信息物理系統(tǒng)高效數(shù)據(jù)傳輸和調(diào)度機(jī)制研究.pdf

1、信息物理系統(tǒng)(CPS)是計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理過程的整合。它可以實(shí)現(xiàn)物理世界的安全、可靠和實(shí)時(shí)的監(jiān)控，擁有廣泛的應(yīng)用前景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、生物醫(yī)療傳感器和云計(jì)算等技術(shù)的不斷發(fā)展催生了CPS在醫(yī)療保健領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，即醫(yī)療CPS。醫(yī)療CPS是由生物特征信息收集設(shè)備和給藥醫(yī)療設(shè)備等組成的網(wǎng)絡(luò)化智能醫(yī)療系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各單元通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交互，從而實(shí)現(xiàn)醫(yī)療資源的互聯(lián)、共享和協(xié)作。立足于CPS與醫(yī)療系統(tǒng)的最新融合發(fā)展，本文專注于醫(yī)療CPS的高效數(shù)

2、據(jù)傳輸和調(diào)度。本文的主要貢獻(xiàn)包括三個(gè)方面，分別是安全可靠數(shù)據(jù)收集（用戶間干擾抑制、敏感數(shù)據(jù)隱私保護(hù)），實(shí)時(shí)可靠數(shù)據(jù)傳輸（度約束實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)融合）和混合關(guān)鍵數(shù)據(jù)處理（混合關(guān)鍵實(shí)時(shí)調(diào)度、概率性響應(yīng)時(shí)間分析）。
　　(1)安全可靠數(shù)據(jù)收集:針對醫(yī)療CPS中軀體傳感器網(wǎng)絡(luò)(BSN)的移動性、資源有限性和自私性帶來的用戶間干擾問題，本文將BSN的信道選擇和發(fā)射功率選擇建模為非合作博弈，并給出了博弈過程中獲得納什均衡的無后悔學(xué)習(xí)算法。為了保護(hù)BS

3、N收集的敏感性數(shù)據(jù)的安全性和隱私性，并降低數(shù)據(jù)傳輸功耗，本文通過差分編碼對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行無損壓縮來降低需要隱藏的比特?cái)?shù)，然后通過輕量級數(shù)據(jù)隱藏算法將壓縮敏感數(shù)據(jù)嵌入到合并的多種普通數(shù)據(jù)中來保護(hù)敏感數(shù)據(jù)。
　　(2)實(shí)時(shí)可靠數(shù)據(jù)傳輸:為了保證醫(yī)療CPS中無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可靠性和低功耗性，本文在數(shù)據(jù)融合樹中引入了瓶頸路徑和度約束，瓶頸路徑用于最小化數(shù)據(jù)融合樹中的最大延遲，以提供有界的實(shí)時(shí)通信保證;度約束用于控制數(shù)據(jù)融合節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流

4、量，以保證資源的公平利用延長網(wǎng)絡(luò)壽命，并降低單點(diǎn)故障造成的影響。我們證明了該數(shù)據(jù)融合樹構(gòu)建問題是NP困難的，并給出了一種基于學(xué)習(xí)自動機(jī)的求解方法。
　　(3)混合關(guān)鍵數(shù)據(jù)處理:針對醫(yī)療CPS中數(shù)據(jù)處理任務(wù)的混合關(guān)鍵性需求，本文將每個(gè)高關(guān)鍵任務(wù)與一組低關(guān)鍵任務(wù)封裝為任務(wù)組。任務(wù)組內(nèi)通過基于服務(wù)器的調(diào)度策略進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，任務(wù)組間通過最早截止期優(yōu)先調(diào)度策略進(jìn)行調(diào)度。基于可調(diào)度性條件給出了基于非線性混合整數(shù)規(guī)劃的任務(wù)分組和調(diào)度參數(shù)求解方法