在地震灾害频发的今天，震后救援系统的研究备受关注，特别是救援定位系统。然而，现有大量用于救援定位的方法都难以摆脱对人力与救援工具的依赖。因此，救援效率受到极大限制，无法满足恶劣环境下实时救援的需求。为此，本文提出了可与卫星通信相结合的无线地下传感器网络（Wireless Underground Sensor Network， WUSN）救援定位系统。而作为该系统的核心部分，WUSN的实现却面临着诸多区别于传统无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）的困难，特别是在其数据传输协议方面。本文针对WUSN的三大特点，即频率选择性、不均匀性和高损耗性，深入研究了WUSN的数据传输协议。本文的研究内容主要包括：
　　1、研究了WUSN中地下传感节点向地下汇聚节点的数据传输路由协议问题。针对WUSN网络的频率选择性，提出了一种基于Q-learning的分布式路由协议。在WUSN系统中，由于震后地下环境中钢筋等导体媒介的存在，地下传感节点间的地下无线信道会遭遇到极强且时变的频率选择性。为此，我们将具有该频率选择性的WUSN网络映射到一个多层网络，进一步对WUSN路由问题进行了详细的数学描述，并给出基于Q-learning算法的求解方案，使得网络中传感节点可以不断学习环境来优化路由选择，提高传输性能。同时，通过仿真实验验证了Q-learning路由算法的收敛性和有效性，并分析了算法相关参数对网络性能的影响，如数据包传输成功率和平均传输速率等指标。
　　2、研究了WUSN中地下汇聚节点向地上接收节点的数据可靠回传协议问题。针对WUSN网络的高损耗特性，提出了一种结合射频（Radio Frequency，RF）能量采集技术的数据可靠回传协议。在WUSN系统中，地下汇聚节点在向地上接收点发送信号时，会遭受到极大的路径损耗。我们引入RF能量采集技术，很大程度上满足了WUSN极高的能耗需求，形成了一种新型网络，即无线电供能地下传感器网络（Wireless Powered Underground Sensor Network，WPUSN）。其中，所有地下传感节点都需要通过采集来自于地上接收点的下行RF能量来支撑其上行数据传输。基于时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）协议，我们可以通过调整下行链路和上行链路的时隙分配，来权衡下行能量传输和上行信息传输。在WPUSN框架下，我们讨论并以闭式解的形式给出了一个时隙最优分配方案。基于该方案的数据回传协议实现了基于可靠性保障的网络吞吐量最大化。
　　3、研究了WUSN中地下汇聚节点向地上接收节点的数据高速回传协议问题。针对WUSN网络的不均匀特性，进一步提出了一种结合多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output， MIMO）技术的数据高速回传协议。尽管我们此前提出的WPUSN框架能够解决能耗问题从而保障其可靠数据传输，但是其中每个地下汇聚节点的能量储量只能依赖于信道质量而无法进行重新分配。因此，在强异质性的地下环境中，WPUSN的地下汇聚节点很可能需要面对能量与任务量不匹配的问题，这极大地限制了它们上行链路的速率，影响网络的应用。考虑到MIMO技术在功率分配上的作用，我们将MIMO引入，从而建立了基于MIMO技术的WPUSN网络（MIMO-WPUSN）。和WPUSN的区别在于， MIMO-WPUSN中地上接收点配置着多天线，可以利用波束成形技术对地下汇聚节点进行下行能量传输。在MIMO-WPUSN框架下，我们讨论并以闭式解的形式给出了时隙和能量联合最优分配方案。基于该方案的数据回传协议在解决可靠性问题的同时，也实现了基于速率保障的网络吞吐量最大化。
　　总而言之，本文所提的路由协议和数据回传协议构成了WUSN数据传输协议，为WUSN的实现提供了理论指导，助力于智能化救援系统的建立。