无线射频信号被广泛应用在无线系统中,推动无线系统部署在生活的每个角落,例如Wi Fi系统、Zigbee系统、BLE系统、无线充电系统等等。而这些无线系统中的无线设备的感知是连接物理世界和信息世界的重要的纽带,受到学术界和工业界的广泛关注。无线系统的无线射频信号既可以传播数据信息也可以携带能量。无线系统的感知性能受到收发链路的信号的稳定性、多个发送设备的连通性、以及面向复杂任务的容错性等方面的影响。具体而言,首先,无线系统的接收设备可以通过无线射频信号传播的数据信息,计算出无线信道的信道状态信息(Channel State Information,CSI),信道状态信息反映了环境的变化情况,也即CSI测量值与环境中的目标物体的运动具有一定的关系。那么获得CSI测量值的稳定性直接与其感知环境中目标物体运动的变化幅度、目标的表面积、以及能够感知物体的最大覆盖范围有着密切的关系。其次,多个发送设备之间部署的位置、朝向的关系,以及多个发送设备之间协作调度、时钟同步都会影响无线系统接收设备感知能量变化的性能。最后,无线系统的设备结点去执行复杂的任务时,比如火灾的监测、战场中敌人入侵的监测等等,某一些设备结点可能由于恶劣的环境导致其不能正常工作,而这些不能正常工作的结点可能导致重要感知任务不能完成。本文旨在突破无线系统的感知性能瓶颈,使无线系统能够稳定持续长久的运行下去。基于此研究目标,本文针对无线系统在感知性能优化方面存在的主要问题,从无线系统的感知性能的稳定性、连通性、容错性为研究的切入点,针对物理层获得稳定的信道状态信息实现细粒度手势的感知、网络层部署多个连通的能量发射器实现接收设备感知性能最大化、以及任务层容错的部署能量发射器使得感知性能最大化的三个具体问题,进行理论和系统方面的深入研究,取得了如下的研究结论:(1)研究无线系统的物理层稳定性的感知性能优化问题,即在简单的商用设备部署条件下,获得稳定的物理层的信号,从而实现手势移动距离和方向的细粒度的感知。具体而言,我们研究从商用Wi Fi网卡中提取与物理层相关的信道状态信息不稳定的来源,这些来源主要包括发射端和接收端设备的载波频率不同步、接收端设备的采样频率偏移、接收端设备检测包时的包探测时延以及受到其他设备的干扰和环境中的噪声。我们认真分析了每种不稳定来源的特性,并针对其特性,设计了相位纠偏算法、局部极值探测等算法来纠正获得的不稳定的信号,将纠正后的稳定的信号与手势移动的距离和方向建立对应的数学感知模型,从而实现实验验证了我们提出的算法确实可以实时细粒度的感知手势移动的距离和方向。物理层感知性能的稳定性可以为上层感知的平稳运行提供保障。(2)研究无线系统的网络层连通性的感知性能优化问题,即如何在无线系统中部署能量发射器的位置和选择能量发射器定向天线的朝向角度,确保部署的能量发射器之间可以相互通信,并且实现无线系统的网络层的感知性能最大化。具体而言,我们首先提出候选方向角提取的算法,将能量发射器定向天线的朝向角度的无穷个候选解空间转化成有限的候选解空间,构造能量发射器候选位置和候选朝向角度的候选策略集合,这时,我们的优化问题变为连通约束条件下的子模优化问题,通过提出的密集区域划分技术,我们提升了已有最好的求解连通子模最大化的算法的性能,通过实际实验我们的算法,进一步验证了我们提出的算法确实可以提升无线系统网络层连通性的感知性能。网络层连通性的感知性能的提升可以为物理层感知性能的稳定性提供长久的能量保障。(3)研究无线系统的任务层容错性的感知性能优化问题,即容忍无线系统某些与感知相关度很高的设备节点不工作的情况下,仍然能够通过选择其他能量发射器的部署位置,来实现无线系统任务层的感知性能最大化。具体而言,我们用区域离散化技术,将部署能量发射器的无线多个候选位置转变成有限个候选位置。这时,我们的优化问题变成了一个需要满足容错约束的双层紧耦合优化问题,为此,我们提出了一个基于鲁棒子模贪心算法的求解凸优化的算法框架,并在理论上证明提出的算法是具有一个常数近似比的性能保障的。通过仿真实验和实际实验实现我们提出的算法,验证了我们提出的算法可以提升无线系统任务层感知性能。任务层容错的感知性能提升可以为物理层和网络层完成感知任务提供给鲁棒性的保障。