973计划之WSN课题：WSNs的基础理论及关键技术研究

973计划之WSN课题：WSNs的基础理论及关键技术研究

项目名称：无线传感网络的基础理论及关键技术研究
项目编号：2006CB303000
项目领域：信息
第一承担单位：上海交通大学
开始日期：2006-09-01
预计完成日期：2011-08-31
概述：　　

无线传感网络在新一代网络中具有关键性的角色，作为一种新的计算模式，推动科技发展和社会进步，已成为国际竞争的焦点和制高点，关系到国家政治、经济、社会安全。发展我国具有自主知识产权的无线传感网络技术，推动我国新型无线传感网络产业的跨越式发展，对于我国在21世纪确立国际战略地位具有至关重要的意义。

无线传感网络发展趋势呈现出以低耗自组、异构互连、泛在协同为基本特征的全新形态。传统理论与模型难以描述无线传感网络的传感、异构、无线、移动、泛在和互连、以及单个传感器的能量、存储和计算能力有限的基本特性。本项目将运用系统科学的相关理论，探索无线传感网络内在的基本规律，面向无线传感网络这样一个新的研究对象，以能量、通信、时间和空间复杂性最小化为目标，创建一套新型的理论、方法和技术体系。

为适应新一代网络的发展需求，针对国内外网络技术的发展现状和传感器件制造的发展趋势，本项目以建设大规模、实用化、高可靠的新一代无线传感网络系统所急需的关键技术为突破口，围绕低耗自组、异构互连和泛在协同三个关键科学问题展开研究。

本项目的总体目标是：面向煤矿监测、水环境检测、上海世博会安全监控等重大应用需求，从发展新型无线传感网络产业的角度，以解决“低耗自组、异构互联和泛在协同的复杂系统及资源优化的自组织网络”问题为核心，研究新一代无线传感网络的基础理论与关键技术。在实现从传统网络到新一代网络的转变，从系统实体单元的单一同构性到泛在异构性的转变，以能量、时间和空间复杂性最小化为目标，提出一整套无线传感网络基础理论与关键技术的突破，使我国在相关领域的研究成果进入国际领先行列，并在基础研究成果与无线传感网络产业发展的结合方面形成研究特色，形成若干具有特色的技术标准和技术专利，为我国在未来5-10年内建立新型无线传感网络产业打下坚实的基础，为我国无线传感网络产业的发展提供核心技术的支持。

Wireless Sensor Networks (WSNs) play an important role in next generation networks. As an emerging technology with great potential to drive the development of science and technology, promote the advancement of society, and impact national politics and security, WSNs have become a primary focus of international competitors. It is of significant importance to develop WSN technology based on our own originality and creativity in order to advance the WSN industry and to help China establish its international strategic position.

WSNs differ from conventional network systems in many aspects; they involve a large number of ad hoc pervasive and distributed sensor nodes which are energy-constrained, self-organizing, and self-configuring. WSNs bring new challenges, including its heterogeneity, mobility, ubiquity, etc., which go well beyond the issues addressed by existing networking theories and algorithms.

In order to lead the way into the next generation of networks, we are going to establish a new series of theories, methodologies and technologies for WSNs. We will accomplish this by exploring the fundamentals of WSNs, focusing on the three key issues of constructing large-scale, practical and reliable WSN systems: (1) energy efficiency and ad hoc, (2) heterogeneous interconnection and (3) ubiquitous collaboration.

Our objective is as follows. Based on three novel applications of WSNs: coal mine surveillance, water resource detection, and security surveillance of the Shanghai World Expo, we will conduct fundamental research by solving the problems of energy-efficiency, heterogeneous interconnection, ubiquitous collaborative complexity and resource-optimizing ad-hoc networks. In order to realize the transition from conventional networks to the next generation of networks – the individual and homogeneous to the ubiquitous and heterogeneous – we will propose a series of fundamental theories and study the critical technologies of WSNs. Such efforts will help China to establish a leading position in this research field and form the Chinese characteristics when transferring the research results to the WSN industry. By defining corresponding standards and filing patents, we will provide a solid foundation for the WSN industry of China in the next five to ten years and provide core technological support for the national development of WSNs.



该课题共有七个子课题：

课题名称：无线传感网络节点系统的体系结构研究
课题编号：2006CB303001
英文名称：Architecture of Node System in Wireless Sensor Network
承担单位：浙江大学

主要内容和目标：

研究内容：（1）以灵活、高效、可扩展和兼容性为目标的节点新型软硬件体系结构；（2）以安全性、实时性和低能耗特征为目标微型操作系统的设计理论与实现方法；（3）以保证协议及算法的安全存储、运行速度及管理效率为目标的软硬件协同设计理论和实现方法；（4）无线传感网络分布式环境下协同瘦信号处理的数据特征提取理论模型和对等网络虚拟测量方法。研究目标：掌握新一代无线传感节点系统的设计理论与方法。包括新型软硬件体系结构、有效的低耗节能及实时并发模型、可靠的安全机制，信号感知和片上系统的设计理论与方法，协同瘦信号处理的数据特征提取理论模型和对等网络虚拟测量方法。

