长距离WMSN的矿井多媒体救灾通信系统基础理论研究

煤矿灾难严重威胁人的生命，并且也给煤矿带来毁灭性的破坏，发生灾难的煤矿井下电力及通信系统部分受损或完全瘫痪，我们利用无线传感器网络建立有效的矿井多媒体救灾通信系统来协助灾难的救助。由于井下空间横截面较小但距离较长，且携带镜头的节点经常是移动的，针对该情况我们将致力于以下内容的研究：抗密集多径并且适于长距离传输的V-MIMO传输模型的建立；复杂度较低的协同图像压缩编码技术以及高复杂度、可靠性好的解码技术；信源节点移动并且适于信息传输的快速组网协议模型及控制任务转移算法。通过对该系统的研究和建立，可以有效减少矿难人员伤亡及相关损失。

煤矿灾难严重威胁矿工的生命安全，并且给煤矿带来毁灭性破坏，发生灾难的煤矿井下电力及通信系统部分受损或完全瘫痪，项目利用无线多媒体传感器网络(WMSN)建立有效的矿井多媒体救灾通信系统来协助灾难的救助。在基于WMSN构建的长距离井下救灾监控系统中，使用UWB信号进行信息传输能够满足井下抗多径、防爆以及高定位精度的要求，因此，本基金项目首先研究了井下不同物理环境对UWB信号传播的影响，并据此提出了3类简化并可扩充的井下信道模型；通过相应的参数设置对所提出信道模型的多径传播和时延扩展特性进行了仿真验证。然后，项目针对煤矿井下暗光环境易产生眩光特性和人眼视觉特性，引入JND模型，在尽量不增加编码复杂度的情况下提取ROI感兴趣区，提出一种基于HVS&ROI的分布式视频编码方案，实验结果表明所提出的方案在不改变图像主观质量的条件下能有效地减少压缩所用比特数，获得较好的压缩性能，适用于计算能力、内存容量、耗电量都受限的WMSN。项目继续研究了多媒体传感器节点的快速组网关键技术，根据源节点和目标节点的数量，提出了相应的路由优化算法，仿真结果表明所提出的算法在节点剩余能量、源节点与目标节点匹配数量和能量消耗等方面均具有能量有效性和耗能平均性，能够延长煤矿井下WMSN的生存期，避免井下“信息孤岛”的过早出现。最后，项目研究了井下WMSN协作通信即虚拟MIMO系统，实验结果表明所提出的协作通信即虚拟MIMO系统模型能够在传感器节点能量消耗的“公平性”和“系统效率性”之间取得有效的折衷，在进一步减小多媒体传感器节点能耗的同时，能够确保节点的数据传输速率，提高了整个网络的数据传输能力。