信息物理系统中基于Delaunay三角剖分的数据传输

摘要

信息物理系统(Cyber-physical system，CPS)是一个在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制能力的可控、可信、可扩展的网络化物理设备系统，CPS的一项基本应用就是采集数据和传输，但是由于感知节点移动、通信半径、能量消耗等因素，网络的连通性差，传统的数据传输方式不适合CPS网络。本文提出一种在CPS中基于Delaunay三角剖分的数据传输方式，首先通过计算几何的方式，对感知节点进行合理有效的部署，实现信号范围的合理覆盖。然后在该部署的网络拓扑环境下提出一种数据复制和数据更新机制，以及一种三角形为整体进行路由查找的方法，以实现在CPS网络中进行数据传输时得到高的传输成功率、低节点能量消耗和低传输延迟。关于在CPS网络中进行数据传输的研究，我们针对三方面提出了解决方案：
　　第一，提出一种基于Delaunay三角剖分的节点部署算法。该方法首先根据感知节点的相互探测形成若干个大小相异的团体，然后在团体内部采用分治的方法实现Delaunay三角形的构造，完成CPS系统下的感知节点部署。
　　第二，提出一种数据复制算法RDDC和一种简单数据更新方案。RDDC的核心思想是根据传输概率和团体的度(团体包含的三角形个数)，选举出可以接收数据复本的团体，将数据复本传输给网络中度最大的前m个团体。在数据更新方面，主要在数据的表头添加了两个参数，版本号和计数器T。
　　第三，提出一种数据传输机制DFDT的实现。本质上本研究提出的DFDT包含了节点的部署、数据的复制和更新、路由查找。针对路由查找的实现，提出了一种以三角形为一跳，进行路由查找的机制，区别于传统的hop by hop的路由查找机制，适用于CPS网络中多跳的环境。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 本文的结构安排

第2章 CPS系统

2.1 CPS定义

2.2 CPS的系统结构

2.3 CPS系统中的数据特征

2.4 CPS与嵌入式系统、物联网和传感器网的联系与区别

2.5 国内外对CPS的相关研究

第3章 Delaunay三角剖分

3.1 Delaunay三角剖分的基本原理

3.1.1 Voronoi图基本概念

3.1.2 Delaunay三角剖分基本概念

3.2 Delaunay三角剖分的特性分析

3.3 Delaunay三角剖分算法

3.3.1 逐点插入算法

3.3.2 分治算法

3.3.3 三角网生长法

3.4 小结

第4章 CPS系统中感知节点的部署研究

4.1 网络模型设计

4.2 基于Delaunay三角剖分的节点部署实现

4.2.1 团体的划分

4.2.2 实现基于Delaunay三角剖分的节点部署

4.3 仿真实验

4.3.1 仿真参数和环境

4.3.2 三种节点部署性能对比

4.3.3 不同节点密度下三种节点部署性能的比较

4.3.4 不同通信半径下3种节点部署性能的比较

4.4 小结

第5章 数据复制和更新研究

5.1 网络模型

5.2 移动节点加入的三角剖分变化

5.3 RDDC机制的实现设计

5.3.1 定义

5.3.2 团体分割对数据复制的影响

5.3.3 RDDC算法

5.4 数据更新

5.5 仿真实验

5.6 小结

第6章 CPS系统中数据传输研究

6.1 数据传输机制DFDT的实现

6.2 仿真实验

6.2.1 仿真参数和环境

6.2.2 四种数据传输机制性能对比

6.2.3 不同节点密度下四种数据传输机制性能的比较

6.3.3 不同通信半径下四种数据传输机制性能的比较

6.4 小结

总结

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果