课题负责人： 陈纯
主要学术骨干：崔莉 郑扣根 卜佳俊 李石坚 王雪
一般参加人员：蔡亮 苗勇 徐海燕




课题名称：无线传感网络的自主组网模型与方法研究
课题编号：2006CB303002

英文名称：Research on Self-organizing Models and Methods of Wireless Sensor Network

承担单位：上海交通大学

主要内容和目标：

研究内容：（1）节点定位模型：估计节点位置的方法，提高定位准确度；定位算法的评价体系和量化模型的研究；实时定位管理问题的研究；无线传感网络锚节点的配置及其相关研究；三维空间定位。（2）节点时间同步：研究在符合工程实践的假定条件下，以低功耗为优化目标，设计和综合出一套精度能够依赖应用要求自适应调节的，适合无线传感网络自组织、多跳，节点密集、易失效等特性的时间同步机制及其实现算法。（3）自组织型节点的标识问题：平面标识分配；基于物理位置的标识分配。（4）拓扑控制与覆盖：节点唤醒和睡眠机制研究；考虑地形的影响情况下引入移动传感器提高网络覆盖效率问题研究；低能耗、分布式、高效的对于大规模无线传感网络的分簇算法研究；无线传感网络对智能目标监控的拓扑结构控制以及隐藏无线传感网络问题的研究。研究目标：在无线传感网络自主组网基础模型，包括定位模型、时间同步算法、标识分配、拓扑控制与覆盖等方面，取得突破性基础研究成果，并在应用示范系统中得到应用。

课题负责人 伍民友
课题第二负责人 薛广涛

主要学术骨干 吴松

一般参加人员 赵文耘 蒋文斌 邓倩妮 黄林鹏 饶若楠 唐飞龙





课题名称：无线传感网络的通信协议研究
课题编号：2006CB303003
英文名称：Communication Protocols for Wireless Sensor Network

承担单位：上海交通大学

主要内容和目标：

研究内容： （1）设计新的MAC协议：满足低能耗开销；有效避免碰撞；实现简洁，代码小，可动态配置，易管理维护等特性；（2）建模分析IEEE 802.15.4的MAC协议的性能；（3）研究适用于无线传感网络的数据安全传输协议，以实现数据的加密传输、数据源认证等；（4）研究网络层的包冲突预防机制；（5）传输协议研究：结合传感器网络流量的间歇突发特性和多对一汇聚特点,针对不同业务的不同需求,以低能耗,可靠性,公平性和有效吞吐量为性能指标,为传感器网络设计理想的传输控制子系统,并研究其中的核心机制与关键算法；（6）长期网络连通性的研究：我们拟通过智能化的网络层包聚合算法来减少临近网关节点的通信量，提高其工作效率，以此来减少因缺乏中间节点而导致的网络中断；另外,我们也拟进行网络后期维护问题，使用某些自动控制机器人等设备，通过路由算法引导其对网络进行维护以大幅度提高网络寿命及可用性。研究目标：为无线传感网络设计高可靠性，高吞吐量，低能耗，低传输延时的安全的可信的传输通信协议栈；设计并实施相关原型系统，为无线传感网络的工程实际应用提供有效的研究成果和借鉴作用。

课题负责人 倪明选

课题第二负责人 刘云浩

主要学术骨干 李波 罗琼

一般参加人员 张成志 李明禄 陈双幸 陈雷 顾宗华 张黔 杨强 贾维佳 吴其彦 高福祥 许斌 赵泽 邓庆绪





课题名称：无线传感网络接入互联网的模型与机制研究
课题编号：2006CB303004
英文名称：Internet Access Model and Mechanism for Wireless Sensor Network

承担单位：南京大学

主要内容和目标：

研究内容：为实现无线传感网络接入互联网，具有接入安全性、系统可用性和可扩展性，我们将研究多网关技术和无线网状网相关技术，内容涵盖了无线传感网络接入互联网的各个主要方面。具体内容包括：（1）复合型无线传感网络接入互联网模型。分析基于代理、DTN网络和网状网结构的接入方式优缺点，研究一种复合型接入模型；（2）网关数目和无线传感网络规模关系模型。建立数学模型，研究在具体性能要求下，网关节点数目和无线传感网络规模之间的关系；（3）多网关动态部署、移动策略、负载均衡、容错机制。研究网关位置的动态部署理论；研究移动网关的移动策略，提高接入性能。研究数据请求的分发策略和迁移策略，实现网关负载均衡；研究多网关容错机制，保证部分网关失效时接入的可用性；（4）轻量级网关访问控制、数据验证和高效抗DoS攻击机制。研究网关的访问控制机制，保证数据机密性；研究网关的数据验证机制，保证数据真实性。研究检测和抵抗DoS攻击的机制，应对来自互联网和无线传感网络内部的双重DoS攻击。特别地，由于网关资源仍然受限，我们需要研究轻量级的安全机制；（5）适用于无线网状传感网络的通信协议。研究节点到无线路由器间的短距离数据传输；研究节点和路由器之间的信道分配问题；研究节点到路由器的路由建立机制；研究路由层和链路层的跨层优化问题；（6）基于无线网状网的传感节点的移动性支持。研究维护动态的节点拓扑及路由器切换问题；研究轻量级的分布式节点移动性管理机制。研究目标：研究无线传感网络多网关和无线网状网理论和方法，根据实际应用，解决大规模传感网络接入互联网的关键理论问题，提出面向新一代网络技术的传感网络接入互联网解决方法。

