矿井通信无线传感器网络自适应组网与传输机制方法研究
本文关键词: 无线传感器网络 簇头聚类 MAC自适应 仿真 出处:《合肥工业大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:无线传感器网络技术被广泛应用在矿井环境监控、信息传递和移动定位等领域。作为当前研究的热点之一,组网问题研究是实现矿井无线传感器网络研究的前提与基础;传输机制方法研究是实现节能、高效、可靠通信的必要手段。本文针对井下特殊环境,对无线传感器网络MAC层协议和路由层协议进行研究,减少矿井网络中移动节点能耗,在时延性和可靠性方面有所改进优化。本文所做的工作如下:1、结合矿井无线传感器网络的环境特性,对矿井信号传输需求进行分析研究。选用Mesh拓扑结构构建适用于矿井安全监测的网络拓扑架构,选择适合于矿井安全监测的ZigBee协议作为无线传感器网络通信协议基础。2、针对井下巷道的特殊环境,分析矿井下无线传感器网络自适应路由组网的设计要求。结合井下移动监测节点的趋向性,在LEACH路由协议的基础上给出一种改进的适应于矿井安全生产监测的动态聚类路由策略。该策略通过改进簇头选取原则、优化簇的路由路径和移动监测节点的聚类方案,一定程度上缓解了区域覆盖,减少且均衡了系统能耗,延长网络寿命。3、针对矿山井下特殊巷道容迟移动无线传感器网络环境特征,在EQ-MAC协议基础上设计一种改进的预测接收节点发起传输时间的MAC协议,减少了发送节点空闲侦听时间与能耗;引入改进的CSMA/CA短报文自适应握手机制,在尽量减少控制开销的前提下,降低接收节点处数据包冲突,减少数据包传输失败和重传带来的能量浪费。4、搭建MATLAB仿真平台,模拟矿井巷道进行仿真实验。仿真结果分析表明:改进后的自适应组网方案和MAC传输机制能有效的降低通信时延,提高通信可靠性,减少与均衡网络能量损耗,更好的适应矿井无线传感器网络移动节点的组网与数据传输。
[Abstract]:Wireless sensor network technology is widely used in the field of mine environment monitoring, information transmission and mobile location. As one of the current research on network is the precondition and foundation of mine wireless sensor network; transmission mechanism research method is to achieve energy saving, efficient and reliable communication means necessary. This article in view of the special underground environment, the wireless sensor network MAC protocol and routing protocol of mobile node, reduce the energy consumption of mine network, improved optimization in ductility and reliability. This work is as follows: 1, combined with the environmental characteristics of the wireless sensor network, and analyze the mine signal transmission network topology with Mesh requirements. Topology construction for coal mine safety monitoring, choose suitable for coal mine safety monitoring ZigBee protocol as the wireless sensor For network communication protocol based on.2, according to the special environment of underground roadway design requirements of adaptive wireless sensor network routing network analysis. Combined with the trend of coal mine underground mobile monitoring node, are based on the LEACH routing protocol improved to adapt to the mine safety production monitoring and dynamic clustering routing strategy. This strategy by improving the cluster head selection principle, clustering scheme and mobile routing path monitoring node optimization cluster, to some extent alleviate the regional coverage, reduce and balance the energy consumption of the system, and prolong the network lifetime for mine roadway.3, Yamarai Shita special delay tolerant mobile environment characteristic of wireless sensor network, design an improved prediction receiver initiated transmission time the MAC protocol based on EQ-MAC protocol, the sending node reduces the idle listening time and energy; the introduction of CSMA/CA short message improved adaptive grip Mobile phone system, to reduce the control overhead, reduce the receiving node packet conflict, reduce packet transmission failure and retransmission of the energy from waste.4, builds the MATLAB simulation platform, the simulation of the mine roadway. The simulation results show that the improved scheme and adaptive MAC transmission mechanism can effectively reduce communication delay, improve communication reliability, reduce and balance the network energy consumption, better adapt to the network and data transmission of mobile nodes in wireless sensor networks in mine.
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TD65;TN929.5;TP212.9
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本文编号:1533331
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