煤矿井下无线传感器网络时间同步研究

发布时间：2017-07-27 05:14

  本文关键词：煤矿井下无线传感器网络时间同步研究

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【摘要】：煤炭是我国主要的能源,随着社会发展和科技进步,煤炭需求量不断的加大。为了满足需求,需要持续的开采,这样导致矿山环境变得越来越恶劣,所以,急切需要煤矿安全技术的支撑。伴随着物联网技术的飞速发展,国内外学者把它适当应用于煤矿安全当中。无线传感器网络是物联网技术的重要分支。通过在煤矿井下部署传感器节点,仅仅通过无线通信方式和多跳技术就可以获取煤矿井下任何位置人员、设备以及环境的信息,且节省了布线成本和维护相对容易。煤矿井下安监系统、人员跟踪定位系统等都是建立在无线传感器网络基础上的,而时间同步是无线传感器网络关键技术之一。一般而言,煤矿井下开采区域都在地下几百甚至几千米,所以井下人员和设备是无法获取GPS信号的。现有的时间同步方法是通过在井下布置大量光纤获取时间信息,但是煤矿井下巷道结构复杂且成树状,布置光纤成本比较高且维护比较繁琐。本文首先分析了煤矿井下无线传感器网络现状、关键技术和面临的问题。其次,分析了无线传感器网络时间同步理论基础和一些经典时间同步算法,寻找一种合适的可用于煤矿井下环境的时间同步算法。然后,针对矿井巷道中无线传感网络节点时间同步的需求,提出了一种可行的时间同步算法方案。在矿井巷道三维定位模型中,结合中继节点、感知节点、被测节点的分布特点,采用成对广播同步(PBS)和连续多跳同步算法(SMA)原理,实现整个网络节点的时间同步。从同步精度及同步消息数量角度出发,仿真分析了该方案的可行性。定位模型和时间同步模型的融合,有效的解决了矿井巷道无线传感器网络定位、同步两大技术难题。
【关键词】：时间同步 无线传感器网络 煤矿井下 巷道 三维定位模型
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5;TD655
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-28
• 1.1 课题背景与研究意义14-15
• 1.2 无线传感器网络15-21
• 1.2.1 无线传感器网络特点16-17
• 1.2.2 无线传感器网络体系结构17-21
• 1.3 煤矿井下无线传感器网络21-25
• 1.3.1 煤矿井下无线传感器网络现状21-22
• 1.3.2 煤矿井下无线传感器网络关键技术22-24
• 1.3.3 煤矿井下无线传感器网络面临的问题24-25
• 1.4 煤矿井下无线传感器网络时间同步国内外研究现状25-26
• 1.5 论文内容概述及组织结构26-28
• 2 无线传感器网络时间同步理论基础28-42
• 2.1 基本概念28-32
• 2.1.1 节点时钟28-29
• 2.1.2 设计依据29-30
• 2.1.3 时间信息传送过程中的延时组成30-32
• 2.2 时间同步协议分类32-33
• 2.3 无线传感器网络时间同步基本方法33-40
• 2.3.1 发送端-接收端同步(SRS)33-36
• 2.3.2 仅接收端同步(ROS)36-38
• 2.3.3 接收端-接收端同步(RRS)38-40
• 2.3.4 比较40
• 2.4 本章小结40-42
• 3 无线传感器网络时间同步经典算法42-52
• 3.1 参考广播同步(RBS)42-45
• 3.1.1 基本原理42-43
• 3.1.2 后同步应用43
• 3.1.3 多跳时间同步43-45
• 3.2 传感器网络时间同步协议(TPSN)45-47
• 3.2.1 层次发现阶段45
• 3.2.2 同步阶段45-46
• 3.2.3 特殊情况46-47
• 3.3 泛洪时间同步协议(FTSP)47-49
• 3.3.1 时间戳47-49
• 3.3.2 时钟偏移管理49
• 3.3.3 多跳时间同步49
• 3.4 比较49-50
• 3.5 本章小结50-52
• 4 煤矿井下无线传感器网络时间同步52-64
• 4.1 矿井巷道三维定位模型52-54
• 4.2 时间同步方案54-60
• 4.2.1 链状网络生成阶段54
• 4.2.2 中继节点时间同步54-57
• 4.2.3 感知节点时间同步57-59
• 4.2.4 网络估计阶段59-60
• 4.3 仿真及分析60-62
• 4.3.1 中继、感知节点单跳同步仿真60-61
• 4.3.2 算法比较61-62
• 4.4 本章小结62-64
• 5 总结与展望64-66
• 5.1 总结64
• 5.2 后续工作展望64-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-74
• 作者简介及读研期间主要科研成果74
• 作者简介74
• 读研期间主要科研成果74

【参考文献】

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本文编号：579938