基于IEEE802.15.4标准的无线网络在煤矿安全系统中的应用研究

发布时间：2017-01-05 13:22

  本文关键词：基于IEEE802.15.4标准的无线网络在煤矿安全系统中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

《华东师范大学》 2006年

基于IEEE802.15.4标准的无线网络在煤矿安全系统中的应用研究

王晓栋  

【摘要】：煤矿安全事故频出，严重影响了正常的生产工作和人员的生命安全，因此更加显示出煤矿安全信息系统对于煤矿安全生产的重要性。 现今的煤矿安全信息系统都是以工业总线为基础，构成有线的通信传输网络。但是伴随煤矿开采速度的加快，有线网络存在覆盖率，扩展性，灵活性方面的不足，为了更好地解决这个问题，，以无线个人区域网络(wireless personal area network，简称WPAN)为近距离范围内的设备建立无线连接，把几米范围内的多个设备通过无线方式连接在一起，使它们可以相互通信甚至接入局域网或互联网。 ZigBee技术作为一个最近新出现的WPAN通信技术，以其协议简单、成本低、功耗低、组网容易等特点，在家用系统控制、楼宇自动化、工业监控领域具有广阔的市场空间。 本文以上海市重大科技攻关资助项目“煤矿安全实时监测系统研究与应用(032512075)”为背景，对以ZigBee技术为基础的无线网络在煤矿安全系统中的应用进行研究。通过对现有的无线路由协议进行全面的比较，分析各个路由协议的特点，总结各自优势，针对实际煤矿安全环境的需要，提出基本的路由协议模型。参考了ZigBee联盟制订的路由建立方法，定义了建立路由表，接收数据帧等问题的处理流程。对网络建立，加入等流程进行研究。详细说明了设备在建立网络，加入网络等具体问题上的处理流程。并对已有煤矿安全的信息系统，采用了有线网络与无线网络相结合的方式，扩大了煤矿安全系统的控制范围，提高整个信息系统的可扩展性，加强信息采集的灵活性。 通过分析freescale公司提供的基于ZigBee技术的无线解决方案，进行硬件设计，搭建实验平台。在有限的实验环境下，对无线传输的性能进行测试，通过测试的数据分析，并对测得的开发套件所在的空间位置信息进行分析，对于ZigBee无线通信网络的解决方案进行评估。

【关键词】：
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TN925;TD76
【目录】：

第一章 引言11-14

1.1 研究背景11

1.2 国内外研究现状分析11-12

1.3 论文的研究意义12

1.4 研究内容12-13

1.5 论文安排13-14

第二章 个人通信技术概况14-18

2.1 蓝牙技术14-15

2.2 IEEE802.15.4标准下的ZIGBEE技术15-16

2.3 本章小结16-18

第三章 网络协议栈研究18-30

3.1 802.15.4与ZIGBEE技术简介18-19

3.2 物理层19-21

3.3 IEEE.802.15.4网络协议栈—MAC子层21-25

3.4 网络层25-28

3.5 应用层28-29

3.6 应用支持子层(APS)29

3.7 本章小结29-30

第四章 无线网络路由方式的研究30-56

4.1 路由协议30-40

4.2 路由建立40-51

4.3 网络层功能描述51-55

4.4 本章小结55-56

第五章 井下无线网络设计56-62

5.1 网络设计规划56-61

5.2 本章小结61-62

第六章 煤矿安全网络系统设计与集成62-69

6.1 硬件设计62-64

6.2 系统集成64-66

6.3 实验平台与测试分析66-68

6.4 本章小结68-69

第七章 总结与展望69-71

7.1 总结69-70

7.2 展望70-71

参考文献71-73

致谢73-74

作者攻读硕士学位期间发表的学术论文74

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【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 陈君兰;基于ZigBee无线传感器网络的矿井机车定位系统的研究[D];安徽理工大学;2010年

2 杨景辉;基于Zigbee无线传输网络的煤矿瓦斯监控系统研究[D];西安科技大学;2011年

3 魏书芳;智能无线瓦斯传感器的研制[D];山东大学;2007年

4 吕桦;基于ZigBee技术的HID可调光控制系统的研究[D];浙江大学;2007年

5 邓从阳;基于无线射频技术的矿井定位语音监控系统设计[D];西华大学;2008年

6 白雪松;远程煤矿安全预警监察系统应用研究[D];北京邮电大学;2008年

7 安建慧;基于无线技术的监控平台传输信道研究[D];西安科技大学;2008年

8 吕健;基于Zigbee协议的温室无线传感器网络设计[D];西北农林科技大学;2010年

9 张灿明;基于ZigBee技术的煤矿井下定位系统的研究[D];安徽理工大学;2012年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 乔淑云;李德臣;;监控预警系统在煤矿电网中的应用研究[J];计算机工程与设计;2008年23期

