面向大规模物联网的路由策略与优化模型研究

Routing is regarded as a backbone technique in communication process among nodes of wireless networks. Under environments of the Internet of Things (IOT), routing directly associates with establishing and performances of networks, which has become a critical issue to be solved with research and development of the very-large-scale IOT. In view of some features of IOT, like large-scales, diverse nodes, complex influencing factors or even specific requirements for routing, found on the addressing strategy our team proposed ever before, a routing scheme with Ant Colony Optimization (ACO) algorithms is built based upon Markov decision model taking tough tradeoff for multi-parameters restrictions into account. In the meantime, a model for routing repair is put forward to network routing failure, based on fuzzy decision theory. To guarantee low energy consumption and multi-parameters tradeoff routing simultaneously, a data fusion and compression model is brought forward in the process of routing. The research is expected to achieve a seamless connection among heterogeneous terminals, and further more, to solve tradeoff routing option, routing failure repair, data fusion, and a series of technical issues for the very-large-scale IOT. The work would provide a low power consumption and dynamic routing control mechanism for diverse characteristics of networks, as well as offer theoretical foundations and research scheme for large scale IOT building-up.

路由技术是无线网络节点间通信的支撑技术。在物联网环境中，路由直接关系到网络的构建与性能，已然成为未来大规模物联网研究与发展中亟待解决的关键问题。本项目将从物联网的大规模、多样节点、复杂影响因素等特性与路由需求入手，在项目组已提出的寻址方案的基础上，针对多限制参数难以兼顾的问题，构建基于马尔可夫决策模型的蚁群路由策略；建立基于模糊决策的针对网络路由中断时的物联网路由修复策略算法；研究路由过程中构造数据融合与压缩判决模型，在均衡多参数的同时保证路由的低能耗特性。以期在实现物联网络异构终端间的无缝连接的基础上，解决大规模物联网的均衡路由选择、失效路由修复、路由数据融合等一系列关键问题。该项目的研究成果有望针对网络特性建立低能耗动态自主路由控制机制，同时为全面构建大规模物联网提供理论依据与方案。

路由技术是大规模物联网系统中支撑网络链接与通信的关键技术。在大规模物联网环境中，路由策略关系到物联网的网络拓扑结构以及，已然成为未来大规模物联网研究与发展中亟待解决的关键问题。项目组从大规模物联网的异构网络切换方面入手，利用马尔可夫决策模型构建针对不同业务用户的网络切换回报模型，并通过相位旋转、误差距离加权以及位置指纹的方法完成异构物联网的协同同步与定位，在终端实现异构无线网络无缝连接的基础上，提升用户的定位准确度并降低定位所需时间。其次，针对物联网中的路由修复以及路由优化问题，提出基于负载均衡的多径路由算法，通过屏蔽干扰节点建立非干扰路径，根据每条路径当前的性能指标值，对源节点流量负载进行合理分配，使得分组投递率、平均端到端时延和网络生存周期等性能都有明显改善。设计了一种平均场均衡的无线自组织网络路由协议，每个节点利用所有其他节点信息来分析自己的最优策略，有效地减少网络平均端到端时延和系统开销，同时也能增加包投递率。最后，针对物联网中的路由数据压缩与数据完整性问题，通过分析数据序列的相关性特征，提出了基于连续时隙预测的帧时隙Aloha的防碰撞算法，可实现对物联网中大规模数据的精准识别，提升感知层识别效率，保证信息传输的完整性。项目组研究的面向大规模物联网的路由策略与优化模型，在性能上可使分组投递率提高到15.02%，网络能耗降低约20.57%，端到端时延降低约12.53%。在项目研究期限内，发表或录用论文31篇，申请发明专利14项，已获授权2项。项目负责人钱志鸿教授作为大会主席，主持学术交流大会3次，在学术交流大会上作主题发言2次。综上可知，本项目在基于物联网网络特性以及路由代价、网络能耗、链路稳定性、端到端时延等性能需求分析的基础上，建立了低能耗动态自主的路由研究体系并提出相应的优化策略，在大规模异构物联网环境中路由选择仍具有良好的性能，为全面提供了理论依据与可靠的实现方案。