智能节点的互惠协同及其行为机理研究

Smart devices with autonomous sensing and self-control functions can cooperate with each other, greatly improving efficiency of networked applications and alleviating manual working. Such vision envisioned for the Internet of Things, poses urgent requirements of corresponding techniques. Combined with the characteristics of smart nodes such as local sensing and autonomous decisions, from the perspective of reciprocal cooperation, we explore the reciprocity-originated mechanisms, cooperative behaviors of sensing and decisions, and cooperation costs. First, aiming to the local and incomplete sensing characteristics of smart nodes, the passive, active and grouped sensing scenarios are constructed. Though designing the reciprocal cooperation mechanism, we investigate the key factors affecting the reciprocal utilities. Second, focusing on the autonomous decisions based on individual utilities including reciprocal physical resources and reciprocal information resources, we setup the models based on the concept of reciprocity, and analyze the mechanisms and systematical behaviors. Besides, to address the actual problems such as asymmetric information, unclear cooperation targets, and potentially increased cost, we theoretically analyze the corresponding target-recognition problem, study the efficiency of reciprocal cooperation, and understand the key influence factors.

具有自主感知控制功能的智能设备组网协同工作，更加精细地提升物联网应用效能同时减轻人工负担，越来越凸显出重要的技术需求。本项目紧密结合智能节点局部感知、自主决策的特点，从互惠协同如何有效实现的研究视角，探索互惠协同感知、互惠协同决策，以及协同开销代价等方面的行为机理。首先，针对智能节点局部和不完全信息条件下感知的特点，构造智能节点被动感知、主动感知和组群感知的场景，通过设计互惠协同感知机制，挖掘互惠机制中影响感知效能的关键因素。其次，针对智能节点基于个体效能进行决策的问题，基于包括物理资源和信息资源在内的应用场景，构建反映互惠协同思想的模型和机制，研究智能节点互惠协同的决策优化机理与系统行为。再次，考虑互惠协同过程中协同信息不对称、对象不明确、协同开销较大等实际问题，在理论上研究互惠协同目标的识别方法，探索互惠协同信息的效率和开销，理解影响互惠协同效能的关键因素。

本项目围绕网络智能节点互惠开展感知、决策、协同过程，结合智能节点局部感知、自主决策的特点，关注网络中互惠协同行为如何高效达成，网络中智能节点的行为规则如何制定，探索互惠协同感知、互惠协同决策，以及协同开销代价等方面的行为机理。具体而言，在智能节点互惠协同的感知机制与系统行为方面，本课题首先以家用多无线网络相互作用为场景，以智能无线路由器作为智能节点，分别设计了智能无线路由器被动和主动的Wi-Fi环境感知方法，实验分析了智能节点在不同的互惠协同机制下应对干扰变化的功率、频率行为，并提出了多智能节点互惠共赢的功率、频率优化方法。此外，本课题以新兴电商模式下的用户作为智能节点，分析了用户短时会话的特征行为，刻画特定时间段用户利己的行为模式，进而提出一种短时会话购买预测的框架模型。在分析研究用户浏览行为与购买动作的相关性后，定量发现了用户在利己目标的驱动下会出现30s秒的决策时长现象，有助于理解智能节点的行为方式和互惠规则设定。在智能节点互惠协同的决策优化机理与系统行为方面，本课题以可移动的智能节点协同执行任务为场景，关注智能节点如何开展个体任务，并协同其他智能节点推动整体目标的高效达成。通过探索基于信誉度量的互惠机制，建立了互惠协同的实验平台, 验证了保护个体协同动因的协同规则，并开展了包括协同搬运、协同信息分享等实验。在互惠协同目标的识别机理及协同行为开销方面，以通信基站和用户作为智能节点，理论分析了协同开销上界，以及噪声对开销的影响，并提出了一种考虑公平性的互惠协同盲干扰协同机制。此外，课题在理论上探索了开销与网络结构的关系，将互惠开销建模为网络节点的距离，提出一种基于剪接操作的高斯树分析方法，用于理解高斯树结构差异累积引起的网络开销变化。