基于多维效应的无线异构自组织网络非确定性路由问题研究

Absence of effective routing protocols, hetergeneous Wireless Ad Hoc Networks, consisting of a large number of wireless terminal nodes with limited resources, are usually hard to satisfy with the data-exchanging requirement. After taking a variety of characteristics of wireless nodes and heterogeneous structures of wireless networks into consider, this study aims at launching the following topics so as to overcome the bottleneck of data communications: 1) delay and energy balancing nondeterministic routing protocols for wireless ad hoc network; 2) dynamic nondeterministic routing procotols; and 3) multidimensional effects-based nondeterministic routing protocols for heterogeneous wireless ad hoc networks. This project is to launch a systematic and deep study for nondeterministic routing problem in heterogeneous wireless ad hoc networks in terms of fundamental theories, technology and methods, theoretical analysis and experimental verification. The objective is to design and implement a number of multidimensional effects-driven measurement and optimizing routing mechanisms and approaches based on multiple data-relaying mechanisms, including probabilities, events, energies, confidence, social attributes and etc. This study brings forth new approaches for traditional routing theories, and offers the theoretical and technological support for data-exchanging among heterogeneous wireless terminals of wireless networks.

本研究针对无线异构自组网网络发展遇到的大规模无线网元间难以进行有效信息交换的问题以及多种异构网络及异质网元间难以互联互通的现状，综合考虑无线自组网各个组成部分的实际特征与特性，基于传统的路由理论，提出基于延迟与能量均衡的非确定性路由协议、动态非确定性路由协议以及基于多维效应的无线异构自组织网络非确定性路由协议。本研究拟从基础理论、技术方法、理论分析和实验验证四个方面对无线自组网网络中的非确定性路由问题展开系统、 深入的研究；融合基于概率、基于事件、基于能量、基于置信度和基于社会属性等多种转发手段，设计适用于无线自组网数据交换特点的非确定性机会路由协议；建立一套由多维度效应函数驱动的网络路由度量与优化理论及方法；本项目将为传统的路由理论研究提供新途径，为无线自组网多种（异质）网元实现可靠、高效的互联互通提供理论基础与技术支撑，具有显著的理论意义和应用价值。

本课题以无线异构自组网络的应用需求为依托，以网络规划及部署、组网路由、协议优化等系列问题为研究主线，以无线异构自组网络非确定性路由协议为研究重点，以促进和加速大规模无线自组网络应用为目标，分别开展了网络部署与覆盖、网络容量分析、网络路由协议策略和网络通信协议优化等几个方面的研究。在网络优化部署及k覆盖问题、无线异构自组织网络多播容量分析问题、可塑性干扰问题、基于延迟与能量均衡的非确定性路由协议、动态非确定性路由协议以及基于多维效应的无线异构自组织网络非确定性路由协议等方面取得了一系列的研究成果。2016年，课题组起草的《安全的无线网状网（Mesh）自组织网络协议技术要求》已经正式成为国家标准。. 此外，作为贯穿本课题研究过程的基础，课题组设计、研发并实现了无锡新区碳汇碳排放监控无线传感器网络项目（CitySee）的研发和部署。在城市碳汇碳排放测量和环境质量监控这一真实应用背景下，将系统从单机站，单网络架构扩展至多传感子网、双层混合自组网架构，系统规模为1200个节点，采集的传感器参数超过11种，持续运行超过3年。基于CitySee系统，课题组对异构自组网的网络部署、路由结构、链路质量、网络干扰、网络数据流时空特征等进行了长期、细致和深入的观测和解析；同时将设计和研发的非确定性路由协议在CitySee系统之中进行了长期的、实际的运行、验证和优化。此外，课题组研发的适用于高通量、远距离无线自组织网络节点的无线异构自组织网络路由协议（SOAPMAN）已经成功应用于远距离视频传输应用需求，解决了公安领域（公安三所）和工业领域（中石油克拉玛依油田和伊拉克哈法亚油田）的高带宽远距离视频数据传输需求。. 本课题研究成果发表论文共32篇（SCI检索17篇），含CCF A类期刊／会议论文15篇。申请国内发明专利13项（已授权8项），实用新型专利5项（已授权5项），软件著作权3项。