煤矿井下无线传感器网络覆盖控制技术研究
本文关键词：煤矿井下无线传感器网络覆盖控制技术研究 出处：《河南理工大学》2014年硕士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：我国煤炭资源丰富,但煤炭生产事故频发,带来了严重的经济损失和人员伤亡。现有煤矿井下有线安全监测系统由于自身的特点,无法对井下生产环境实施全面、灵活的监测;将无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)技术引入井下安全监控系统,可以有效弥补有线监测系统的不足。覆盖控制技术是无线传感器网络在具体应用时需要解决的首要问题。本文针对煤矿井下特殊环境,主要研究煤矿井下无线传感器网络覆盖控制技术。主要工作如下:(1)研究了无线传感器网络以及覆盖控制的相关知识。无线传感器网络是一种新型的信息获取和处理技术,具有以数据为中心、自组织、部署灵活等特点。覆盖控制技术主要研究如何运用节点部署、功率控制和节点调度等方式,在保证网络覆盖和连通的同时,最大限度地利用节点资源,延长网络生命周期。煤矿井下无线传感器网络覆盖控制技术需要解决覆盖、连通和节能问题。(2)分析了煤矿井下矩形巷道中无线电波的传输衰减特性。采用波导模式法,利用麦克斯韦方程组分析无线电波在井下平直矩形巷道中的衰减特性,得出无线电波在井下巷道中的衰减率随频率的增高而减小的结论;在发射功率采用CC2430推荐功率0 dBm,接收机灵敏度采用IEEE802.15.4最低标准-85dBm时,2.4G无线信号在井下的有效通信距离约为220米。(3)针对WSN覆盖煤矿井下巷道时的特殊性,提出一种基于矩形分区覆盖的节点部署方法。在已知部署范围和节点感应半径的条件下,将节点按矩形排列的方式布置在巷道两侧,可以用较少的节点满足井下无线传感器网络2重覆盖要求;以节点数、路由跳数、网络效率和生命周期为指标,在OMNeT++仿真平台上验证了算法的优越性。(4)针对井下无线传感器网络能耗不均衡、容易造成能量空洞的问题,提出一种能量高效的井下WSN覆盖控制协议。利用矩形分区部署能够保证覆盖的优越性,采用基于分组的非均匀部署方式来布置节点,根据到基站的距离将网络分为不同的分组,分组距离基站越近,部署节点越多;然后利用基于探测的冗余节点调度机制来使组内冗余节点休眠。从而解决了网络能耗不均衡问题,提高了节点能量效率,延长了井下无线传感器网络的生命周期。
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76;TN929.5;TP212.9
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