风沙环境中基于机会通信的无线传感器网络组网问题的基础研究及示范性应用

当前风沙近地监测方式存在监测区域受限、数据精度有限等问题。本课题提出采用基于机会通信的无线传感器网络进行风沙近地监测的思想，利用在风力作用下随机移动的通信节点与位置固定的传感器节点和基站相遇的机会进行数据传输，实现监测数据从传感器节点通过通信节点转发至基站的过程。该方式的优势有：监测数据精确、监测范围灵活、网络健壮性强于传统WSN、成本低于传统WSN等。本课题重点研究风沙环境中基于机会通信的无线传感器网络的组网问题，包括通信节点的移动模型，基站和传感器节点的选址分布策略以及节点的通信策略等，以确保通信节点能以较高概率与基站和传感器节点相遇，并有效的将数据进行转发。本课题通过对风沙近地监测方法的研究，进一步探索基于机会网络的移动目标组网与通信的方法，具有较高的理论意义和实际应用价值。

本课题以节点高相遇概率、邻居快速发现、数据可靠传输为主要研究目标。研究采用传感器节点以基于机会通信的数据传输方式，利用通信节点实现数据由传感器节点转发至基站的风沙传感器网络组网技术，确保通信节点能以较高的概率与监测节点和基站相遇，并快速建立通信链路、有效传输数据，最后实现在风沙实验环境中进行系统验证及示范应用研究。 .在本项目执行期间，各项工作已经按照课题计划书的计划顺利完成。课题组通过研究确定了当前复杂的风沙环境下机会网络的组网模型，并初步提出了基于这一模型下的机会网络组网算法，同时在课题组开发的ONEMS原型系统上应用了这些算法，得到了较好的结果。针对通信节点的移动模型的建立，课题组采用安装有GPS芯片的采样节点，根据实验结果及大量的数据统计结果，抽象出风沙环境中的节点移动模型。针对节点数量及部署问题拟从两个角度出发，首先结合节点移动模型，参考通信节点的移动轨迹，寻找多个节点相遇高密度区，这些区域则是部署基站的待选区域；接着，通过分析移动通信基站选址规划相关技术方法，建立适合本课题的节点分布选址模型。最后将两种方式相结合，获得节点最优分布策略。.课题组自主研发和完成了节点的设计工作；搭建了实验测试的硬件平台和软件平台，在实验平台上做了大量的测试验证工作；为了及时采集和处理海量的被监测数据，我们提出了雪崩计算概念，并举办了雪崩计算的国际研讨会；为了及时存储和处理海量的数据，我们成功搭建了云平台，并做了一些验证实验；国际合作与交流方面，我们邀请了本领域内的知名学者Lothar Thiele教授来实验室做了科研探讨并提供了建设性的意见和经验指导，推进了项目的进展。同时与国内甘肃万维信息技术有限责任公司、中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室做了交流与合作。