基于无线网络的应急搜救关键技术研究

针对当前缺乏快速响应的应急通信系统以及灾后快速信息获取和搜救的迫切需求，本项目面对应急搜救初期缺乏基础设施、网络环境差、终端设备能量受限等新的挑战，通过研究面向compressed sensing的网络路由生成树构造和面向无中心自组织网络的局部gossip信息分发机制，实现可靠、高效、节能的应急搜救信息传输。主要内容包括：（1）自组织网络技术，解决网络连通性和节能问题。（2）无中心网络中基于gossip的信息分布式存储技术，实现信息的可靠、冗余存储。（3）基于compressed sensing理论的信息压缩传输技术和跨层协议设计，解决网络连接不可靠条件下的可靠高效传输问题。（4）网络定位技术。本项目从实际应用中抽象出科学问题，在新的应用条件下开展探索和研究，富有挑战性和前瞻性，具有极其重要的理论意义和应用价值。预期在理论方法上有所创新和突破，为应急救援科学决策提供及时准确的搜救信息。

为了提高应急通信的快速响应能力，本项目提出在灾后搜救初期，利用残存移动终端以及救援人员携带的少量无线通信设备或传感器等，建立应急自组织网络，为幸存者提供相互通信的能力, 及时准确地搜集灾情和受困人员状态信息。灾后应急搜救的无线通信网络，面临基础通信设施缺乏、网络环境传输质量差、终端设备功率和能量受限等恶劣条件和约束，如何克服网络生存期与节点能耗之间的固有矛盾，快速组网、可靠地保存信息、高效地传输信息，如何有效利用少量的救援设备优化网络，准确定位节点等，是本项目所面临的新的技术挑战。华中科技大学董燕副教授领导的课题组，在国家自然科学基金项目“基于无线网络的应急搜救关键技术研究（编号：60933012）”的资助下，开展了深入的研究工作，取得如下主要成果：. 针对应急救援自组织网络的组网和动态频谱接入需求，通过对频谱范围从20MHz到3GHz，中国广东省的四个城市和地区的信道进行测量，研究了信道占用特性，每个无线业务的信道利用情况以及频谱和空间的相关性等。得到了最佳可信度频谱检测算法、机会频谱共享建模等创新性成果，并进一步展开协作多址接入、路由研究，研究成果得到广泛引用。. 研究并设计了具有RIP性质和结构化特征的稀疏观测矩阵，通过理论证明和仿真检验了二值稀疏、多值稀疏和准循环稀疏观测矩阵的性能，首次对压缩采样重构算法进行了FPGA实现，达到单片重建速率40Mbps，并将该成果应用到高效信息传输理论和系统研究，取得重要突破，得到推广应用。. 针对无需测距定位中广泛存在的跳数-距离模糊问题，提出了一种新的网络测度归一化邻近距离(RND)，分析了RND在有限和无限节点密度条件下的统计特征，提出基于RND的定位算法DV-RND；针对一般无线传播模型下的最优邻居定义问题，提出了动态自适应邻居选择算法，在网格部署、随机均匀部署、非均匀部署和含有网络覆盖空洞的场景中验证了DV-RND的优势。. 构建并实现了自组织网络实验平台，开展了上述研究中基于概率拓扑控制的组网、路由、定位方法、故障恢复等的验证。. 已发表（收录）论文85篇，其中SCI收录30篇，EI收录50篇，单篇论文被引用次数最高达到125次，被引用次数超过20次的有5篇，申请国家发明专利23项。培养IEEE Fellow获得者1人，博士7名，硕士20名。. 该项目已全面完成研究计划，研究工作取得重要进展。