随着物联网与泛在网通信技术的发展,通过接入点进行集中控制的通信方式已经不能满足“万物互联”的需求。自组织型无线网络具有分布式运行、扩展性强、组网灵活等特点,逐渐成为连接人与人、人与物、物与物之间的桥梁,正被广泛地应用于社会生活与生产的各个方面。目前,自组织型无线网络衍生出了多种网络形态,随着自组织边缘计算网络、自组织参与感知网络、无线传感网络的出现,网络中节点之间由最初的通信协作逐渐扩展到了计算、存储资源以及感知信息资源的分享与协作,网络管理也由管理分配无线链路资源扩展到了管理网络中的计算资源、存储资源以及信息资源,在这种趋势下资源管理技术显得尤为重要。以此为背景,本文全面、系统地分析了自组织型无线网络中资源管理所面临的问题,将研究重点集中在网络链路资源管理、节点资源分享与协作管理、计算资源管理、感知信息资源管理,基于软件定义的无线网络管理等几个方面。下面分别对各部分内容进行介绍:1.传统无线自组织网络中链路资源管理链路资源管理主要指合理整合、规划网络中的无线链路资源,设计高性能路由机制。从无线自组织网络诞生以来,路由协议作为组网的关键技术一直受到研究者们的高度关注。然而,由于网络拓扑动态变化,节点间干扰与竞争等无线自组织网络自身固有的一些特点,路由机制设计问题一直存在很大挑战。面向应用的稳定路由机制设计是本领域的一个重点研究方向。本部分内容研究了影响传统无线自组织网络路由稳定的机理,旨在设计一种基于节点状态预测的高稳定性路由机制。本部分的主要工作如下:建模分析了动态变化的网络中节点间通信路径存在的条件,以及数据包在该路径上可靠传输的条件;基于节点当前运动情况提出了节点间链路持续时间预测算法,基于节点缓冲区队列长度与队列长度变化率提出了节点拥塞可能性因子;结合链路持续时间与节点拥塞可能性等信息,设计了一种面向路径可靠性及稳定性综合指标的按需路由机制。利用NS2仿真平台对该机制的性能进行了验证分析。2.节点链路资源分享与协作管理自组织型无线网络中终端节点的能量、存储与计算资源是有限的,由于这些限制因素,网络中的终端节点会表现出一定的自私性,即终端节点为了避免消耗自身资源而不协助网络中的其它终端完成通信任务。目前的网络协议都以节点协作为前提,终端节点的自私行为将严重影响网络性能。为解决自组织型无线网络中的节点自私性问题,本部分内容结合博弈论的相关理论与虚拟货币的机制,建立了基于节点收益最大化的增强合作模型,进而设计出节点协作增强机制。本部分的主要工作如下:分析了数据包转发过程中源节点与转发节点的收益情况,转发节点消耗自身资源为源节点提供满足一定服务质量要求的数据包转发服务,同时获得源节点支付的虚拟货币,源节点获得服务并支付相应的虚拟货币。通过对数据包传输过程中节点收益情况的分析,建立了基于博弈理论的数据包传输协作模型,该模型对转发节点剩余能量、剩余存储空间做了合理约束,以最大化网络生存时间并减少拥塞的发生。通过对该模型的求解最终获得了节点协作增强机制。最后,对节点协作增强机制进行了分析。3.自组织型边缘计算网络中计算资源管理随着智能移动终端的广泛使用,网络通信模式发生了巨大的变化,主要体现在接入方式向移动化转变,数据交换向网络边缘转变。在此趋势下云计算资源向网络边缘化发展进而产生了移动边缘计算。本部分内容研究自组织型边缘计算模式、计算资源管理问题,设计了自组织型移动边缘计算网络任务调度机制。本部分的主要工作如下:分析了自组织型边缘计算系统中的任务调度问题,并为自组织型边缘计算系统建立系统模型。将自组织型边缘计算系统中的任务调度问题建模为多终端任务调度博弈问题,该博弈考虑了链路连接时间、传输消耗、计算消耗以及奖励消耗等。通过构建势函数,该多终端任务调度博弈被证明为势博弈。经过一系列分析,作者为自组织型边缘计算系统设计了一种基于消耗优化的分布式任务调度算法,讨论了该算法的计算复杂度,并且证明了该算法的收敛性。最后,作者通过仿真,验证了该分布式任务调度算法的性能。4.自组织参与感知系统中感知信息资源管理随着信息技术的发展,智能通信设备配备了强大的传感单元,进而形成了一个新的研究领域——参与感知,即利用普通用户的智能设备收集传感数据,以实现对环境的监测或信息的采集。为促使参与感知系统顺利运行,本文旨在为自组织型参与感知系统设计一种基于自由竞争的感知信息分享机制。本部分的主要工作如下:首先对参与感知系统及其面对的主要问题进行说明,然后把参与终端感知信息获取奖励的过程看做市场自由竞争过程,将感知信息分享过程建模为斯塔克尔伯格(Stackelberg)博弈过程,任务发布终端与参与终端都是该博弈的参与者,进而为参与感知系统设计了一种系统平台辅助的基于虚拟货币的激励策略。该策略主要涉及三个算法,其中初始化算法主要负责网络中终端状态确定、消耗评估等;协作促进算法主要负责参与终端集合的选取、信息分享策略的制定、奖励大小的确定等;交互算法主要负责协调任务发布者与系统平台之间的信息交互任务。搭建了仿真平台,对所设计的基于自由竞争的感知信息分享机制进行性能评估。5.基于软件定义的无线传感网络管理无线传感网络是一种分布式的自组织型无线网络,通过部署传感器节点,实现某个区域内信息的感知和采集,延伸了互联网感知物理世界的触角,是网络数据资源的重要来源。随着传感网的大规模应用,其暴露出一些问题:不同应用场景的需求不同,传感器节点需要进行相应的服务定制而不能进行二次利用,传感节点成本较高; 现有的分布式控制和路由算法带来大量的计算和信息交互,加快了节点能量消耗速度,缩短了网络寿命;在便携、低功耗的传感网终端上实现拥塞控制以及安全策略等十分困难。为解决以上问题,本文将数据与控制相分离(数控分离)、集中控制的思想应用于传感网络,旨在设计一种基于软件定义的新型无线传感网络,以增加对无线传感网控制管理的灵活性,有效地解决传统传感网中存在的问题。该部分的主要工作如下:分析了传统无线网的组成结构、特点,并指出了目前传感网所存在的问题。介绍了软件定义网络的相关技术,分析了采用软件定义网络的优势和不足。依据软件定义网络的结构特点和传统无线传感网协议栈结构,设计出了一种基于软件定义的新型无线传感网络(Software Defined Wireless Sensor Network,SDWSN)。提出了软件定义无线传感网协议栈结构以及网络运行流程,网络运行流程包含拓扑发现、流表生成、流表下发和拓扑维护四个部分。作者所在团队基于Linux系统搭建了硬件平台,对软件定义的无线传感网进行了组网测试。