2 王鹏;崔锋;郭锋;;煤与瓦斯突出实时监测及预警系统研究[J];陕西煤炭;2011年01期

3 卢君;;Mesh技术在矿井定位系统中的应用[J];中国设备工程;2012年09期

4 王学龙;宋汐瑾;马迅飞;;油库实时安全监控及信息管理系统[J];西安科技大学学报;2009年04期

5 王青青;牛光东;曹原;鹿瑾;闫映宏;;基于粗集理论的瓦斯信息融合技术[J];中国煤炭;2009年05期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 王鹏;崔锋;郭锋;;煤与瓦斯突出实时监测及预警系统研究[A];安全高效矿井安全保障技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集（2011）[C];2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李华;WSN定位技术及其在矿井人员定位中的应用研究[D];河北工程大学;2010年

2 芦蓉蓉;基于隶属度转换的矿山风险评价及安全策略研究[D];河北工程大学;2010年

3 李龙青;井下人员无线定位系统设计[D];辽宁工程技术大学;2010年

4 蔡俊;煤矿安全系统中面向传输的实时图像压缩算法研究[D];华东师范大学;2006年

5 顾志峰;基于ZigBee和GPRS的无线网络在煤矿安全中的应用研究[D];华东师范大学;2007年

6 熊振华;基于ZIGBEE的井下无线监控网络的研究与开发[D];合肥工业大学;2007年

7 白雪松;远程煤矿安全预警监察系统应用研究[D];北京邮电大学;2008年

8 王晖;分布式煤矿井下人员、设备安全管理系统无线通讯设备的研究[D];南昌大学;2008年

9 刘文辉;分布式煤矿井下人员、设备安全管理系统[D];南昌大学;2008年

10 马钢;基于ZigBee的井下人员跟踪定位系统设计与实现[D];大连理工大学;2008年

【同被引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 任丰原,黄海宁,林闯;无线传感器网络[J];软件学报;2003年07期

2 刘明;龚海刚;毛莺池;陈力军;谢立;;高效节能的传感器网络数据收集和聚合协议[J];软件学报;2005年12期

3 沈波;张世永;钟亦平;;无线传感器网络分簇路由协议[J];软件学报;2006年07期

4 李明武;电子镇流器专用芯片L6574的应用[J];世界电子元器件;2002年01期

5 刘利民,徐志伟;一种基于CSMA/CA的无线局域网协议的实现方法[J];计算机工程与设计;2002年07期

6 龙承志,马玉秋,沈树群;基于低速率的短距离无线通信网络新技术—ZigBee[J];数据通信;2005年01期

7 胡志勇;张国勇;肖琳;;浅析无线网络通信技术[J];山西气象;2006年02期

8 吴坚;马世娅;;基于LonWorks现场总线技术的多功能智能节点设计[J];实验室研究与探索;2006年10期

9 王权平 ,王莉;ZigBee技术简析[J];通讯世界;2003年04期

10 马祖长,孙怡宁,梅涛;无线传感器网络综述[J];通信学报;2004年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 冯平;智能位移传感器系统的研究[D];浙江大学;2001年

2 吕晓东;集中式HID电子镇流器及其供电系统的研究[D];浙江大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李俊;分布式温室控制系统研制[D];江苏大学;2003年

2 江月成;智能型电子电能表的研制与开发[D];西北工业大学;2002年

3 马杰;煤矿井下工作面通讯控制系统研究[D];山东科技大学;2003年

4 张明;煤矿安全预警管理及系统研究[D];太原理工大学;2004年

5 王会海;基于神经网络的传感器非线性补偿技术及其应用[D];中南大学;2004年

6 胡海波;一种有线/无线混合指挥调度通信系统的设计与实现[D];华中科技大学;2004年

7 赵瑞峰;嵌入式网络技术在工业远程监控中的应用研究[D];武汉理工大学;2005年

8 刘慧;基于C/S与B/S的煤矿安全监察信息管理系统研究[D];西安科技大学;2005年

9 陈佳立;一种小型煤矿安全监测系统的研制[D];西安科技大学;2005年

10 李华;矿井掘进瓦斯爆炸实时智能预警监控系统[D];西安科技大学;2005年

【二级引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刘劲风;森林小气候监测中无线传感器网络支撑技术的研究[D];东北林业大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 滕景忠;智能瓦斯传感器的研制[D];山东科技大学;2010年

2 殷振振;光纤瓦斯传感器的设计研究[D];河南理工大学;2010年

3 毛鹏;煤矿劳保用品管理信息系统的研究与开发[D];西安电子科技大学;2009年

4 高雪为;基于无线通信技术的热泵供热控制系统的研究[D];山东建筑大学;2011年

5 张贺彬;PHEV智能充电站通信网络关键技术研究[D];吉林大学;2011年

6 王雷;ZigBee无线传感网络在油田中的应用研究[D];兰州理工大学;2011年

7 徐国俊;数字式荧光灯电子镇流器研究[D];南京航空航天大学;2010年

8 龚海燕;人工神经网络在瓦斯检测系统中的应用[D];太原理工大学;2008年

9 苏云川;矿井温度参数无线监测系统的研究[D];西安科技大学;2008年

10 姜维;智能环境测控与信息处理系统研究[D];北京化工大学;2008年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 石秉义;一种优化设计的煤矿安全监控系统[J];微型机与应用;1998年01期

2 景旭,卢文华;单片机矿井安全监测系统[J];自动化与仪器仪表;2003年02期

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本文编号：235142