面向复杂地形路况监测及预警的无线传感网数据传输机制研究

Roads situated in complicated terrain such as mountain and valley are susceptible to the disconstruction resulted from debris flow and mountain landslide, etc, which seriously imperil the security of vehicles and passengers. With self-organization, easy deployment, and sensing data reliable and other characteristics, wireless sensor network is suitable technology to road condition monitoring and early warning under complicated terrain environment, however, the academia still lacks the deep studies about it at present. In complicated terrain environment in which the communication infrastructures are often deficient, how to achieve efficient and reliable data transmission is a key problem need to be solved first while wireless sensor networks are used for road condition monitoring and early warning. In this study, moving vehicles are used as carriers for data transmission along roads on the condition of deficient communication infrastructure. Based on the premise above, we will design the data transfer mechanisms of between the data collection sites and the remote monitoring center, and of the control and alarm messages transmitting. Further, we will propose several new highly efficient and reliable method of data transmission. This research project will provide theoretical and technical support for the construction of wireless sensor networks used in complex terrain road condition monitoring and early warning.

山地、峡谷等复杂地形中道路容易受到山体滑坡、路面塌陷和泥石流等灾害的破坏，严重威胁着过往人员和车辆的安全。无线传感网自组织、易部署、感知数据可靠翔实等特点使其成为适用于复杂地形环境下路况监测及早期预警的有效技术手段，然而目前尚缺乏针对这一问题的深入研究。在普遍缺乏通信基础设施的复杂地形环境中，如何实现高效可靠的数据传输是应用于路况监测及预警的无线传感网需要解决的关键问题，也是本课题研究的主要内容。我们拟深入研究复杂地形环境中部署于道路沿途的数据采集现场内各传感器节点与汇聚节点之间、各汇聚节点与远程监测中心之间的数据传输机制，以及报警信息的区域多播传输机制，提出新的高效可靠的数据传输方法。本课题研究的开展可为构造应用于复杂地形路况监测和预警的无线传感网提供理论和技术支撑。

在复杂地形道路环境中，有效的路况监测和早期预警对于保障行人和车辆的安全具有重要的现实意义。由于复杂地形环境普遍缺乏通信基础设施，如何实现现场信息的收集并在现场与远程监测中心之间进行有效的数据传输是亟待解决的重要挑战。为解决上述问题，本项目中我们开展了以下主要研究工作：（1）无线传感网自组织、易部署、感知数据可靠等特点十分适用于复杂地形环境下的路况监测，我们提出了基于概率性虚拟骨干网的方法、具有候补簇头节点的层次结构路由以及基于蜂窝网格划分的汇聚节点重定位方法来实现无线传感网中节能有效的数据收集；（2）在复杂地形道路环境中，通信基础设施缺乏，但是存在着一定的车流量。以这些车辆构建的车载自组织网络可作为现场感知数据与远程监测中心之间数据传输的重要基础，我们提出了基于行驶路径预测的车载自组织网络数据传输、基于公共交通系统协助的车载自组织网络数据传输等方法；（3）传感器节点部署于地质灾害多发的复杂地形环境，相当数量的传感器节点可能失效和损毁，容错机制非常必要。我们提出了网络拓扑中的割点检测方法、基于割点的网络拓扑修复策略来增强和提高无线传感网的健壮性。通过对上述关键问题的深入研究，项目组取得了结合应用无线传感网和车载自组织网络来实现复杂地形环境下路况信息采集和传输机制的阶段性研究成果。对照项目申请书和计划任务书，已按期完成了预定的研究目标和任务。.作为上述研究工作成果的体现，本项目共发表学术论文16篇（其中SCI收录3篇，EI收录7篇，已录用待发表论文2篇），出版学术专著1部。依托本项目，培养青年教师4名，硕士生9名。