无线传感网络传输调度技术研究及煤矿场景应用
发布时间：2021-06-20 18:24
无线传感网络（Wireless Sensor Network）是把大量的传感器节点通过无线通信的方式自由进行组织与结合形成的一种网络形式。无线传感网络不仅可以解决传统有线网络移动性差、易损坏的问题,还可以对传感信息进行及时有效的传输调度,因此无线传感网络已经部署和运用在运来越多的工业场景中,如煤矿井下的生产场景。煤矿井下的传感信息种类繁多、数量庞大,当前,多数的井下传感信息依然通过有线网络进行传输,有线网络能够较好的保证服务质量（Quality of Service）的需求,但是不能满足煤矿开采空间动态性的需求,并且网络极易受损,受损后的网络服务质量也会下降。将无线传感网络应用于煤矿的生产场景,如果能保证网络的服务质量,其移动性强、拓扑灵活的特点会很好的匹配煤矿井下生产场景的需求。无线传感网络的服务质量受到网络传输调度过程的影响较大,目前传输调度过程的处理仍然存在很多不足,如服务对象的处理、服务优先级的判定、调度方式的选择。本文针对传输调度过程中存在的上述问题,将网络中要处理的信息群体作为研究对象,利用相关算法对信息群体做出优化处理,使得无线传感网络的中的信道、节点以及时隙能够在信息传...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
煤矿井下现场图
硕士学位论文4图1-3工业无线传感网络Figure1-3WSNforindustrialuse无线传感器网络的技术标准主要基于两大协议：IEEE802.15.4和Zigbee联盟[19]。无线传感网络的底层标准沿用了IEEE802.15.4的相关标准部分，顶层部分则是沿用了Zigbee联盟的相关标准，如图1-4所示。IEEE802.15.4是一种技术标准，它定义了低速率无线个域网(LR-WPAN)的协议，规定了LR-WPAN的物理层和媒体访问控制，并由IEEE802.15工作组维护，该工作组在2003年定义了该标准[20]。另外，ZigBee的基础也是IEEE802.15.4，每个规范通过开发IEEE802.15.4中未定义的上层进一步扩展了标准。对于无线传感网络的优化和性能提升，也必须基于相关协议标准，如Chen等人基于IEEE802.15.4协议，并对协议中的超帧结构进行扩展，将信道分为数据传输信道和控制信道，得到一种可以在网络能耗和网络寿命均有良好表现的多信道MAC结构，提出一种新的MCMAC(MultiChannelMAC)协议[21]。改进后的协议与IEEE802.15.4的对比如图1-5所示。图1-4IEEE802.15.4及ZigBee协议栈架构Figure1-4IEEE802.15.4andZigBeeprotocolstackarchitecture应用应用接口网络层数据链路层MAC层物理层物理层MAC子层高层用户ZigBee联盟IEEE802.15.4802.2LLCSSCS
1绪论7指标对井下不同服务的影响，并且在网络的不同层面(物理层、传输层、应用层)提出相应的改进方法。(5)灾害应急能力。煤矿井下受到生产、爆破的影响会产生一系列的灾害，这些灾害种类多、影响大。在这种情况下，不仅要提高网络的健壮性和抗毁性，网络在灾害条件下的自愈能力和区域自持能力也应当得到提升，这样才能够在灾后现场为救灾抢险、及时通信提供有力的支持。图1-6煤矿网络架构Figure1-6Networkstructureincoalmine除了上述的研究，考虑到煤矿井下环境的特殊性，许多专家学者也将网络的部署视为煤矿井下网络研究的重点。煤矿井下具有作业空间狭孝机械设备多、视觉环境差、温度高的特点，这些特点也导致了矿井事故多发。而传感网络则可以及时将井下的传感信息传输到井上，避免“信息孤岛”[26]现象的发生，从而减少煤矿事故的发生。因此，对煤矿井下进行传感网络的部署，可以有效地加强煤矿的安全管理，风险管控以及信息化平台的建设。然而，由于煤矿井下场景的特殊性，网络在部署的过程中还是面临着一系列的问题：(1)煤矿的工作面随着生产的不断推进而向前推进，这使得传感网络的部署变得困难，网络的部署周期一般较长。同时，在工作面不断推进的过程中，网络容易受到损毁；(2)由于井下传感信息众多，如果想让所有的信息都能及时被地面获取，势必会造成网络的阻塞，影响网络传输的质量；(3)煤矿井下用于生产的设备很多，其中一些设备具有噪声大，功率大，磁场强的特点。这些都会干扰信息在网络中的传输过程，影响地面接收信息的准确性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向煤矿工作面的定位无线传感器网络传输性能优化[J]. 方祖浩,赵小虎,王海波,王晶晶. 工矿自动化. 2020(03)
