礦井無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、我國煤炭資源比較豐富，煤炭生產(chǎn)是我國能源生產(chǎn)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在國民經(jīng)濟(jì)中的地位十分重要。但我國煤礦地形復(fù)雜，生產(chǎn)自動化水平較低，安全監(jiān)測系統(tǒng)較差，礦難時有發(fā)生，使得煤炭生產(chǎn)安全形勢不容樂觀，嚴(yán)重影響煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和社會的穩(wěn)定，因此，在礦井下建立穩(wěn)定高效的安全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)是十分必要的。
　　隨著科技的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為其感知功能的關(guān)鍵技術(shù)，通過分布式處理大量采集信息來提高監(jiān)

2、測系統(tǒng)的精確度及容錯能力。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的這一優(yōu)勢使之成為眾多國內(nèi)外學(xué)者和機(jī)構(gòu)研究的重點(diǎn)。將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于礦井這種特殊環(huán)境下，構(gòu)建智能監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，能及時準(zhǔn)確的向地面?zhèn)魉透袦y到的信息，為安全生產(chǎn)提供了有力保障。
　　本文針對礦井下特殊的環(huán)境，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，主要包括無線傳感器封裝抗干擾技術(shù)、媒介訪問控制協(xié)議、路由協(xié)議及定位技術(shù)等。
　　傳感器封裝是傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)，特殊材料的封裝可以有效的避免礦井

3、下各種電磁波的干擾，提高信號的傳輸能力。本文研發(fā)了一種新型無線傳感器封裝材料—鋰鋅鐵氧體微管/鍍鎳碳纖維復(fù)合材料，這種材料能有效地吸收礦井環(huán)境中的電磁波干擾，提高通信質(zhì)量。
　　無線傳感器節(jié)點(diǎn)之間都是通過無線形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通信過程中帶寬十分有限，因此需要設(shè)計(jì)一種性能優(yōu)越的MAC協(xié)議來避免沖突，從而實(shí)現(xiàn)信道的有效利用。本文結(jié)合MAC協(xié)議設(shè)計(jì)的性能要求與礦井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊性，提出礦井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)原則，依

4、據(jù)此原則設(shè)計(jì)了能夠有效解決沖突問題，減小網(wǎng)絡(luò)延時的CC-MAC協(xié)議。
　　在礦井無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議作為關(guān)鍵技術(shù)承擔(dān)著重要的角色，好的路由協(xié)議可以很大程度上提高網(wǎng)絡(luò)性能。本文提出了基于LEACH和CTP協(xié)議的改進(jìn)協(xié)議，主要適用于較大范圍組網(wǎng)及在長直環(huán)境中單向傳輸數(shù)據(jù)的礦井環(huán)境中。通過改進(jìn)LEACH協(xié)議分簇及簇頭選取機(jī)制，提高了礦井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。針對經(jīng)典CTP協(xié)議負(fù)載不均衡的問題，在選擇路

5、由時考慮次優(yōu)路徑和子節(jié)點(diǎn)數(shù)量等因素，設(shè)計(jì)了選路指標(biāo)(V)-EETX，提出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)B-CTP路由協(xié)議，該協(xié)議負(fù)載均衡，可靠性高且具有能量高效的特點(diǎn)。
　　煤礦監(jiān)測環(huán)境較為惡劣，在定位過程中，信號干擾對于未知節(jié)點(diǎn)與已知節(jié)點(diǎn)之間測得的距離會帶來較大誤差。因此為了達(dá)到高精度定位，在用三邊測距算法的過程中需要將這些誤差降到最小。本文根據(jù)礦井監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)提出一種改進(jìn)的三邊測距定位算法，定位過程中選取滿足cond(A)最小的三個節(jié)點(diǎn)作為