上确界保证性QoS机制的智能配用电数据通信无线传感器网络协议栈与跨层控制模型研究

无线传感器网络用于满足电力工业通信规范保证性指标的智能配用电高性能通信，其应用基础研究可归结为一类具有不确定性过程和有上确界保证性QoS指标要求的端到端多目标协调优化难题。研究该类问题核心是建立具有上确界保证性QoS支持的层内优化与跨层协作质量控制协议栈模型。本项目拟建立基于分类数据优先级的MAC层不公平竞争信道访问机制模型，以期保证相邻节点间的通信数据最大延迟时间具有上确界，解决信道竞争引起的随机延时问题；建立基于路径间耦合度的最小化拥塞模型和基于状态估计的动态数据转发模型，以期达到实时性保证下的端到端数据传输可靠性优化指标具有上确界；建立基于跨层协作质量控制模型，在通信需求已知和网络拓扑相对固定条件下，以期实现具有实时性和可靠性上确界保证性QoS指标的无线传感器网络端到端数据通信多目标协调优化求解，为提高无线传感器网络性能研究提供思路，为智能配用电高性能通信无线传感器网络应用奠定基础。

1、项目的背景.将无线传感器网络应用于智能配用电网的数据通信中，难点是在有限网络资源下，满足电力工业配用电网数据通信规范对通信实时性和可靠性具有上确界的特定性要求。因此，需要对WSN服务质量需求层面的保证性QoS机制进行研究。.2、主要研究内容.①建立基于分类数据优先级的MAC层不公平竞争信道访问机制模型，以保证相邻节点间的通信数据最大延迟时间具有上确界；.②建立基于路径间耦合度的最小化拥塞模型和基于状态估计的动态数据转发模型，以达到实时性保证下的端到端数据传输可靠性指标具有上确界；.③建立基于跨层协作质量控制模型，在通信需求已知与网络拓扑相对固定条件下，以实现具有实时性和可靠性上确界保证性QoS指标的WSN端到端数据通信多目标协调优化。.3、重要结果.①基于服务质量管理框架，改进IEEE802.15.4标准MAC协议的传输机制，建立WSN节点内电力分类数据缓冲队列的三维优先级的马尔科夫一步链模型。构建传输延时、网络有效吞吐率、信道竞争冲撞率计算模型分析评价WSN性能。依据配电网数据通信需求，仿真实验验证了模型的有效性和准确性。 .②针对配用电网中WSN拓扑结构相对固定特点，对WSN节点的延时性和可靠性进行赋权，建立路径选择计算模型；分析WSN数据通信链路失效模式，建立路径重构计算模型；构建具有上确界保证性QoS指标要求的数据传输路由算法。依据配电网环境需求，仿真实验验证了算法的可行性和有效性。.③采用认知图方法描述WSN网络节点的多因素间状态关系，将无线传感器网络的发送功率、信道访问、链路预测和路由决策有机结合成一体，建立跨层协作质量控制状态空间模型；根据网络节点环境因素变化进行属性推理，动态调整MAC层的优先级竞争参数、信道检测时间和动态决策路由路径，以满足智能配电网数据传输的实时性和可靠性具有上确界保证性QoS指标要求。.4、关键数据及其科学意义.无线传感器网络用于满足电力工业通信规范保证性指标的配用电网高性能数据通信，其应用基础研究可归结为：一类具有不确定性过程和有上确界保证性QoS指标要求的端到端多目标协调优化难题。该类问题核心是建立具有上确界保证性QoS支持的层内优化与跨层协作质量控制协议栈模型。本项目研究可为拓展无线传感器网络的QoS机制研究提供思路，为智能配用电网的无线传感器网络数据通信应用奠定基础。