基于跨層設計的煤礦井下無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議研究.pdf

1、礦山安全監(jiān)測對保障礦山安全和生產(chǎn)起著重要作用，其復雜環(huán)境下難以保證各類數(shù)據(jù)信息高效穩(wěn)定的傳輸，需要改進信息網(wǎng)絡分布的合理性和適應環(huán)境變化，保障網(wǎng)絡穩(wěn)定、可靠、高效的傳輸性能。無線傳感器網(wǎng)絡作為智慧礦的一個重要技術平臺，在網(wǎng)絡底層實現(xiàn)目標的監(jiān)測與控制，有效地解決無線傳輸最后一公里的應用目標。其價格低廉，易于部署，快速組網(wǎng)的特點使其更加適合井下復雜環(huán)境的應用。本文針對煤礦井下環(huán)境特征及無線傳感器網(wǎng)絡在井下應用需求，結合無線傳感器網(wǎng)絡的自組織

2、性特點，運用跨層設計技術對井下網(wǎng)絡組網(wǎng)和路由技術進行研究，使其更加適應井下環(huán)境變化對網(wǎng)絡的影響和用戶應用需求，提高網(wǎng)絡系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?br>　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對井下巷道窄長的空間結構和復雜的環(huán)境特征，從數(shù)據(jù)傳輸不對稱性方面分析無線多跳網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸時出現(xiàn)的“能量空洞”問題，提出一種能耗均衡跨層 WSN路由協(xié)議(EBUCR)。通過建模計算部署于巷道內(nèi)的簇首有效生成密度，運用跨層設計將下一跳路由節(jié)點的鏈路可用帶寬和節(jié)點負載容量

3、作為選取路由節(jié)點的重要因素。從網(wǎng)絡上層骨干節(jié)點的拓撲結構和路由節(jié)點選擇兩個方面來均衡數(shù)據(jù)傳輸。仿真實驗表明，EBUCR協(xié)議實現(xiàn)了簇首節(jié)點的非均勻分布，均衡網(wǎng)絡不同區(qū)域內(nèi)的能量消耗，提高了網(wǎng)絡吞吐量和傳輸率，更適應于井下巷道內(nèi)大規(guī)模部署的傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸。⑵針對采煤工作面嚴重的無線信道衰落特征，提出一種適應信道衰落的分簇協(xié)議(PEAFC-CL)。首先，動態(tài)調(diào)整節(jié)點隨機生成數(shù)的窗口，保證每輪簇首數(shù)目最優(yōu)；其次，通過探測幀獲取節(jié)點與基站間的

4、信道效率，聯(lián)合節(jié)點剩余能量信息，作為簇首選則的判斷依據(jù)，設計一種自適應信道衰落的分簇協(xié)議。最后，通過衰落儲備法調(diào)節(jié)節(jié)點不同時期的發(fā)送功率。仿真結果表明，PEAFC-CL協(xié)議中網(wǎng)絡拓撲比較穩(wěn)定，在信號衰落環(huán)境下適應性強，有效的延長了網(wǎng)絡生命期，降低了網(wǎng)絡丟包率。⑶為了滿足井下多種業(yè)務類型的數(shù)據(jù)傳輸需求，適應復雜環(huán)境對網(wǎng)絡的影響，提出基于直覺模糊集的多QoS屬性約束下的多徑路由決策協(xié)議（FMQMRP）。運用跨層技術在多徑路由基礎上保障最低限