[00121406]基于海浪遮蔽模型的海洋传感网动态定位与路由关键技术及其应用

海洋传感网能够在海洋环境监测、海洋生物跟踪以及海上目标搜救等相关应用中发挥重大作用, 为海洋信息的高效获取和实时传输,提供重要的技术支撑。其中,海上目标的实时精确定位与数据的路由机制是海洋传感网研究中的关键技术之一。目前,市面上的成熟的海洋数据传输系统多以点对点的传输方式为主,以美国EMM700海洋浮标监测系统为例,这些浮标通常采用GPS等定位方式,其定位精度较低。并且受传统通信技术的限制,这类点对点传输式的浮标系统不能实现大规模部署,在数据获取的高效性和数据传输的实时性方面明显不足。而目前自组织式的数据传输系统在海洋传感网系统在实际海洋环境下存在普遍的应用难题,以深圳盟贝特志成网络技术有限公司的MOBISYS浮标系统为代表：一方面,传统的无线传感网定位方法在海洋环境下不能实现精确定位,导致目标地理位置信息误差较大,难以进行目标的跟踪和后续的数据分析。另一方面,网络的数据传输不稳定,浮标的能量消耗过快,导致网络的生存周期变短。 本项目研究成果能够在高动态的海洋环境下实现物标的精确定位和鲁棒数据传输,具体创新性成果如下： （1） 基于海浪遮蔽模型的海洋传感网的节点定位新方法,实现了海洋环境下的目标位置精准获取,该方法有效提高了网络中信号传播测量的准确度以及节点定位的精确度,采用该方法,海洋传感网的理论定位精度达到0.3m,相较于其他方法提高了62%以上。属国际先进国内领先水平。 （2） 基于信息熵的海洋传感网鲁棒性路由新方法,采用信息熵法则对链路的稳定性和节点能量进行综合衡量,选择较稳定的链路和能量充足的节点进行数据的转发,避免重复创建路由,提高网络转发数据的效率。采用该方法,海洋传感网的数据传输成功率提升了20%以上,网络生存时间增加了2.5倍以上。 （3） 提出了海洋传感器网络系统及其数据传输方法,采用该方法后汇聚节点的部署不再受传统水声传感器网络体系结构中地理位置和距离的限制,并且能够在水声信道链路丢包率较高的情况下保证数据上传的完整性和数据传输率,有效降低网络中冗余数据包重传造成的能量消耗,大大提高了水声传感器网络系统的使用寿命。 （4） 基于海洋传感网技术的浮标系统,包括观测浮标、网络协调器、数据解析平台等,并在浮标系统中应用了提出的动态定位算法和鲁棒路由机制,本项目所研发的浮标系统相较于市面上现有的浮标系统,定位精度上提高了75%以上,相同电池容量的情况下,浮标系统的使用时间提高了60%以上,数据传输成功率提升了45%以上。