海洋环境下复杂异构网络模型及抗毁性理论与关键技术

The ocean has become the crucial development strategy space in China even the whole world in the new age. Underwater sensor networks are becoming more and more important in ocean environment monitoring, resource discovery and ocean military protection. Currently, underwater sensor networks appear the features of complexity, heterogeneity with hierarchical structure. However, the current studies on network technology in marine environment are still deficient. This project focuses on the network modeling and network invulnerability theories and key technologies to explore the oceans environment. Firstly, based on hypergraph and hypernetwork theory, our major objective is to study and build the network model of network in marine environment. Secondly, the network dynamics and evolution is characterized using complexity theory. Thirdly, we study the dynamical topology, aiming to design the adaptive topology generation and control algorithm. Lastly, we pay attention on the network invulnerability which mainly includes three aspects: model of node failure in marine environment, invulnerability analysis and evaluation based on traffic and topology, fast network reconstitution. All the models and methods are validated by mathematics analysis and simulation/experiment. The results of this project can provide important theoretical basis and method for the rational design and optimization of protocols in large-scale marine network.

海洋是我国乃至全球在新世纪极其重要的发展战略空间，海洋环境保护、监测及军事等应用对水下网络提出了重大需求。当前水下网络呈复杂化、异构化、分层化发展态势，针对海洋环境的复杂异构网络技术研究尚处于起步阶段。本项目拟突破传统海洋网络系统架构的束缚，在网络系统建模及抗毁性方面开展系统化的基础理论与关键技术研究。探索超图、超网络理论在海洋异构网络中的应用，建立基于超网络理论的大规模异构网络模型；以复杂统计理论为基础，分析刻画超网络系统结构的动态特征及演变机理；研究网络拓扑动态变化规律，提出多约束条件下的自适应拓扑生成控制算法；构建海洋环境下节点失效综合模型，提出联合业务抗毁性的抗毁测度理论，建立一体化的复杂异构网络抗毁性分析、预测及快速重构的理论与方法；对所提出的模型及方法进行严格的理论分析、仿真及实验验证。本课题的完成可为设计和优化海洋环境下的大规模复杂异构网络提供重要的理论基础与方法支撑。

海洋是21世纪我国乃至全球在新世纪极其重要的发展战略空间，海洋环境保护、监测及军事等应用对水下网络提出了重大需求。当前水下网络呈复杂化、异构化、分层化发展态势，给网络组网架构、拓扑控制及优化带来了极大挑战。本课题在网络系统建模、拓扑优化控制及抗毁性方面开展了系统化的基础理论与关键技术研究。在网络系统建模及组网方面，设计了基于刚性图的水下无线传感器网络拓扑生成与构建的方法，可有效解决海洋环境中的水下网络部署与组网问题。在网络拓扑控制方面，结合图理论、复杂网络、超网络及深度强化学习等理论与方法对海洋网络的拓扑进行了优化研究，在增强网络拓扑健壮性的同时，延长网络寿命，提升了水下传感器网络在海洋应用中的适用性。在网络数据传输方面，为保证海洋环境下高效可靠数据传输，项目从抗干扰通信、MAC协议、路由协议等方面对水下数据传输进行了研究。在抗毁性方面，为保证网络节点失效情况下的连通性，项目提出了相应的中继节点部署方案。项目针对所提出的模型及方法进行了严格的理论分析与仿真验证。课题的完成为设计和优化水下传感器网络拓扑结构及设计相应的路由协议、数据传输协议等提供了重要的理论指导与方法基础。