煤矿井下无线传感器网络可靠路由协议研究
本文选题:矿井 + WSN ; 参考:《河南理工大学》2014年硕士论文
【摘要】:煤矿井下工作条件恶劣,通信环境复杂多变,这就要求矿井中的通信网络具有较高的灵活性和较好的适应性,无线传感器网络(WSN)具有布置简易、灵活性强、精度高、经济性好等特点,很适用于矿井监控环境。为此本文主要进行了以下研究内容:一、研究矿井监控系统的国内外现状以及现有系统的优缺点,提出了一种将有线工业以太网和WSN有机结合的矿井监控与应急通信系统,设计了矿井工作面和巷道的网络拓扑结构。正常工作时,将Ethernet作为矿井通信骨干网,WSN作为辅助通信网络,完成井下监测数据的采集与传输;有线线路中断时,WSN与未中断的有线线路快速形成矿井应急通信网络,使救援信息及时可靠的传输到地面控制中心,以便及时采取救援措施。二、系统分析比较了现有WSN路由协议的优缺点,结合矿井监控与应急通信系统的要求,提出了一种工作面路由协议LRWF。LRWF利用分簇的思想,将工作面节点按照跳数分层后,根据各层的不同负载形成不同规模的簇以便均衡网络能量,之后以簇首间时变的传输延时、节点剩余能量和传输能耗构建的复合指标选取路径,实现簇间数据的多跳转发。三、结合矿井监控与应急通信系统中的两种不同工作模式,提出了一种巷道路由协议RRPR。正常工作时,传感器节点将巷道中距离最近的sink作为簇首,与sink直接通信,若sink位于节点通信范围之外,则根据节点能量和位置选择中继节点;有线线路中断时,由下行sink通知上行sink对两sink间的WSN进行分层,依据邻居延时和能量的复合指标选取下跳节点,实现数据由下到上的逐层传输。本文采用OMNET++仿真平台对所设计的路由协议进行仿真实验,并与现有的矿井WSN路由协议LEACH-M、LBUC-M和CHM-VG比较,通过对节点平均剩余能量、数据传输延时和数据包接收率等性能参数进行分析,结果表明,所设计的路由协议更适合于矿井监控系统。
[Abstract]:The working conditions in coal mine are bad and the communication environment is complex and changeable, which requires the communication network in mine to have higher flexibility and better adaptability. WSNs have simple arrangement, strong flexibility and high precision. Good economy and other characteristics, very suitable for mine monitoring environment. The main contents of this paper are as follows: first, the present situation of mine monitoring system at home and abroad and the advantages and disadvantages of existing system are studied, and a mine monitoring and emergency communication system which combines wired industrial Ethernet and WSN is put forward. The network topology of mine face and roadway is designed. In normal operation, Ethernet is used as the auxiliary communication network to complete the acquisition and transmission of underground monitoring data, and the mine emergency communication network is quickly formed between Ethernet and the uninterrupted wired line when the wire line is interrupted. Timely and reliable delivery of rescue information to the ground control center, in order to timely take rescue measures. Secondly, the advantages and disadvantages of the existing WSN routing protocol are analyzed and compared systematically. Combined with the requirements of mine monitoring and emergency communication system, a working face routing protocol (LRWF.LRWF) is proposed, which uses the clustering idea to divide the working face nodes into layers according to the number of hops. According to the different loads of each layer, clusters of different scales are formed to balance network energy, and then the path is selected by using the time-varying transmission delay, the residual energy of nodes and the energy consumption of transmission to construct a composite index to realize the multi-jump transmission of data between clusters. Thirdly, combining two different working modes of mine monitoring and emergency communication system, a roadway routing protocol RRPRs is proposed. In normal operation, the sensor node takes the nearest sink in the roadway as the cluster head and communicates directly with sink. If the sink is outside the communication range of the node, it selects the relay node according to the node energy and position. The downlink sink notifies the uplink sink to delaminate the WSN between the two sink, selects the hopping node according to the composite index of neighbor delay and energy, and realizes the data transmission from bottom to top layer by layer. In this paper, the OMNET simulation platform is used to simulate the designed routing protocol, and compared with the existing mine WSN routing protocol LEACH-MU LBUC-M and CHM-VG, the average residual energy of the nodes is compared. The performance parameters such as data transmission delay and packet reception rate are analyzed. The results show that the designed routing protocol is more suitable for mine monitoring system.
【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】:TD65;TP212.9;TN929.5;TD655
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,本文编号:1991666
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