无线传感器网络语义互连机制及网络技术研究

WSN特点、目前研究存在的基础性问题以及数据语义分析技术的发展都促使和昭示WSN网络技术发展的方向- - 语义互连。本项目从体现网络应用的任务模型入手，研究WSN语义互连的网络传输机制和技术。在任务模型中不仅包括目前常见的传感器节点数据的语义描述，还包括应用的QoS，节点、网络状态的语义描述、以及语义性传输控制逻辑实体。以此为基础，研究任务组合、分解、协调的机制和方法，实现传统的MAC、路由及传输控制，建立以上下两级任务机制为单位的递归嵌套式WSN新型技术体系和结构。在新的体系和结构中，所有节点均为处于不同任务层次的sink，直接以网络应用作为传输、处理的单元。因于节点直接面向应用，非相邻两级节点可采用不同的网络及数据处理技术，这就不仅能有效地实行分布式控制和管理，同时可实现WSN的应用层互联。本项目的研究机理、研究手段的分析，以及前期研究结果均说明其可行性。目前尚未见到相似的研究报道。

本项目基于WSN面向应用的特点，直接以网络应用而不是包含网络应用含义的数据为节点传输和处理的对象，克服了现有WSN通信技术体系的不足，为构建面向应用的WSN语义通信技术奠定了技术.1. 研究构建了任务模型。任务模型包括了应用的内容、应用的要求、节点及网络状态的任务本体，以及基于任务本体的语义通信的推理规则。研究提出了任务本体的组成及关系，以及具体的实现方法。研究提出了包括一般性推理规则、面向应用的推理规则以及面向语义通信的推理规则在内的推理规体系。任务模型是任务模型静态因素或特性，推理规则是任务模型动态因素或特性，节点基于与邻居节点的静态因素的差别，依据相应的推理规则，驱动网络信息的流向。任务模型是所有节点传输和处理的基本单元，所有节点被看作完成不同任务的sink，从而实现了网络节点对象的一致性。.2. WSN语义通信机制和方法。基于任务模型网络的语义通信和互联便成为了任务分解、组合和调整过程。分别研究提出了基于任务模型的任务组合机制；任务分解机制；以及任务调整机制。. 1)在任务组合机制研究中，首先提出了基于能耗性能的任务组合的框架协议，在作为独立协议的同时可以和现有的MAC技术结合，设计得到到跨应用层的MAC协议，实现了与现有技术的前向兼容。随后提出了专门性的提供QoS优先级服务的任务组合方法。. 2)在任务分解机制研究中，首先提出了单Sink单应用的任务分解的框架协议，在作为独立协议的同时可以和现有的路由技术结合，设计得到到跨应用层的MAC协议，实现了与现有技术的前向兼容。随后分别研究提出了异质WSN网络中单Sink多任务和多Sink多任务的任务分解扩散协议。. 3)任务调整机制分为两级之间的调整和跨多级调整，两级之间的调整在任务组合和分解中已包含。随后研究提出了跨多级的面向应用任务的速率控制和拥塞避免机制和方法。. 4)作为扩展性研究，研究了任务分解与覆盖调度两个应用层技术的融合问题，提出了新的冗余节点判断方法，以及基于节点能耗速率预测的覆盖调度算法。.3.WSN语义通信的技术结构和体系。基于上述研究提出了基于语义通信的WSN网络结构，以及WSN语义通信技术结构和体系，为进一步开展WSN语义通信技术的研究奠定了理论基础。.在上述研究中，对所提出的新机制和协议均进行了理论分析和仿真实验，和传统网络中具有典型代表性的技术相比，具有明显的性能优势。