异构监控网络一致性传输层协议研究

随着环境监控网络分布面积和分布密度的增大，采样频率的提高和新业务的出现，环境监控网络的流量有增大的趋势，对数据安全性的要求也进一步提高。迫切需要有灵活完善的传输层协议。但由于环境监控网络的异构特性、有限的节点资源、可变的链路条件和网络拓扑，使传输层的设计往往与具体的网络形式相关，且难以兼顾各种性能指标。本项目拟针对环境监控网络的共性，构造包含实时性、公平性、路径优化和能量优化等多目标优化模型；再利用对偶分解引入由网络底层计算的一致性虚拟价格因子，以屏蔽具体的网络形式；然后使用耗散框架设计求解上述模型的分布式渐进稳定算法；从而得到与具体网络无关的、功能相对独立的一致性的环境监控网络传输层协议。以得到更为简化和灵活的网络协议栈。本项目研究的一致性传输层协议适应监控网络的发展趋势，有着广阔的应用前景；对本项目的研究可提供求解一般大规模多目标优化问题的分布式方法，具有重要的理论意义。

本项目从构造功能相对独立的一致性环境监控网络传输层协议出发，从分析网络流量入手，研究了包含协作与认知特性的异构网络全局优化模型、网络全局优化模型的分布式求解算法、全局优化的监控网络跨层协议设计与实现和环境监控网络的应用等方面。原有申请书中的研究目标全部完成，并在原有的项目计划上进行了扩展。在网络模型的研究方面，利用无线传感器网络的分布式和自组织特性，研究无线传感网络的流量分析、频谱感知和协作通讯的功率分配等问题的建模；在优化求解方面，针对不同的优化目标和约束条件，研究了一般的解决凸优化问题的梯度法和次梯度法、应用博弈框架的注水算法、Q学习优化方法和无需要知道梯度信息的extremum seeking算法等。在跨层协议方面，研究了包括考虑能耗均衡的路由协议、队列管理协议和数据传输协议等网络协议；在监控网络的实际应用方面，研究了基于监控网络的机器人位姿定位，重载组合列车的异步操控，机车制动机故障诊断，智能交通网的拥塞控制与车辆诱导和基于CPS架构的高速铁路综合管理监控系统。研究成果具有一定的理论价值，并投入实际应用。受本项目支持，相关研究成果已在《Sensors》、《Control Engineering Practice》、《Mathematical Problems in Engineering》和《Journal of Communications》等国内外知名学术刊物和IFAC，ACC，ICC和CCC等国内外重要学术会议上发表，并参会与同行进行了深入交流。共发表论文33篇，其中SCI3篇,EI19篇，申请发明专利2项，培养硕士研究生6名。