面向紧急事件的无线传感器网络信息可靠传输理论与关键技术

无线传感器网络具有大规模、无人值守、无基础设施自动组网、抗毁性强等特点，在安全监测等领域具有广阔的发展前景。由于监测区域的紧急事件产生的信息具有突发性、紧急性、大规模、冗余性、可靠需求多样等特点，如何保证紧急信息的可靠及时传输成为无线传感器网络安全监测领域的关键问题。本课题在分析紧急信息特点的基础上，研究一种区分数据流的多优先级可靠传输机制；借助于节点状况的检测结果，设计有效的拥塞检测和速率控制算法，并根据拥塞检测度量，建立拥塞域感知的多路径路由模型，保证紧急信息的及时传输；同时从分析数据流的相似度和冗余性的角度出发，研究多级可靠的数据融合机制；充分研究各种因素对于面向紧急事件的无线传感器网络信息可靠传输机制的影响，建立初步的验证平台。通过本课题的研究，为应对紧急事件建立高效的公共安全体系和应急决策指挥平台提供重要的理论基础和技术保障。

无线传感器网络大规模、低成本、自组织的特性使其在事件监测领域有着广泛的应用前景。 然而由于环境恶劣、节点资源受限等原因，信息传输的可靠性成为无线传感器网络应用系统设计面临的重大挑战。特别是在事件监测应用领域，对信息的可靠传输提出了更高的要求。 不仅要求事件的准确感知，在此基础上还需实现事件信息的及时、可靠通告。因此，面向事件监测的可靠传输技术是无线传感器网络研究的重要内容之一。课题针对面向事件监测无线传感器网络可靠传输的关键技术问题进行了深入研究，主要包括以下几个方面的内容： . 针对现有事件检测属性单一的问题，提出一种多属性复合事件检测方法。在此基础上，对判决机制进行了改进，任何参与转发初始判决数据包的中间节点均可作为最终判决节点，不再固定为汇聚节点。中间节点在转发过程中一旦信息充分则立即作出最终判决。最终判决结果不仅需要发送至汇聚节点以通告用户，还需发给事件源节点使其停止发送初始判决信息以节省能量。针对最终判决结果的可靠传输问题，提出一种k-copy的可靠传输机制，数据包在传输过程中可按需进行冗余备份，以降低单个数据包传输失败的风险。. 传统的拥塞检测大都没有考虑节点负载的动态变化特征，并以控制源节点发送速率牺牲事件逼真度的方法减缓拥塞。针对此问题，首次提出队列变化率的概念，将队列长度和队列变化率同时纳入拥塞评估的范畴。根据拥塞评估结果将节点分为多个不同状态，并提出一种多级速率调节机制，各节点根据不同状态采取不同速率调节策略。此外，采用优先级队列设计思想，为紧急事件信息分配较高优先级，进一步保证了紧急信息的可靠传输。. 针对突发事件发生时易造成网络短时间拥塞的问题，课题提出一种突发感知的拥塞控制协议。在低负载网络环境中，传感器节点运行基于竞争冲突避免的CSMA/CA MAC协议以节省能量。当突发事件发生时，短时间之内向传感器网络注入大量的信息流，网络负载较高。传统基于竞争的信道接入方式无法适应这种高负载网络下数据流传输，造成较为严重的区域拥塞。利用TDMA适用于高负载的优点，在拥塞区域嵌入TDMA调度算法，当拥塞减轻或消除后，则恢复CSMA/CA机制。