基于WSN的矿井瓦斯监测系统中继节点部署算法研究

发布时间：2017-11-01 11:05

  本文关键词：基于WSN的矿井瓦斯监测系统中继节点部署算法研究

  更多相关文章： 瓦斯监测 无线传感器网络 双层结构 中继节点部署 贪婪准则

【摘要】：矿山物联网技术的发展推动了无线传感器网络技术在井下瓦斯监测系统中的应用。由于井下环境特殊,无线传感器网络的短距离通信特点使得一些部署在长巷道中的无线节点无法直接和位于巷道出口处的网关节点进行通信。因此,需要在网络中部署中继节点来转发传感器节点感知到的数据,实现数据的可靠传输。本文以WSN矿井瓦斯监测系统为背景,重点研究了基于贪婪准则的中继节点部署方案,并提出了改进机制。论文分析了矿井瓦斯事故发生的原因和煤矿巷道环境特点,为基于WSN的瓦斯监测系统建立了双层长带状网络模型。为了使网络模型更加贴合实际,采用节点通信容量、最大子节点数目和数据最大转发次数等限制条件对网络模型进行约束。针对网络的长带状特点,本文选择贪婪准则作为基础理论,设计了一种基于长带状网络的中继节点部署算法。算法主要分为部署中继节点和连通传感器节点两个阶段,首先根据节点间距和通信半径确定中继节点的个数和部署位置,然后分别基于四种贪婪准则为中继节点选择合适的传感器节点接入,接下来通过仿真实验验证了基于最近贪婪准则的中继节点部署算法在巷道无线瓦斯监测系统中的适用性。由于基于最近贪婪准则构成的无线网络为单连通网络,网络的可靠性较低,且越靠近网关节点的中继节点负载越重,另外算法没有考虑到网络中可能随时会增加新的传感器节点。针对第一个问题,本文提出了一种基于容错性的负载均衡机制,核心思想是在网络中部署少量的冗余中继节点使其优先分担靠近网关节点且实际负载较大的中继节点的负载;针对第二个问题,本文设计了一种在不改变初始网络拓扑结构的基础上连通新增传感器节点的网络扩展方案。最后通过仿真实验分别验证了上述两种改进机制的可行性。
【关键词】：瓦斯监测 无线传感器网络 双层结构 中继节点部署 贪婪准则
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9;TP274
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 研究背景与意义14-16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.3 研究内容和章节安排18-20
• 2 瓦斯监测系统的中继节点部署问题研究20-34
• 2.1 基础知识介绍20-27
• 2.2 中继节点部署方案研究27-33
• 2.3 本章小结33-34
• 3 瓦斯监测系统中继节点部署方案34-53
• 3.1 基础理论分析34-40
• 3.2 中继节点部署算法的设计与实现40-44
• 3.3 算法的仿真与分析44-52
• 3.4 本章小结52-53
• 4 改进的瓦斯监测系统中继节点部署方案53-65
• 4.1 引言53
• 4.2 改进机制53-59
• 4.3 改进的中继节点部署方案59-61
• 4.4 算法的仿真与分析61-63
• 4.5 本章小结63-65
• 5 总结与展望65-67
• 5.1 总结65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-72
• 作者简历72-74
• 学位论文数据集74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王翥;吕翠翠;陈建辉;;基于贪婪算法无线传感器网络中继节点布局的研究[J];计算机应用研究;2014年02期

2 王建;王汝琳;王学民;刘世民;;基于无线传感器网络的煤矿瓦斯监测系统[J];矿山机械;2007年02期

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本文编号：1126527