煤礦井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制技術(shù)研究.pdf

1、我國(guó)煤炭資源豐富，但煤炭生產(chǎn)事故頻發(fā)，帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。現(xiàn)有煤礦井下有線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于自身的特點(diǎn)，無法對(duì)井下生產(chǎn)環(huán)境實(shí)施全面、靈活的監(jiān)測(cè)；將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）技術(shù)引入井下安全監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效彌補(bǔ)有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足。覆蓋控制技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在具體應(yīng)用時(shí)需要解決的首要問題。本文針對(duì)煤礦井下特殊環(huán)境，主要研究煤礦井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制技術(shù)。主要工作如下：
　

2、　(1)研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及覆蓋控制的相關(guān)知識(shí)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新型的信息獲取和處理技術(shù)，具有以數(shù)據(jù)為中心、自組織、部署靈活等特點(diǎn)。覆蓋控制技術(shù)主要研究如何運(yùn)用節(jié)點(diǎn)部署、功率控制和節(jié)點(diǎn)調(diào)度等方式，在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋和連通的同時(shí)，最大限度地利用節(jié)點(diǎn)資源，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。煤礦井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制技術(shù)需要解決覆蓋、連通和節(jié)能問題。
　　(2)分析了煤礦井下矩形巷道中無線電波的傳輸衰減特性。采用波導(dǎo)模式法，利用麥克斯韋方程組分

3、析無線電波在井下平直矩形巷道中的衰減特性，得出無線電波在井下巷道中的衰減率隨頻率的增高而減小的結(jié)論；在發(fā)射功率采用CC2430推薦功率0 dBm，接收機(jī)靈敏度采用IEEE802.15.4最低標(biāo)準(zhǔn)-85dBm時(shí)，2.4G無線信號(hào)在井下的有效通信距離約為220米。
　　(3)針對(duì) WSN覆蓋煤礦井下巷道時(shí)的特殊性，提出一種基于矩形分區(qū)覆蓋的節(jié)點(diǎn)部署方法。在已知部署范圍和節(jié)點(diǎn)感應(yīng)半徑的條件下，將節(jié)點(diǎn)按矩形排列的方式布置在巷道兩側(cè)，可以用

4、較少的節(jié)點(diǎn)滿足井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2重覆蓋要求；以節(jié)點(diǎn)數(shù)、路由跳數(shù)、網(wǎng)絡(luò)效率和生命周期為指標(biāo)，在OMNeT++仿真平臺(tái)上驗(yàn)證了算法的優(yōu)越性。
　　(4)針對(duì)井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗不均衡、容易造成能量空洞的問題，提出一種能量高效的井下 WSN覆蓋控制協(xié)議。利用矩形分區(qū)部署能夠保證覆蓋的優(yōu)越性，采用基于分組的非均勻部署方式來布置節(jié)點(diǎn)，根據(jù)到基站的距離將網(wǎng)絡(luò)分為不同的分組，分組距離基站越近，部署節(jié)點(diǎn)越多；然后利用基于探測(cè)的冗余節(jié)點(diǎn)調(diào)度機(jī)制