基于多重感知的无线多跳通信网络泛在路由技术研究

The project has been put forward combining with the demand of environment adaptation and pervasive computing, to find the solution to perception limitations of single environment factor and the environment adaptation of the traffic transmission strategy in wireless mulitihop communication networks, through a multi-perception model established by the integration of information space and physical space. The optimal transfer rapid convergence recursion and the quality ring projection algorithm will be adopted to build a link-perception model to create a mapping from the local topology and the link quality in order to provide timely and accurate criterion for routing maintenance with low delay and overhead; an unsaturated Markov back-off and Bloom filtering algorithm will be proposed to set up the channel-perception model, and to realize the traffic bandwidth mapping with less cost based on the optimal parameters transfer of Hash judgment. Aiming at the defect in environment adaptation of existing routing mechanism, the neighborhood state adaptive updating algorithm, the traffic adaptive balancing algorithm and the adaptive routing repair algorithm will be proposed on multiple perception models with the help of MIMD loop control theory, load binary threshold division strategy and the optimal exploring theory for N-subspace, which will make the transmission strategy produce a timely response to network dynamic changes so as to improve the traffic transmission efficiency and service quality of the whole network. The achievements of this project will be used as the terminal form of a ubiquitous network and the technial support for perception extension layer design to provide new solutions for expanding the existing network coverage, weakening the edge effects and fostering the network intergration process.

本项目是秉承泛在通信的理念并立足于普适计算的需求，依托于具有无线泛在特征的多跳通信网络而展开的，旨在通过信息空间与物理空间的融合构造多重环境感知模型，解决多跳通信网络单一环境因素感知的局限性与多跳通信路由机制的泛在环境适应性问题。研究将从通信带宽、业务流量、本地拓扑以及链路质量等四方面建立多重感知模型；通过非饱和马尔可夫退避与Bloom滤波算法，结合MIMD环路控制以及最优搜索理论构造面向多重感知参数的普适映射，以较低时延实现感知参数从物理空间到信息空间的快速传递；最后基于所建立的感知模型与映射关系提出包括邻域状态更新、业务均衡以及本地修复在内的泛在环境自适应路由算法，以小开销实现传输路径选取原则的动态调整，从而实现提高通信效率的目标。项目研究成果将作为泛在通信网络化终端形态与无线多跳通信网络感知延伸层设计的技术支撑，为扩大已有网络覆盖范围、弱化边缘效应并推动网络融合进程提供新的解决方案。

基于多重感知的无线多跳通信网络泛在路由技术研究秉承泛在通信的理念并立足于普适计算的需求，依托于具有无线泛在特征的无线多跳自组织网络而展开，旨在通过信息空间与物理空间的融合构造多重环境感知模型，解决多跳通信网络单一环境因素感知的局限性与多跳通信路由机制的泛在环境适应性问题。.第一，研究了无线多跳通信网络的感知容量问题涉及无线多跳通信网络的感知容量边界问题，为此，研究中首先以广域监测应用为背景，从信息论以及编码器角度探讨无线多跳通信网络的感知容量问题。其次，针对更具一般意义的节点随机连接型多跳网络进行网络建模并量化感知容量边界。最后，从随机连接型进行推广，构建定位感知模型以及目标模型的感知容量，为泛在路由技术的多重感知建立数学平台。.第二，研究了泛在环境下节点对邻域状态的感知与更新问题。传统无线通信网络节点采用固定感知周期进行邻域信息维护将引起较大的控制开销，从而严重影响环境参数的感知更新速率和普适路由更新的时效性能。为此，研究中构建了本地拓扑感知模型，动态调整链路连接度感知周期，使得感知频率能够随节点运动及相对连接状态动态调整，在降低感知代价提高感知时效性的同时提高泛在环境下的数据传输效率。.第三，研究了泛在环境下的分布式数据均衡问题。针对无线多跳网络中常出现的数据量不均衡导致可能出现的网络分割以及传输效率下降的现象，构建了数据量感知模型并进行数学量化，建立了分布式数据均衡及其自私性避免补充模型，从而以较低的复杂度实现了具有公平性保障数据量感知映射并据此提出了分布式数据量均衡路由算法。.第四，研究了泛在环境下的传输路径修复问题。无线环境最主要的泛在特征就是不确定性，所产生链路可靠性下降是多跳通信过程中无法避免的现象。为此，基于功率检测构建了链路质量感知模型，从最优搜索角度构建了普适映射模块，实现了链路质量到泛在路由模块间的映射，从而设计了面向泛在环境的动态传输路径自愈算法，并给出了快速收敛优化方案。.项目组共发表学术论文23篇，其中SCI期刊文章6篇，EI期刊文章3篇，EI会议文章9篇，申请发明专利6项，完成学术著作2部，获厅局级及校级科研成果奖4项，参加学术会议6次，举办知名学者学术报告13次，培养硕士研究生4人，本科生58人，其中获校优秀毕业论文4人次。各项指标均实现立项时的预期成果。