课题负责人 陈贵海

主要学术骨干 陈力军 窦万春 陆桑璐 陶先平 王晓东

一般参加人 任浩 宋方敏





课题名称：无线传感网络数据管理理论与算法研究
课题编号：2006CB303005
英文名称：Theory and Algorithm of Data Management in Wireless Sensor Networks

承担单位：哈尔滨工业大学

主要内容和目标：

本课题主要研究无线传感器网络数据管理的理论和算法，包括传感器网络数据的模型、能源有效的传感器网络数据操作算法、数据查询（包括即时查询、连续查询、近似查询）优化与处理的理论和算法、数据挖掘的理论和算法、数据联机分析的理论和算法、支持数据管理的能源有效的路由理论和算法，发现和解决重要的科学技术问题，取得突破性进展。在上述理论和算法研究的基础上，本课题还将研制一个传感器网络数据管理系统原型，包括数据查询处理子系统、数据挖掘子系统、数据联机分析子系统，在实践中验证基础理论研究成果的正确性。

课题负责人 李建中
主要学术骨干 高宏 李金宝 石胜飞 孙星明
一般参加人员 骆吉洲 张炜





课题名称：无线传感网络应用示范系统
课题编号：2006CB303006
英文名称：Demonstration Systems of Wireless Sensor Network
承担单位：中国科学技术大学

主要内容和目标：

研究内容（1）结合井下实际测量结果确定无线通信方法、无线信道分配和通信协议以及数据传输方法等研究优化适用于煤矿井下特殊环境要求的无线传感网络系统结构；（2）煤矿瓦斯灾害研究系统的关键应用模块研究。包括动态人员定位模块、分布式人员注册模块、拓扑生成模块，针对异构数据传输的数据编解码、压缩和数据融合模块；（3）研究无线传感网络在水资源环境监测系统中的关键技术，包括有效的结点配置技术，由于传感网络在特定的应用中（如河流监测），结点拓扑结构是很特殊的，因此有必要研究传感网络有效结点配置技术，能实现低能耗有效的数据收集；数据融合和聚集技术，以保证水污染等报警的正确率；不同类型消息的调度，因为在环境监测系统中存在多种消息，需要调度这些信息来满足实时性的限制与要求；（4）研究世博会中基于无线传感网络的快速部署和数据集成系统，以及无线传感网为基础的世博Web展示技术；（5）完成相关系统的原型并在此系统上验证和实现总体项目其它课题的研究成果，以此典型应用证明无线网的实用价值和技术上的可行性。研究目标围绕在煤矿安全，水资源监测和世博重大活动的特定条件，结合无线传感网络的应用特性，以低耗自组、异构互连为目标。完成相关系统的原型并在此系统上验证和实现总体项目其它课题的研究成果，以此典型应用证明无线网的实用价值和技术上的可行性。

课题负责人 陈国良
课题第二负责人 黄刘生
主要学术骨干 吴俊敏 余敏 曹健 张信明 张俊霞
一般参加人员 徐云 许胤龙





课题名称：无线传感网络测试平台与监控工具
课题编号：2006CB303007
英文名称：Test-bed and Monitor Tools for Wireless Sensor Network
承担单位：中国科学院软件研究所
主要内容和目标：

研究内容：（1）面向测试的无线传感网络系统结构和节点系统软硬件框架；（2）无线传感网络的状态信息收集策略；（3）无线传感网络的性能测试方法和误差评估理论；（4）无线传感网络的仿真技术；（5）无线传感网络的状态/行为模型；（6）测试平台和工具的实现技术。研究目标：本课题的研究目标是研究无线传感网络测试平台和工具，提出一整套面向无线传感网络的仿真、测试、监控的理论，形成无线传感网络的测试和监控的理论框架，并应用到实际的网络性能测试和网络管理中。建立一个异构的可远程监控的无线传感网络测试平台系统，开发一套具有我国自主知识产权的无线传感网络的调试、测试、监控和仿真工具。

课题负责人 孙利民
主要学术骨干 陈小武 刘卫东 方贵明
一般参加人员 王莉莉 皇甫伟 张维 梁阿磊 刘海涛 徐玉峥 王晟 陈震

Ref:
http://space.univs.cn/?7554/viewspace-40801.html