《面向数字航道的传感器网络可靠通信》

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近年来国内数字航道建设兴起一股热潮,取得了显著的经济和社会效益。如长江数字航道2015年基本建成,综合运用遥感、遥测、地理信息系统、宽带网络、通信、计算机模拟、多媒体等现代科技,使航道业务流程、动态监测管理和辅助决策服务实现虚拟化、数字化、网络化、可视化。广西也在加快建设西江和漓江数字航道,利用信息技术让“黄金水道”真正产生“黄金效益”。数字航道建设不容忽视的一个重要问题是在恶劣环境下可靠地检测障碍物,保障航行船只的安全。在恶劣环境下如暴雨、黑夜,航道中的暗礁以及密集的航行船只都可能给航行船只带来极大的安全威胁。如果能够提前检测到障碍物并发出预警,让航行船只及时绕过,可以更好地保障船只的安全。内河航道主要依靠浮标和灯塔为过往船只指引方向。航道上的通信方式主要是在航道区域部署监测点,它们采集的数据通过移动通信网络发送到终端。部分航道搭建了远程监控系统,可以实时查看航道通行情况。这些都是数字航道建设的重要方向,而且在保障船舶安全和提高航道通行能力方面发挥了重要作用。但是,它们不能近距离、实时地获取航道数据,观测精细度和对紧急事件的及时预警不一定满足要求。另外山地环境不方便部署大量监测点,而且代价很大。数字航道缺乏保证障碍物检测可靠性的方案。传感器网络作为面向应用的分布式计算平台,是物理世界和虚拟世界的桥梁。大量传感器节点部署在航道区域,能够长期观测航道并且实时获取数据,提高障碍物检测和预警的能力。障碍物检测结果在传感器网络中的可靠传输决定了预警是否成功。该项目研究面向数字航道的传感器网络可靠通信技术,为平安、畅通的数字航道建设提供了一种新的技术方案,也为其它应用环境下的障碍物检测提供了可参考的技术。该项目研究包括数字航道障碍物检测数据传输需求分析、节能的MIMO中继转发和节能的MIMO信道编码三部分内容。负责感知的传感器节点根据其在数字航道中的观测数据,对障碍物做出初步的预警,产生一比特预警数据。这一比特数据在传感器网络中以MIMO通信的方式逐跳发送到终端。终端根据所有接收到的数据进行最终判决,产生预警消息并发送给用户。课题组采用中继转发和信道编码技术提高数据传输的可靠性。

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