基于跨層設(shè)計(jì)的煤礦井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(fù)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(jìn)信息網(wǎng)絡(luò)分布的合理性和適應(yīng)環(huán)境變化，保障網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、可靠、高效的傳輸性能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為智慧礦的一個(gè)重要技術(shù)平臺，在網(wǎng)絡(luò)底層實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的監(jiān)測與控制，有效地解決無線傳輸最后一公里的應(yīng)用目標(biāo)。其價(jià)格低廉，易于部署，快速組網(wǎng)的特點(diǎn)使其更加適合井下復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用。本文針對煤礦井下環(huán)境特征及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下應(yīng)用需求，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織

2、性特點(diǎn)，運(yùn)用跨層設(shè)計(jì)技術(shù)對井下網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和路由技術(shù)進(jìn)行研究，使其更加適應(yīng)井下環(huán)境變化對網(wǎng)絡(luò)的影響和用戶應(yīng)用需求，提高網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)和復(fù)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(luò)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)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(jì)算部署于巷道內(nèi)的簇首有效生成密度，運(yùn)用跨層設(shè)計(jì)將下一跳路由節(jié)點(diǎn)的鏈路可用帶寬和節(jié)點(diǎn)負(fù)載容量

3、作為選取路由節(jié)點(diǎn)的重要因素。從網(wǎng)絡(luò)上層骨干節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由節(jié)點(diǎn)選擇兩個(gè)方面來均衡數(shù)據(jù)傳輸。仿真實(shí)驗(yàn)表明，EBUCR協(xié)議實(shí)現(xiàn)了簇首節(jié)點(diǎn)的非均勻分布，均衡網(wǎng)絡(luò)不同區(qū)域內(nèi)的能量消耗，提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量和傳輸率，更適應(yīng)于井下巷道內(nèi)大規(guī)模部署的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。⑵針對采煤工作面嚴(yán)重的無線信道衰落特征，提出一種適應(yīng)信道衰落的分簇協(xié)議(PEAFC-CL)。首先，動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)隨機(jī)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(diǎn)與基站間的

4、信道效率，聯(lián)合節(jié)點(diǎn)剩余能量信息，作為簇首選則的判斷依據(jù)，設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)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(diǎn)不同時(shí)期的發(fā)送功率。仿真結(jié)果表明，PEAFC-CL協(xié)議中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔容^穩(wěn)定，在信號衰落環(huán)境下適應(yīng)性強(qiáng)，有效的延長了網(wǎng)絡(luò)生命期，降低了網(wǎng)絡(luò)丟包率。⑶為了滿足井下多種業(yè)務(wù)類型的數(shù)據(jù)傳輸需求，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境對網(wǎng)絡(luò)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(yùn)用跨層技術(shù)在多徑路由基礎(chǔ)上保障最低限