基于虚拟接入物联网中间件平台的设计与应用

提出一种基于虚拟接入的物联网中间件平台VAM(Virtual Access Middleware)。通过引入虚拟接入层,将异构的传感网络协议转换为中间件平台的内部协议,从而屏蔽了传感网络的异构性,为应用层访问异构无线传感网络提供统一的访问平台。详细介绍此中间件平台虚拟接入模块以及平台通信协议的设计,并通过在水质监测系统下的应用,验证了VAM中间件的可行性,降低了应用层软件开发的复杂度。     

基于云模型的无线传感器网络链路质量的预测

无线传感器网络中,节点通过单跳或多跳传递信息.如能提前获知链路质量信息,为上层路由选择链路提供参考,是感知信息实时、准确地送达监控中心的基础.在分析现有基于智能学习链路质量预测方法的基础上,提出一种基于云模型的链路质量预测机制.通过收集不同场景下的链路质量样本,采用自适应高斯云变换对训练样本中的 RSSI(received signal strength indication),LQI(link quality indicator),SNR(received signal strength indication)及PRR(packet reception rate)进行链路划分;考虑到传感器节点的资源受限问题,采用 Apriori 算法对划分后的链路质量参数 RSSI,LQI,SNR 及 PRR 进行关联规则挖掘;在此基础上,基于三维云正向发生器预测链路质量.仿真结果表明,与基于 BP 神经网络的预测方法相比,提出的链路质量预测机制具有较高的预测精度.     

一种信息-物理融合系统体系结构

信息-物理融合系统(cyber-physical system, CPS)是当今最前沿的交叉研究领域之一,它被普遍认为是计算机信息处理技术史上的下一次革命,将会改变人与现实物理世界之间的交互方式,具有广泛的应用前景.CPS是一种分布式且深度嵌入式的实时系统,实时性是CPS的一个极重要特征和性能要求.研究了CPS体系结构,提出了一种CPS系统模型,并且从实时任务调度和实时网络两个方面,提出了解决系统实时性保证问题的初步方案,为进一步的研究工作奠定了基础.     

3D-RABLC：一种基于LQI置信度的三维空间定位求精算法

提出一种基于LQI置信度的三维空间定位求精算法(3D-RABLC)。通过大量节点实验,获得节点间一跳RSSI值与距离的关系、LQI与分组错误率的关系,依此划分LQI置信度,对测得的RSSI值进行过滤,建立三维多跳求精模型或弥补求精方法对置信度低的RSSI值进行修正。节点实验表明,该算法大大降低了RSSI测距误差,比已有三维定位算法具有更好的定位精度。     

基于动态贝叶斯网络的WSNs链路质量预测

无线传感器网络中,链路质量预测为数据可靠传输和上层网络协议性能的提高提供支撑。为进一步提高链路质量预测的准确性,提出基于动态贝叶斯网络（dynamic Bayesian networks,DBN）的链路质量预测机制。为避免单一评价指标的片面性,从链路信号质量、链路稳定性及非对称性3方面综合评价链路质量;采用K-means聚类算法对参数进行离散化预处理,得到各参数的离散区间;采用熵值法确定各参数的权重,以消除参数权重计算中主观因素的干扰;为避免最大隶属原则的缺陷,采用非对称贴近度分析法构建综合性的链路质量等级指标;借助贝叶斯网络（Bayesian networks,BN）处理不确定性问题的优势和BN分类器在分类上的良好性能,确定DBN的初始网络和转移网络,采用EM算法进行DBN模型的参数学习,从而构建了基于DBN的链路质量预测模型。实验结果表明了采用非对称贴近度分析法划分链路质量等级的合理性与DBN链路质量预测模型的合理性;与4C及FLI预测模型相比,本文模型具有更高的预测准确度。采用链路信号质量、链路稳定性及非对称性3个指标评价链路质量,采用DBN构建预测模型,可得到更准确及鲁棒性更好的链路质量预测结果。     

基于时间距离与拓扑距离的连通性模型

网络连通性是描述网络性能的一项重要指标.机会传感网络中,节点移动导致网络的拓扑呈动态变化,这使得机会传感网络连通性的表征面临挑战.建立机会传感网络的连通性模型,有助于对机会传感网络的优化和维护.针对机会传感网络拓扑频繁变化的特点,基于时空图理论构建其连通性模型,描述拓扑演化规律;根据消息的可达性,考虑消息传输的时间特性和空间特性,定义了时间距离和拓扑距离,采用统计产品与服务解决方案软件（SPSS）分析其相关性,结果表明,时间距离和拓扑距离无明显相关性;采用网络快照间的时间距离与拓扑距离构建整网连通性模型.实验结果表明,所提出的模型能够从整体上刻画出机会传感网络的连通性;与基于Katz中心性的网络连通度模型相比,该模型能够更好地反映整网连通度的变化.     

时间演化图的机会传感网络连通均衡性模型

网络连通是网络正常通信的保证,网络连通均衡性是反映网络连通情况的一项重要指标.机会传感网络的拓扑随时间动态变化,使得传统的图模型不再适用于机会传感网络,如何准确刻画机会传感网络的连通均衡程度是研究的目的.定义移动节点的贡献度、聚集系数和连通均衡度,采用连通均衡度表征整个网络的连通均衡情况,基于时间演化图对机会传感网络连通均衡性进行建模.仿真实验结果表明,连通均衡性模型可以反映出整个网络的连通均衡情况,为机会传感网络的演化研究及维护提供支撑.     

基于历史连接数据的机会网络关键节点预测

鉴于无线传感网络关键节点探测算法的研究基础,设计了一种基于历史连接数据预测机会网络关键节点的算法(HDPA)。考虑到节点间连接时长与频率对连通概率的影响,提出了一种连通概率的计算方法。将研究时间切分成若干个周期,利用历史连接数据对各周期的连通概率进行计算。将所得时序周期的连通概率进行趋势分析,根据其走势应用相应的指数平滑法预测未来周期内的连通概率,从而得到一个概率连通图。将疑似节点从图中删除,计算概率连通子图的连通概率即可得到该节点成为关键节点的概率。最终将节点概率大于0.5的节点预测为关键节点。实验结果表明,HDPA具有较高准确度和较好扩展性。     

机会网络中的自适应转发控制算法*

在分析现有机会网络转发控制策略的基础上,针对采用固定效用值阈值的机会网络转发控制,提出了一种基于节点能力状况的自适应转发控制策略（adaptive forwarding algorithm based on nodal capacity condition,AFNC）。该策略根据节点的能力状况计算阈值控制因子,自适应调整不同网络传输状况以及通信机会下的数据转发条件。仿真实验表明,与现有的几种典型转发控制相比,AFNC在保证较低传输延迟和较高传输成功率的基础上,通过减少节点间的转发次数,有效地降低了网络传输开销。     

基于贝叶斯网络的WSNs链路质量评估机制研究

在无线传感器网络(WSNs)应用中,链路质量的有效评估是保障数据可靠传输和上层网络协议性能的基础性问题.针对现有无线链路质量评估研究中,链路质量等级划分仍无统一标准和模型缺乏环境自适应性问题,提出了一种基于贝叶斯网络的链路质量评估机制.从链路质量多属性角度出发,采用贴近度分析法对链路质量等级进行划分,利用贝叶斯网络对链路质量进行不确定性推理与评估建模.通过多应用场景的训练与测试,最后实际测试表明:基于贝叶斯网络的评估模型在不同应用环境具有较高准确率和泛化能力,体现了良好的自适应性.