[00931994]面向应急救灾领域应用的无线传感网络关键技术及系统实现

中国是个幅员辽阔，自然灾害多发的国家，在自然灾害中通信设施遭到破坏，往往出现较长时间的通信中断，如果应急无线网络部署迅速，会令救灾工作更为主动。无线传感网络最大的优势在于通过一组大冗余低成本的简单传感器协同工作，可以实现对某一复杂环境或事件的精确信息感知和信息的传输。针对应急救灾应用、各种环境信息获取的方式以及不同的网络协议，该项目提出通用的计算模型和网络体系结构，实现应用驱动的应急救灾无线传感网络信息服务平台。主要研究成果如下：1.提出应急救灾主动无线传感网络结构，为多样化的应用程序提供标准的系统服务，运行时支持多个应用环境以及它们间的协作，能够更有效的利用系统资源，根据应用需求动态的配置网络。提出一种通用的计算模型，设计和实现一种适用于应急救灾无线传感网络中间件系统，实现应用驱动的应急救灾物联网信息服务平台。2.基于无线传感网络的人员遇险区域定位系统研制，开发以超宽带为物理层的基于无线传感网络的矿井自组织无线精确定位网络系统和矿井无线救灾通讯系统。提出UWB-NMDS定位算法，在没有信标节点的情况下也能产生节点的相对位置图。在复杂环境下利用组建的无线传感网络，实现了适合特定环境下的移动节点定位算法，实现固定和移动节点准确定位以及实时的环境数据采集，为应急救灾应用提供理论和应用支撑。3.应急救灾无线传感网络通信协议、路由算法的设计。研发应急救灾无线传感网络中能量高效的通信机制，包括路由算法、MAC算法等。路由算法保证节点间高效通信，维护数据传输路径的连通性。提出高效的、低能耗的路由算法。提出低能耗的MAC协议，有效地减少复杂环境监测系统中节点能量消耗。4.构建应急救灾无线传感网络信息平台。研制各类传感和通信节点，包括433M、900M、2.4G等多个频段通信节点；用于多媒体信息采集的多媒体节点；用于Zigbee和WLAN网络协议转换的网关节点等。设计和实现平台的嵌入式操作系统和嵌入式软件，开发和实现应急救灾综合信息处理平台软件。应用无线传感网络技术构建应急救灾信息系统，具用准确、实时、高效、灵活的特点，在灾害预测、复杂环境监测上有广泛的应用前景和巨大的社会效益。人员遇险区域定位系统的研究与实现彻底改变井下无线通信的现状，进一步提高安全管理水平，在井下的应用有着很大的发展前景。该项目为多类型的应急救灾应用提供了综合处理平台，在矿井、环保局、国家核应急中心、智能交通等行业都有应用示范，创造经济效益6000万。该项目获得国家自然科学基金、十一五科技支撑重点项目、湖南省科技支撑重点项目、教育部博士点基金等项目支持。该项目已经获得授权专利6项，授权软件著作权2项，出版专著1本。在国际和国内核心期刊发表相关论文59篇。其中SCI检索8篇，EI检索30篇。培养博士6名，硕士28名。