电子织物低能耗的可靠互联架构研究

电子织物被认为是一种理想的普适计算载体。针对织物系统节点/连接故障率高、电量有限等问题，提出一种低能耗的可靠互联架构，包括静态容错的物理层、动态容错的逻辑层及能耗优化的管理层。在物理层，根据描述穿戴磨损的卡瑞比模型和测试数据，建立互联可靠度评估模型，进而采用基于图论的整数规划优化方法，获得系统可靠度及能量保护优化的节点布置策略和连接拓扑。在逻辑层，基于故障发现规避机制，提出动态互联算法，实现数据及电能可靠路由；基于排队理论，建立数据互联性能评估模型，得到参数求解及性能评估方法。在管理层，根据物质传递过程建立精确电池节点模型，结合选择自由度，提出考虑行为特性的在线电池调度算法；研究考虑能耗及可靠度的路径评估函数，提出节能的在线数据路由算法。本项目将为织物系统构建高可靠、低能耗的节点互联架构，为推动电子织物成为实用的普适计算平台提供设计模型与关键技术等方面的重要支持，具有较好的研究价值。

本项目考虑电子织物系统实际使用环境，采用机械拉力试验，建立基于拉力的故障发生模型，探索正交纹理结构植物的链路故障发生模型。针对基于令牌阵列的电子织物通信网络中实时数据路由问题，提出了基于节点延迟的实时路由策略NDB；结合故障发生模型通过仿真实验研究其有效性。应用排队数学模型对基于令牌阵列网络的通信协议进行了性能分析，依靠合理假设分析电子织物数据网络的两个主要性能参数，得到其近似表达式和界限。针对电子织物仿真需求，研制基于Matlab/Simulink平台的电子织物数据通信网络图形化仿真环境ENST，对基于令牌阵列的电子织物网络进行了建模，提出了满足电子织物网络仿真需求的仿真策略：改进的进程交互仿真策略IPISS；基于IPISS仿真策略实现了具备动态故障仿真功能的可复用仿真块“E-textile Network”。仿真实验证明ENST为电子织物通信网络的设计提供了易用的仿真平台。上述工作对电子织物系统的研究，提供了必要的理论计算模型和互联解决方案，具有较大的科学意义和实用价值。