《WSAN中異構信息實時可靠傳輸協定設計》是依託上海交通大學，由陳彩蓮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：WSAN中異構信息實時可靠傳輸協定設計
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳彩蓮
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
無線感測器/執行器網路(WSAN)中緊急事件信息與周期性信息共存的現象，引發了網路性能指標的異構問題，如何設計傳輸協定來提高網路對異構性能要求的適應性，成為新的挑戰性課題。本項目緊扣實時性和可靠性兩大性能指標，力爭突破傳統性能最佳化協定設計體系，開展基於綜合指標平面和自適應參數調整的跨層最佳化協定設計研究。深入挖掘網路各層性能內環耦合與層間性能外環衝突並存的異構特徵，建立分散式雙指標模型，為協定設計和網路綜合評判奠定基礎。分別在MAC層和網路層引入優先權機制，有效區分異構信息。採用分層與跨層結合的思想，面向綜合指標平面，建立分散式聯合調度、接入控制與速率控制算法，套用排隊論得出E2D(Event-to-Decision)時延上限，以此構建跨層自適應參數定性調整規律。基於雙指標模型，以最佳化綜合性能指標、提高網路能量有效性為目的，套用非線性規劃理論提出自適應參數的分散式定量調整方法。
結題摘要
無線感測器執行器網路（WSAN）兼具感測器信息感知和執行器控制功能，為監測監控類和控制類套用提供重要支撐。本項目針對緊急事件信息和周期性感知信息對實時性和可靠性的異構要求，創造性地提出“感－聯－控一體化設計”思路。結合工業現場監控和高速移動車輛收集結構健康監控數據等背景，分別從異構無線感測器網路的融合感知、能量有效的實時可靠傳輸協定設計和多執行器協同控制三方面開展研究，取得了如下創新性成果。 1. 在融合感知方面，針對工業監控現場存在多類感測器節點、節點感知數據存在誤差以及分布在不同位置的節點間數據不一致等問題，利用Markov 鏈及代數圖論，提出了基於中繼的無線異構感測器網路分散式估計算法，基於Ito 隨機系統分析理論建立了算法穩定的充分條件；針對動態狀態分散式估計問題，融合濾波器對數據的去噪功能和分散式一致性算法對數據差異的一致化處理特性，提出了分散式一致性Kalman濾波算法和基於事件觸發信息互動的一致性濾波算法；基於網路覆蓋度、網路連通性以及數據感知性能要求，提出了適用於兩類感測器節點共存的工業無線感測器網路部署算法。 2. 在實時可靠傳輸協定設計方面，提出了聯合隨機接入與功率控制的跨層設計算法，最佳化信道選擇和功率分配；針對多執行器節點的網路場景，利用感測數據間的空間相關性，在滿足事件信息重構完整性和準確性要求的前提下，分別通過求解關聯度優先和距離優先二值線性整數規劃問題，提出了混合分簇與路由的HCR 協定，為全局網路能量消耗的最小化和均衡化問題提供了有效的解決方案。針對緊急事件信息快速搜尋移動執行器時容易出現的“重複污染”問題，結合無線通信的廣播機制和多智慧型體系統（MAS）中Blocking 策略的優點，創新性地設計了Ballooning 協定，從MAS的角度為緊急信息傳輸至移動執行器節點的搜尋問題提供了新的解決思路。 3. 在多執行器協同控制方面，從網路拓撲角度提出排斥區域的概念，分別從拓撲控制和多智慧型體協同控制角度，根據節點密度和QoS性能需求，提出了自適應功率調節方法，實現網路連通性、傳輸可靠性、網路容量多QoS指標的綜合最佳化，實現多執行器間的協同與合作。為控制策略與網路QoS性能提供了自適應的有效匹配和調節方案。 共發表論文41篇，其中SCI收錄9篇，EI收錄29篇，申請發明專利9項，授權4項。研究成果獲中國電子學會優秀論文獎1項。
