基于可重配置无线Mesh网络实现物联网的异构互联

物联网的规模化推广必须解决不同子网间的融合与互联互通问题。由于物联网与其它异构无线网络存在巨大差别，针对异构无线网络的研究成果并不适合物联网的异构互联。针对这个问题，本项目从一个独特的角度建立一套物联网异构互联方案。首先根据物联网的本质特征提取物联网的典型异构组网形式，然后分析物联网的异构互联与无线Mesh网络的异构组网存在的异同点。在此基础上将无线Mesh网络与可重配置通信系统结合，突破无线Mesh网络在物联网异构互联方面的局限性，从而构建基于可重配无线Mesh网络的物联网异构互联的系统框架。为了保证该系统框架的高效运行，本项目将分别对MAC、路由和传输研究新的协议，同时针对物联子网络间的互联选择和分布式资源优化进行理论分析，推导出算法，并将算法嵌入到相关的协议中去。本项目提出的系统框架、协议和算法将在仿真系统上得到验证，然后通过研发的原型系统来实测和展示研究成果的优越性和创新性。

本项目从物联网的典型应用场景出发，提出了基于无线mesh网络的异构无线网络研究模型。针对该模型，本项目分析了网络中存在的问题，并设计了适合于物联网应用场景的MAC协议和网络协议，从而保证了不同子网之间更高效的工作和互联。本项目同时搭建了基于无线mesh网络异构互联的物联网可重配置实验平台，用于验证和展示项目研究成果。在此基础上研究了如何将平台应用于实际场景中，基于该平台研发的智能变电站红外检测系统已经投入使用，其性能得到了充分的验证。除此之外，针对无线mesh网络本身，为了能够让其更好地支持其在物联网中的应用，项目提出了一系列高度创新的理论，并通过协议和系统设计探索了这些理论在具体应用中的可行性。第一，考虑到多种信道宽度能够提高网络资源分配的灵活性，本项目提出了一种适于无线Mesh网络的信道宽度自适应调节算法，通过与MAC协议结合，该方法可以有效地提高无线Mesh网络的吞吐量。第二，考虑到无线mesh网络的频谱利用率非常重要，所以本项目从物理层角度提出了一种崭新的模拟网络编码算法。该算法相比于传统的模拟网络编码没有帧同步的要求，所以非常适合无线Mesh组网。基于该模拟网络编码算法，本项目设计了相应的MAC协议，充分保留了协议的随机特性，大大降低协议的开销和复杂度。该模拟网络编码算法与MAC层协议的结合不但保持了高效的频谱利用率，同时实现无线Mesh组网的可扩展性。第三，考虑到在通用的mesh网络框架中，不同的用户可能需要定制不同的资源，研究无线mesh网络虚拟化技术非常必要。本项目提出了一种针对无线mesh网络虚拟化的资源分配算法，能够有效地优化资源的分配过程。本项目同时将网络虚拟化理论应用到智能电网通信的场景，取得了良好的效果。第四，在无线网络的物理层安全方面，本项目也提出了一种能够有效从静态信道中生成密钥的算法，从而使得物理层安全能够应用于更广泛的物联网场景中。第五，本项目还研究了一种在WiFi mesh网络中支持高速移动的接入方法，使得Mesh网络能够在高速移动的应用中具有稳定的性能。以上研究工作解决了无线网络中多个重要的基础性研究问题，研究方法具有较高的创新性，研究成果得到国际同行认可，大量论文发表于通信网络领域重要期刊和会议，同时研究成果还包括建成一套较为成熟的物联网和无线Mesh网络实验平台以及实现对研究成果的一项成功应用。