基於可重配置無線Mesh網路實現物聯網的異構互聯

《基於可重配置無線Mesh網路實現物聯網的異構互聯》是依託上海交通大學，由王旭東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於可重配置無線Mesh網路實現物聯網的異構互聯
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王旭東
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

物聯網的規模化推廣必須解決不同子網間的融合與互聯互通問題。由於物聯網與其它異構無線網路存在巨大差別，針對異構無線網路的研究成果並不適合物聯網的異構互聯。針對這個問題，本項目從一個獨特的角度建立一套物聯網異構互聯方案。首先根據物聯網的本質特徵提取物聯網的典型異構組網形式，然後分析物聯網的異構互聯與無線Mesh網路的異構組網存在的異同點。在此基礎上將無線Mesh網路與可重配置通信系統結合，突破無線Mesh網路在物聯網異構互聯方面的局限性，從而構建基於可重配無線Mesh網路的物聯網異構互聯的系統框架。為了保證該系統框架的高效運行，本項目將分別對MAC、路由和傳輸研究新的協定，同時針對物聯子網路間的互聯選擇和分散式資源最佳化進行理論分析，推導出算法，並將算法嵌入到相關的協定中去。本項目提出的系統框架、協定和算法將在仿真系統上得到驗證，然後通過研發的原型系統來實測和展示研究成果的優越性和創新性。

結題摘要

本項目從物聯網的典型套用場景出發，提出了基於無線mesh網路的異構無線網路研究模型。針對該模型，本項目分析了網路中存在的問題，並設計了適合於物聯網套用場景的MAC協定和網路協定，從而保證了不同子網之間更高效的工作和互聯。本項目同時搭建了基於無線mesh網路異構互聯的物聯網可重配置實驗平台，用於驗證和展示項目研究成果。在此基礎上研究了如何將平台套用於實際場景中，基於該平台研發的智慧型變電站紅外檢測系統已經投入使用，其性能得到了充分的驗證。除此之外，針對無線mesh網路本身，為了能夠讓其更好地支持其在物聯網中的套用，項目提出了一系列高度創新的理論，並通過協定和系統設計探索了這些理論在具體套用中的可行性。第一，考慮到多種信道寬度能夠提高網路資源分配的靈活性，本項目提出了一種適於無線Mesh網路的信道寬度自適應調節算法，通過與MAC協定結合，該方法可以有效地提高無線Mesh網路的吞吐量。第二，考慮到無線mesh網路的頻譜利用率非常重要，所以本項目從物理層角度提出了一種嶄新的模擬網路編碼算法。該算法相比於傳統的模擬網路編碼沒有幀同步的要求，所以非常適合無線Mesh組網。基於該模擬網路編碼算法，本項目設計了相應的MAC協定，充分保留了協定的隨機特性，大大降低協定的開銷和複雜度。該模擬網路編碼算法與MAC層協定的結合不但保持了高效的頻譜利用率，同時實現無線Mesh組網的可擴展性。第三，考慮到在通用的mesh網路框架中，不同的用戶可能需要定製不同的資源，研究無線mesh網路虛擬化技術非常必要。本項目提出了一種針對無線mesh網路虛擬化的資源分配算法，能夠有效地最佳化資源的分配過程。本項目同時將網路虛擬化理論套用到智慧型電網通信的場景，取得了良好的效果。第四，在無線網路的物理層安全方面，本項目也提出了一種能夠有效從靜態信道中生成密鑰的算法，從而使得物理層安全能夠套用於更廣泛的物聯網場景中。第五，本項目還研究了一種在WiFi mesh網路中支持高速移動的接入方法，使得Mesh網路能夠在高速移動的套用中具有穩定的性能。以上研究工作解決了無線網路中多個重要的基礎性研究問題，研究方法具有較高的創新性，研究成果得到國際同行認可，大量論文發表於通信網路領域重要期刊和會議，同時研究成果還包括建成一套較為成熟的物聯網和無線Mesh網路實驗平台以及實現對研究成果的一項成功套用。