这张通信图，可以描述时间延迟相关的约束，和实现代价相关的目标函数。最后采用结合模拟退火和遗传算法进行求解。在部署阶段，本课题考虑了簇首选择算法，给出了一个用于优化通信负载、能源消耗、簇首有效工作时间、节点联通度的优化算法。该算法综合考虑网络节点的通信负载、能量消耗、节点连通度和簇首的额外通信负载，将通信负载均衡问题转化为一个多目标优化问题，使用模拟退火算法进行求解。