[2]WSNs中基于遗传算法移动信宿路径的优化[J]. 王继营,胡君. 中国电子科学研究院学报. 2019(10)
[3]煤矿井下长钻孔煤层瓦斯含量精准测试技术及装置[J]. 孙四清,张群,龙威成,郑凯歌,黑磊. 煤田地质与勘探. 2019(04)
[4]2025年中国能源消费及煤炭需求预测[J]. 谢和平,吴立新,郑德志. 煤炭学报. 2019(07)
[5]多信道车联网V2R/V2V数据传输调度算法[J]. 彭鑫,邓清勇,田淑娟,刘昊霖,谢文武,李仁发. 通信学报. 2019(03)
[6]我国5G产业发展特征及未来趋势[J]. 付玉辉. 中国传媒科技. 2019(02)
[7]基于粒子群优化和巷道分区的深井WSN定位算法[J]. 余修武,谢晓永,梁北孔,余员琴,张可,周利兴. 中国安全科学学报. 2019(02)
[8]基于Memetic算法的WSN分簇协议的研究[J]. 席志红,李向峰. 计算机应用研究. 2018(11)
[9]无人机协助下基于SR-CKF的无线传感器网络节点定位研究[J]. 徐魏超,王冠凌,陈孟元. 智能系统学报. 2019(03)
[10]智慧矿山架构体系研究[J]. 许金. 能源与环保. 2017(11)
硕士论文
[1]基于6LOWPAN协议的井下无线传感器网络优化研究与实现[D]. 田浩.中国矿业大学 2019
[2]WSN中基于混合储能的能量捕获通信信道容量研究[D]. 钟礼斌.浙江工业大学 2017
[3]基于复杂网络的WSN拓扑演化研究[D]. 周沫.吉林大学 2016
[4]基于工业4.0思想的某企业信息化与工业化深度融合规划与建设研究[D]. 陈靖元.浙江工业大学 2015
[5]基于无线网络的广播算法研究[D]. 安丰洋.曲阜师范大学 2015
[6]基于Quorum的WSN自适应调度机制研究[D]. 邢娟.河南理工大学 2015
[7]基于拓扑控制的WSN路由协议研究[D]. 孙维新.哈尔滨工程大学 2015
[8]基于集中控制的WSN固定分簇协议[D]. 刘迎雪.山东大学 2014
[9]基于链路评估的WSN环境监测系统的设计与实现[D]. 胡毛毛.湖南大学 2012
[10]基于LABVIEW的无线传感器网络监控软件[D]. 卞娜.郑州大学 2011
本文编号：3239702
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
煤矿井下现场图
硕士学位论文4图1-3工业无线传感网络Figure1-3WSNforindustrialuse无线传感器网络的技术标准主要基于两大协议：IEEE802.15.4和Zigbee联盟[19]。无线传感网络的底层标准沿用了IEEE802.15.4的相关标准部分，顶层部分则是沿用了Zigbee联盟的相关标准，如图1-4所示。IEEE802.15.4是一种技术标准，它定义了低速率无线个域网(LR-WPAN)的协议，规定了LR-WPAN的物理层和媒体访问控制，并由IEEE802.15工作组维护，该工作组在2003年定义了该标准[20]。另外，ZigBee的基础也是IEEE802.15.4，每个规范通过开发IEEE802.15.4中未定义的上层进一步扩展了标准。对于无线传感网络的优化和性能提升，也必须基于相关协议标准，如Chen等人基于IEEE802.15.4协议，并对协议中的超帧结构进行扩展，将信道分为数据传输信道和控制信道，得到一种可以在网络能耗和网络寿命均有良好表现的多信道MAC结构，提出一种新的MCMAC(MultiChannelMAC)协议[21]。改进后的协议与IEEE802.15.4的对比如图1-5所示。图1-4IEEE802.15.4及ZigBee协议栈架构Figure1-4IEEE802.15.4andZigBeeprotocolstackarchitecture应用应用接口网络层数据链路层MAC层物理层物理层MAC子层高层用户ZigBee联盟IEEE802.15.4802.2LLCSSCS
