山区复杂地形无线传感器网络自适应定位算法与路由协议研究

Abundant hills make Jiangxi Province rich in mineral resources but mining would cause environmental pollution. Therefore, monitoring and early warning of environmental pollution and mountain landslide is vital. Environmental monitoring is an important application of wireless sensor networks, furthermore positioning and routing protocols are foundations for wireless sensor network. Wireless sensor network positioning and routing algorithms are mostly based on two-dimensional or three-dimensional free space currently. If it is applied to the environmental monitoring of mountain terrain directly, the deviation of node localization will be large. Using digital topographic map, constraint in mountainous terrain for sensor node positioning, the project examines adaptive localization algorithms with higher positioning accuracy and for complex mountainous terrain. Base on node positioning, combine with mountainous terrain features, the project examines routing algorithm based on mountains three-dimensional geographic coordinates. It will reduce the routing control overhead, lower energy consumption and improve the life cycle of wireless sensor networks. The project will make up the shortage of mountainous terrain wireless sensor network positioning technology and routing algorithm, lay the theoretical foundation for large-scale deployment of wireless sensor network monitoring system in mountainous terrain. And on this basis, developing wireless sensor network platform with independent intellectual property rights, based on the mountain environment monitoring. And expect to monitor mountain areas forest fire, environmental pollution and landslide.

江西省属多山地区，矿产丰富，但开采易造成环境污染。开展环境污染与山体滑坡监测与预警具有重要意义。环境监测是无线传感器网络的重要应用领域，而定位与路由是其应用的基础。现有无线传感器网络定位算法与路由协议大多是基于二维或三维自由空间的，如果将其直接应用到山区复杂地形的环境监测中，节点定位误差会较大。利用数字地形图，以山区地形作为节点定位约束条件，研究定位精度更高且适合山区复杂地形的自适应定位算法；在节点定位基础上，结合山区地形特点，研究基于山区复杂地形三维地理坐标的路由协议，以降低路由控制开销，减少能量损耗，提高无线传感器网络生命周期。该项研究将弥补山区复杂地形环境中无线传感器网络定位技术与路由协议的不足，为在山区大规模部署无线传感器网络监测系统奠定理论基础。并在此基础上，研发具有自主知识产权、基于山区环境监测的无线传感器网络系统平台，期望应用于山区森林防火、环境污染与滑坡等监测领域。

我国山区约占全国国土总面积的70%，山体滑坡等地质灾害多发。矿产丰富，但开采易造成环境污染。开展环境污染、山体滑坡监测与预警、森林防火具有重要意义。环境监测是无线传感器网络的重要应用领域之一。定位技术和路由协议是无线传感器网络的应用基础，也是无线传感器网络的重要研究内容之一。现有无线传感器网络非测距定位算法大多是基于二维或三维自由空间的，如果将其直接应用到山区复杂地形的环境监测中，节点定位误差会很大。本项目从实际应用出发，利用数字地形图，以山区地形作为节点定位约束条件，研究定位精度更高且适合山区复杂地形的自适应定位算法；在节点定位基础上，研究基于山区复杂地形三维地理坐标的路由协议，以降低路由控制开销，减少能量损耗，延长无线传感器网络生命周期。主要研究内容包括：（1）研究适合山头地形无线传感器网络定位算法；（2）研究适合马鞍地形无线传感器网络节点定位算法；（3）研究山区复杂地形无线传感器网络节点定位算法；（4）研究山头地形的无线传感器网络路由协议；（5）研究基于自动优化分簇的无线传感器网络路由协议等。在本项目资助下，发表学术论文20篇，其中EI期刊论文7篇，EI检索的国际会议论文1篇，CSCD核心期刊和北大核心期刊10篇。申请国家发明专利4项，其中1项国家发明专利《无线传感器网络节点定位方法及装置》于2019年8月27日获得授权，另3项国家发明专利已进入实质审查阶段。获软件著作权1项。培养硕士研究生5名。本项目的研究成果弥补了山区复杂地形环境中无线传感器网络定位技术与路由协议的不足。为在山区大规模部署无线传感器网络监测系统奠定理论基础与方法支撑。将推动无线传感器网络在山区环境污染、山体滑坡监测与预警、森林防火等领域的发展与广泛应用。