无线传感网络动态特性分析及拥塞控制研究

In this project, we will deal with the problem of congestion control for wireless sensor works (WSN) subject to stochastic disturbances. This is an extension of congestion control based on fluid modelling to WSN. The characteristics of WSN, such as, limited power, suddenly burst large amount of information, variable topology, the interference of wireless links, for instance, will make this research more complex and difficult. . The proposal will focus primarily on the modeling and synthesis of WSN congestion control. By means of stochastic theory, we will analyze the feature and dynamic performance of WSN under the influence of stochastic disturbances including transmission delay, variable topology, and bursty data flow. Under the conditions of signal delay, flow prediction, energy efficiency and fairness-aware, some distributed congestion control mechanism will be proposed, and various conditions of stochastic stability will be derived.. The research outcome of this project will lead to a significant advancement of congestion control theory and will open up a wider and richer range of WSN application.

研究随机干扰影响下无线传感网络（WSN）的拥塞控制问题。本研究工作是将基于流模型的拥塞控制方法向WSN领域的拓广。由于WSN具有能量有限、突发事件流、可变拓扑和信道易受干扰等特殊性，使得对该问题的研究具有相当的复杂性和难度。. 本项目针对WSN拥塞控制问题，采用动态建模和随机分析的方法，分析传输延迟、变拓扑和突发数据流等随机因素对WSN的影响、特征和动态性能，研究延迟约束、流量预测、兼顾能源有效性和公平性等情况下WSN的拥塞控制问题，给出网络系统随机稳定性条件，建立分布式拥塞控制机制。. 本项目的实施不仅拓宽了WSN拥塞控制的研究领域，而且进一步丰富了网络拥塞控制的理论方法。因此，本课题的研究具有重要理论意义和实际意义。

无线传感网络(WSN)在工业控制、环境监控、军事等领域中有广泛应用，其资源有限、多跳传输、节点异构、不确定数据流等特点极易造成网络拥塞，降低Qos质量，增加能耗，缩短网络生命周期。传统的拥塞控制机制不能有效适应WSN的复杂环境。因此，研究WSN拥塞控制问题具有重要的理论价值和实际应用意义。. 本项目从分析无WSN动态特性入手，对WSN拥塞控制问题开展了深入而富有成效的研究工作，取得了一系列具有创新性的研究成果。.重要成果包括:(1)提出了监测事件动态变化情况下的自适应重叠分簇方案，引入基于区域重叠的簇迁移机制、基于时间驱动和事件驱动切换的数据发送机制，减少网络数据传输量，延长网络生存周期;（2）提出了基于能耗均衡的传感器节点部署方案，通过规划可移动中继节点的最优路径和分区降低传输时延，保证移动中继节点负载均衡;(3)提出了兼顾公平性和能耗均衡的拥塞控制算法，通过综合考虑全局拥塞状况、本地拥塞状况与数据包传输距离，对各节点队列动态管理，达到节点带宽公平性; (4)提出了压缩感知与速率控制相结合的拥塞控制方法，利用开环逐条反压机制调整上游节点发送速率快速控制局部拥塞，并采用压缩感知技术减小数据采集量来缓解全局性拥塞; (5)提出了基于网格的兼顾拥塞避免与能耗均衡的路由选择算法，各节点根据路径的权重值选择转发路径，从而有效抑制信道干扰，避免拥塞和均衡能耗; (6) 提出了量化器参数自适应调整策略，根据系统状态在线自适应调整量化器参数，保证被控系统动态性能; (7) 提出了基于数据丢失和恢复概率的预测控制设计方法，在多速率框架下，给出了信息传输时延的补偿策略。. 本项目所取得研究成果已在国际重要学术期刊和会议上发表论文41篇，其中，Automaticat上4篇。ESI高被引论文1篇，SCI收录22篇，EI收录35篇。申请1项发明专利，获得4项软件著作权。. 本项目研究工作不仅给出了上述研究问题的有效解决方法，而且对于拓宽无线传感网络研究领域、丰富和完善网络拥塞控制理论方法具有重要理论意义和实际应用价值。