低功耗无线网络中链路相关性的模型与协议优化研究

Recent studies on low power wireless networks (e.g., sensor networks) have shown that, different from wired networks, links that are geographically close often demonstrate correlation: packet receptions/losses are similar on the links. The correlation between the packet receptions/losses on different links is termed as “link correlation”. Link correlation reflects the spatial distributions of wireless link qualities and can be used to characterize the protocol performance including broadcast and anycast. However, existing network protocols are often designed based on the assumption that links are independent and thus achieves sub-optimal performance. Aiming to exploit link correlation for optimizing protocol performance, we explore the following issues. 1) Link correlation aware protocol performance modeling; 2) Lightweight and accurate link correlation prediction; 3) General optimization framework exploiting link correlation as well as other wireless characteristics. Compared to the existing works, the project can 1) provide quantative guidance for exploiting link correlation to optimize protocols; 2) support accurate link correlation estimation on resource constrained low power wireless devices; and 3) effectively reduce the protocol delay and transmissions.

一系列前沿工作表明，不同于传统有线网络，在以传感器网络为代表的低功耗无线网络中物理位置相近的无线链路之间是具有相关性的，即呈现同时收包或丢包。这种不同链路收包/丢包之间的相关性被称为链路相关性。链路相关性在概率上反应了无线链路收包和丢包的空间分布，能够有效刻画广播、任播等涉及多条链路的传输性能，对于多数网络协议均具有重要影响。然而，传统的网络协议设计大多基于链路相互独立的假设，并未考虑链路相关性的影响，导致协议性能不高。本项目将对利用链路相关性进行协议优化这一问题展开研究，具体包括：1）考虑链路相关性的协议性能模型；2）准确轻量级的链路相关性的测量及预测方法；3）结合链路相关性及多种链路特征对网络协议进行改进，形成完整通用的协议优化框架。相比现有工作，本项目为链路相关性的协议优化利用提供了准确量化的理论指导和实际可用的数据测量支持，能够广泛地提高现有网络协议的性能。

在以传感器网络为代表的低功耗无线网络中物理位置相近的无线链路之间是具有相关性的，即呈现同时收包或丢包。这种不同链路收包/丢包之间的相关性被称为链路相关性。链路相关性在概率上反应了无线链路收包和丢包的空间分布，能够有效刻画广播、任播等涉及多条链路的传输性能，对于多数网络协议均具有重要影响。本项目对利用链路相关性进行协议优化这一问题展开研究，具体包括：1）考虑链路相关性的协议性能模型；2）准确轻量级的链路相关性的测量及预测方法；3）结合链路相关性及多种链路特征对网络协议进行改进，形成完整通用的协议优化框架。项目在上述研究点基础上，进一步自主搭建了100节点的物联网开发测试平台，全程支持了项目中系统开发与验证工作。相关成果共发表学术论文17篇，包括CCF-A类3篇，JCR-1区2篇，IEEE/ACM Trans. 3篇，检索情况为SCI检索文章12篇、EI检索文章5篇。相比现有工作，本项目为链路相关性的协议优化利用提供了准确量化的理论指导和实际可用的数据测量支持，能够广泛地应用于低功耗无线网络系统的优化当中。