1绪论7指标对井下不同服务的影响，并且在网络的不同层面(物理层、传输层、应用层)提出相应的改进方法。(5)灾害应急能力。煤矿井下受到生产、爆破的影响会产生一系列的灾害，这些灾害种类多、影响大。在这种情况下，不仅要提高网络的健壮性和抗毁性，网络在灾害条件下的自愈能力和区域自持能力也应当得到提升，这样才能够在灾后现场为救灾抢险、及时通信提供有力的支持。图1-6煤矿网络架构Figure1-6Networkstructureincoalmine除了上述的研究，考虑到煤矿井下环境的特殊性，许多专家学者也将网络的部署视为煤矿井下网络研究的重点。煤矿井下具有作业空间狭孝机械设备多、视觉环境差、温度高的特点，这些特点也导致了矿井事故多发。而传感网络则可以及时将井下的传感信息传输到井上，避免“信息孤岛”[26]现象的发生，从而减少煤矿事故的发生。因此，对煤矿井下进行传感网络的部署，可以有效地加强煤矿的安全管理，风险管控以及信息化平台的建设。然而，由于煤矿井下场景的特殊性，网络在部署的过程中还是面临着一系列的问题：(1)煤矿的工作面随着生产的不断推进而向前推进，这使得传感网络的部署变得困难，网络的部署周期一般较长。同时，在工作面不断推进的过程中，网络容易受到损毁；(2)由于井下传感信息众多，如果想让所有的信息都能及时被地面获取，势必会造成网络的阻塞，影响网络传输的质量；(3)煤矿井下用于生产的设备很多，其中一些设备具有噪声大，功率大，磁场强的特点。这些都会干扰信息在网络中的传输过程，影响地面接收信息的准确性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向煤矿工作面的定位无线传感器网络传输性能优化[J]. 方祖浩,赵小虎,王海波,王晶晶. 工矿自动化. 2020(03)
[2]WSNs中基于遗传算法移动信宿路径的优化[J]. 王继营,胡君. 中国电子科学研究院学报. 2019(10)
[3]煤矿井下长钻孔煤层瓦斯含量精准测试技术及装置[J]. 孙四清,张群,龙威成,郑凯歌,黑磊. 煤田地质与勘探. 2019(04)
[4]2025年中国能源消费及煤炭需求预测[J]. 谢和平,吴立新,郑德志. 煤炭学报. 2019(07)
[5]多信道车联网V2R/V2V数据传输调度算法[J]. 彭鑫,邓清勇,田淑娟,刘昊霖,谢文武,李仁发. 通信学报. 2019(03)
[6]我国5G产业发展特征及未来趋势[J]. 付玉辉. 中国传媒科技. 2019(02)
[7]基于粒子群优化和巷道分区的深井WSN定位算法[J]. 余修武,谢晓永,梁北孔,余员琴,张可,周利兴. 中国安全科学学报. 2019(02)
[8]基于Memetic算法的WSN分簇协议的研究[J]. 席志红,李向峰. 计算机应用研究. 2018(11)
[9]无人机协助下基于SR-CKF的无线传感器网络节点定位研究[J]. 徐魏超,王冠凌,陈孟元. 智能系统学报. 2019(03)
[10]智慧矿山架构体系研究[J]. 许金. 能源与环保. 2017(11)
硕士论文
[1]基于6LOWPAN协议的井下无线传感器网络优化研究与实现[D]. 田浩.中国矿业大学 2019
[2]WSN中基于混合储能的能量捕获通信信道容量研究[D]. 钟礼斌.浙江工业大学 2017
[3]基于复杂网络的WSN拓扑演化研究[D]. 周沫.吉林大学 2016
[4]基于工业4.0思想的某企业信息化与工业化深度融合规划与建设研究[D]. 陈靖元.浙江工业大学 2015
[5]基于无线网络的广播算法研究[D]. 安丰洋.曲阜师范大学 2015
[6]基于Quorum的WSN自适应调度机制研究[D]. 邢娟.河南理工大学 2015
[7]基于拓扑控制的WSN路由协议研究[D]. 孙维新.哈尔滨工程大学 2015
[8]基于集中控制的WSN固定分簇协议[D]. 刘迎雪.山东大学 2014
[9]基于链路评估的WSN环境监测系统的设计与实现[D]. 胡毛毛.湖南大学 2012
[10]基于LABVIEW的无线传感器网络监控软件[D]. 卞娜.郑州大学 2011
本文编号：3239702
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