稠密、异构、动态物联网高效组网关键技术研究

The high density, the heterogeneity where multiple communication technologies coexist and dynamics where the environment always change, are three fundamental characteristics in current and future IoT which will influence the performance of IoT severely. In this proposal, we research many key problems for efficient networking in IoT based on these three properties. Firstly, the direct result of high density in IoT is scarcity of wireless channels, the current researches focus on the recovery of interfered data packet by utilizing the signal properties, but obviously it will be more effective by integrating the property of data content and physical signal. We will research the parallel approximate data communication with guarantee of quality of service, and we will solve basic scientific problem to maximize the network capacity of the IoT. Secondly, the interferences between different communication technologies will influence the communication of IoT, and mitigating such interferences is the mainly focuses on current related works. We will research the optimizing networking protocols such as the media access control protocol and wireless spectrum coordination based on the explicit cooperation between heterogeneous network technology. Thirdly, dynamics will make the IoT change continuously, so we will also study the intelligent self-adaptive hybrid network access techniques for IoT and study how to optimize the network structure in real time. Finally, we will make the synthesized researches for efficient networking in IoT with high density, heterogeneity, and dynamics based on these three characteristics, which have significant scientific meanings and application values for the theoretical researches and application technologies in the IoT of our country.

物联网表现出的稠密性、多种技术共存的异构性以及工作环境不断变化的动态性是当今和未来物联网的三个基本特性，本项目将立足于这三个基本特性对物联网高效组网问题展开研究。针对稠密性导致的无线信道资源匮乏问题，本项目拟在目前物理特征恢复数据研究基础上，引入物联网传输数据特征，研究综合利用多种特征的干扰数据恢复、保证服务质量的近似传输方法，力求使物联网通信能力最大化；针对异构性所导致异构通信间的传输干扰问题，本项目将研究异构网主动合作下的媒体接入控制和信道协调技术，试图对异构物联网跨技术合作最优化组网这一问题进行探索性研究；动态性使物联网不断动态变化，本项目将以自适应接入策略为核心展开此研究，自适应捕捉物联网的动态变化，实时优化组网结构。本项目综合利用如上所述的三个基本特性，拟开展的稠密、异构、动态物联网高效组网关键技术的研究，对我国物联网的基础研究和应用技术开发都具有重要的科学意义和产业价值。

随着物联网设备的日益普及，越来越多的各种类物联设备要接入网络，由于不同的物理设备具有不同的功能、伴随不同的约束、承载不同的数据，直接导致这些设备采用异构的物联网组网方式，例如摄像头设备需要用高速WiFi接入，土壤温度传感器可以使用低功耗低速率ZigBee接入，等等，这就造成大量节点采用异构组网方式同时存在于真实物联网系统的局面。本项目针对真实物联网系统异构、稠密的特性，开展了异构物联网技术直连通信，异构物联网技术显式协调显式合作，异构物联网并行通信等研究内容。. 在异构物联网技术直连通信方面，本项目在国际上首次提出了异构无线技术物理直连的技术，采用信号模拟这一理论方法，实现了WiFi、ZigBee、BLE以及LoRa等无线通信技术之间的直连传输。利用这一方法可以实现WiFi和ZigBee之间数十Kbps的通信速率，几乎接近ZigBee本身固有的速率，较现有的基于Side Channel的异构通信速率超过10,000倍。在ZigBee和BLE、BLE和LoRa之间可以得到类似的结果，而且可以实现在商用设备上，这表明信号模拟方法是实现异构物联网互感互通的通用方法，具有很好理论价值和实用意义。. 在异构物联网技术显式协调显式合作方面，本项目提出了基于WiFi跨技术通信的异构协调MAC协议，通过该协议可以将显式协同WiFi和ZigBee之间的异构冲突，从而消除该类利用传统技术完全无法避免的无线通信冲突，导致ZigBee传输效率的大幅提升，可以直接使用在WiFi和ZigBee共存的环境中，如医院、家居、工厂等环境中，具有非常好的使用价值，可大幅提高无线通信在异构物联环境中的通信可靠性。同时，本项目也研究了如何借助异构合作来提高现有无线通信的性能，借助BLE和LoRa的合作，可以让BLE通信距离提供30倍，实现远距离传输。. 在异构物联网并行通信方向，本项目实现了ZigBee、BLE以及LoRa的混合并行传输，可以让现在的信道利用率提高三倍，这是应对稠密物联网信道资源争夺的有效尝试，该研究成果为异构物联网混合接入研究提供了很好的基础，而异构混合物理层接入必然是下一步物联网接入的主流方式。