礦井穹頂型長(zhǎng)直巷道WSN覆蓋與路由算法研究.pdf

1、礦井巷道既承擔(dān)了日常生產(chǎn)的運(yùn)輸通道，同時(shí)也是應(yīng)急情況下的工作人員的主要逃生通道，因此對(duì)礦井主巷道的環(huán)境監(jiān)測(cè)是保障生產(chǎn)和安全的基礎(chǔ)。傳感器節(jié)點(diǎn)作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)件具有價(jià)格低、體積小、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于自然條件惡劣的環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域，特別適用于礦井巷道施工環(huán)境的監(jiān)控。在礦井巷道中長(zhǎng)距離無(wú)線通信條件受限的情況下，這就要求合理部署無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)達(dá)到巷道區(qū)域完全覆蓋以提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，并且針對(duì)井下巷道長(zhǎng)直空間特性設(shè)計(jì)出合理的路由協(xié)

2、議。本文所做的工作主要包括以下兩點(diǎn)：
　　（1）為解決井下穹頂型巷道中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)固定節(jié)點(diǎn)的覆蓋問(wèn)題，在分析和抽象井下穹頂型巷道的空間模型基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出針對(duì)穹頂型巷道橫向截面的單個(gè)傳感器無(wú)縫覆蓋、兩個(gè)傳感器無(wú)縫覆蓋、三個(gè)傳感器無(wú)縫覆蓋條件下的最小感知半徑與巷道橫向截面幾何尺寸之間的函數(shù)關(guān)系以及傳感器節(jié)點(diǎn)的最佳部署位置。然后，在穹頂型長(zhǎng)直巷道橫截面?zhèn)鞲衅鞴?jié)點(diǎn)最小感知半徑部署的基礎(chǔ)上計(jì)算出一段巷道區(qū)域內(nèi)一重?zé)o縫覆蓋、二重?zé)o縫覆蓋的最

3、小節(jié)點(diǎn)密度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，依據(jù)本文建立的穹頂型長(zhǎng)直巷道幾何尺寸與傳感器節(jié)點(diǎn)感知半徑、節(jié)點(diǎn)部署位置的普適函數(shù)關(guān)系，可以合理地選擇固定節(jié)點(diǎn)的布局方案，做到礦井巷道中傳感器節(jié)點(diǎn)最小密度完全覆蓋，從而能夠有效控制工程成本，簡(jiǎn)化工程操作。
　　（2）在礦井長(zhǎng)直巷道傳感器節(jié)點(diǎn)無(wú)縫感知覆蓋基礎(chǔ)上，本文提出一種層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將長(zhǎng)直巷道的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)抽象成三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即普通節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層、簇頭網(wǎng)絡(luò)層、Sink節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層。為避免網(wǎng)絡(luò)分簇不均勻?qū)е聜鞲衅?/p>

4、節(jié)點(diǎn)通信路徑過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，基于虛擬網(wǎng)格原理，將礦井長(zhǎng)直巷道抽象成不同小區(qū)域的聯(lián)合。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身位置信息自動(dòng)歸屬相應(yīng)區(qū)域，每個(gè)局部區(qū)域的簇頭節(jié)點(diǎn)基于局部能量均衡和局部位置均衡原則自主隨機(jī)選舉。普通節(jié)點(diǎn)通過(guò)比較與本區(qū)域簇頭節(jié)點(diǎn)的距離和左右相鄰區(qū)域的簇頭節(jié)點(diǎn)的距離，選擇三個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)中距離最短的加入，Sink節(jié)點(diǎn)按固定間隔均勻分布在巷道中，簇頭節(jié)點(diǎn)與Sink節(jié)點(diǎn)基于最短路徑原則通信。同時(shí)，Sink節(jié)點(diǎn)通過(guò)單跳或者多跳向基站傳送數(shù)據(jù)。仿真