矿山物联网自主组网模型与方法研究

发布时间：2017-08-20 11:17

  本文关键词：矿山物联网自主组网模型与方法研究

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【摘要】：论文针对矿山安全生产过程中存在低智能化、信息化落后及安全监测不全面等问题,将物联网技术应用于矿山安全生产领域,从而全面改善矿山安全生产的环境。本文以矿山物联网的自组网为中心,重点研究了矿山物联网技术中无线传感器网络三维空间定位、地址标识分配和覆盖与拓扑控制。论文主要研究成果有： 1.利用RSSI(接收信号强度指示)技术将信号强度转换为距离,从减小三维空间定位误差提高定位精度角度出发,提出了一种RSSI辅助三维空间坐标四面体质心定位算法。由于现实环境很复杂,存在锚节点组成四面体不包含未知节点的情况,运用筛选优质RSSI值,转换为未知节点与锚节点的距离,进而计算和比较四面体体积来进行排除；对包含未知节点的四面体进行质心迭代求解,此外,对不满足条件的情况运用RSSI均值加权质心定位算法。仿真表明,该算法定位误差小,定位覆盖率高。 2.针对无线传感器网络地址分配过程中,地址长度过长及信息交换而导致通信能耗较大的问题,提出了一种检测冗余节点及再利用的无线传感器网络MAC地址分配算法。该算法采用地址复用技术将MAC地址分为簇地址和簇内地址,在簇内分配簇内地址时,先检测簇内存在的冗余节点使其休眠,既减少了参与分配地址的节点数量,降低簇内节点平均地址长度,又减少了节点与冗余节点交换信息的能耗；然后根据节点的剩余能量及其邻居节点数量分配不同长度的簇内地址。另外,当网络中能量消耗过快的节点达到一定比例时,对簇内地址进行更新,并利用冗余节点代替死亡节点。仿真表明,该算法减少了节点的平均地址长度及通信量,降低了通信能耗,有效地延长网络的生命周期。 3.针对实际应用中,完全覆盖有时并不是必需的,提出采用局部覆盖拓扑控制算法。该算法预先设定覆盖率,再通过局部覆盖模型确定邻居节点间距离,并通过局部覆盖冗余节点判断方法进行节点冗余判断。仿真表明,该算法减少了网络工作节点数量,有效延长了网络寿命。
【关键词】：矿山物联网 自组织 三维定位 地址分配 RSSI 局部覆盖 拓扑控制
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.44;TN929.5;TD76
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• Contents11-14
• 1 绪论14-18
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 矿山物联网自组网发展现状15-16
• 1.2.1 国外发展现状15
• 1.2.2 国内发展现状15-16
• 1.3 研究路线与拟解决的关键技术问题16-17
• 1.4 本文内容与章节组织17
• 1.5 本章小结17-18
• 2 矿山物联网技术18-24
• 2.1 矿山物联网概述18
• 2.2 矿山物联网三层结构模型18-19
• 2.3 矿山物联网主要特征19
• 2.4 矿山物联网无线接入技术19-23
• 2.4.1 无线传感器网络的概念20-21
• 2.4.2 无线传感器网络的特点21-22
• 2.4.3 无线传感器网络的研究挑战22
• 2.4.4 无线传感器网络的关键技术22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 矿山物联网三维空间定位算法24-34
• 3.1 引言24
• 3.2 典型三维定位算法分析24-25
• 3.2.1 传统三维质心算法24
• 3.2.2 坐标四面体质心定位算法24-25
• 3.2.3 基于四面体质心的三维APIT算法25
• 3.2.4 Landscape-3D定位算法25
• 3.3 RSSI辅助三维空间坐标四面体质心定位算法25-33
• 3.3.1 三维定位问题描述26
• 3.3.2 筛选RSSI较优值26-27
• 3.3.3 RSSI距离运算27-28
• 3.3.4 坐标四面体质心迭代定位算法28-30
• 3.3.5 定位误差分析30
• 3.3.6 仿真实验分析30-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 矿山物联网地址标识分配算法34-44
• 4.1 引言34-35
• 4.2 无线传感器网络地址标识分配的技术难点35
• 4.3 MAC地址复用35-36
• 4.4 检测冗余节点及再利用的无线传感器网络MAC地址分配算法36-43
• 4.4.1 簇的划分及簇地址分配36-37
• 4.4.2 簇内冗余节点检测37-39
• 4.4.3 簇内地址分配39
• 4.4.4 簇内内节点地址更新39-40
• 4.4.5 通信能耗分析40-41
• 4.4.6 仿真分析41-43
• 4.5 本章小结43-44
• 5 基于局部覆盖拓扑控制的自组网模型及算法44-53
• 5.1 覆盖问题理论基础44-46
• 5.1.1 部署方式44
• 5.1.2 感知模型44-46
• 5.2 拓扑控制及其意义46-47
• 5.2.1 拓扑控制46
• 5.2.2 拓扑控制意义46-47
• 5.3 局部覆盖拓扑控制47-48
• 5.4 局部覆盖冗余节点判断48-49
• 5.5 局部覆盖拓扑控制算法49-52
• 5.5.1 网络模型49
• 5.5.2 算法描述49-51
• 5.5.3 仿真分析51-52
• 5.6 本章小结52-53
• 6 基于能量与节点度的分簇模型及算法53-59
• 6.1 引言53
• 6.2 模型建立53-54
• 6.2.1 网络模型53-54
• 6.2.2 能量消耗模型54
• 6.3 算法描述54-56
• 6.4 仿真分析56-58
• 6.5 本章小结58-59
• 7 总结与展望59-61
• 7.1 研究内容总结59-60
• 7.2 研究展望60-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-68
• 作者简介及读研期间主要科研成果68

【参考文献】

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本文编号：706307