云南民族地区水质监测无线网状传感器网络跨层机制研究

根据云南民族地区水质监测需求、特点和难点，基于无线Mesh网络原理对传统无线传感器分簇网络结构进行重构，将无线Mesh网络与传统无线传感器网络相结合，布设水质监测无线传感器节点，应用IEEE 802.11与IEEE 802.16系列标准相结合并采用网络协调器机制解决无线网状传感器组网的关键策略，构建云南民族地区水质监测无线网状传感器实验研究网络并开展水质监测实验研究。基于冲突检测、IFS和混合型的服务区分算法及无线多跳环境下CSMA/CA，研究无线网状传感器网络基于优先级的传输协议。针对无线网状传感器网络进行跨层架构设计和仿真，基于跨层信息的自适应速率、节能机制以及QoS需求的跨层MAC协议与资源分配，研究云南民族地区水质监测无线网状传感网络的跨层通信机制。研究将水质监测无线网状传感网络与移动网络、Internet网络等有效连接的方法，以实现云南民族地区水质实时监测。

国家自然科学基金项目“云南民族地区水质监测无线网状传感器网络跨层机制研究”（项目编号：60963026）课题组按既定研究计划较好地完成了研究任务内容，项目研究达到预期目标。截止目前，本项目研究出版专著1部，申请实用新型专利1项；共发表学术论文44篇，所发表的学术论文被SCI/EI/ISTP检索23篇，其中SCI检索2篇、EI检索17篇、ISTP（CPCI-S）检索4篇，所发表的学术论文被他引5次；获准后续国家级和省部级科研项目各1项；培养硕士研究生15名（6人已毕业）；项目组成员3人攻读博士研究生（1人已毕业），主要成员2人晋升职称。本项目研究在以下6个方面取得了创新性成果，即：（1）提出了“云南民族地区水质监测无线传感器网络的Levenberg-Marquardt方法在线标定技术”；（2）针对云南民族地区水质监测无线传感器网络以及射频识别动态帧时隙ALOHA类算法防冲突系统，提出了几种基于贝叶斯代价函数的新的标签估计方法，研究了一种根据标签数确定最优帧长的方案，提高了射频识别标签的识别效率；（3）基于无线网状网络（WMN）原理，结合无线传感器网络（WSN）的分簇拓扑结构特点，对无线传感器分簇网络结构进行重构，将WSN和WMN相结合，采用临近节点权值、运用整数线性规划等方法构建了可实现WSN与WMN网状全互联的无线网状传感器网络（WMSN）拓扑结构，基于德劳赖三角形对无线网状传感器网络进行了优化部署，提出了无线网状传感器网络的组网策略以及基于ZigBee的云南民族地区水质监测无线网状传感器网络拓扑结构，并应用无线网状传感器网络测量了云南民族地区水中的 PH 值；（4）提出了基于邻居节点的无线网状传感器网络自适应休眠和侦听机制，研究提出了基于TDMA的高能效多跳无线网状传感器网络MAC休眠调度协议；（5）将排队论应用于WMSN网络并建立无线网状传感器多跳数据发送模型，提出了基于排队理论的无线网状传感器网络数据链路层混合型队列模式，研究了无线网状传感器多跳数据发送模型中不同节点的有效侦听时间；（6）采用基于权值的启发式搜索算法解决了无线网状传感器网络中Mesh router及Gateway节点规划模型的NP难问题，提出了无线网状传感器网络覆盖范围内通信树理论最优分树数，研究提出了水质监测无线网状传感器网络系统能量平衡机制，以及能耗均衡型无线网状传感器网络优化部署。