基于WSN的礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)中繼節(jié)點(diǎn)部署算法研究.pdf

1、礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在井下瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用。由于井下環(huán)境特殊，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的短距離通信特點(diǎn)使得一些部署在長巷道中的無線節(jié)點(diǎn)無法直接和位于巷道出口處的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。因此，需要在網(wǎng)絡(luò)中部署中繼節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)感知到的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。本文以WSN礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)為背景，重點(diǎn)研究了基于貪婪準(zhǔn)則的中繼節(jié)點(diǎn)部署方案，并提出了改進(jìn)機(jī)制。
　　論文分析了礦井瓦斯事故發(fā)生的原因和煤礦巷道環(huán)境特點(diǎn)，為基

2、于WSN的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)建立了雙層長帶狀網(wǎng)絡(luò)模型。為了使網(wǎng)絡(luò)模型更加貼合實(shí)際，采用節(jié)點(diǎn)通信容量、最大子節(jié)點(diǎn)數(shù)目和數(shù)據(jù)最大轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)等限制條件對(duì)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行約束。
　　針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的長帶狀特點(diǎn)，本文選擇貪婪準(zhǔn)則作為基礎(chǔ)理論，設(shè)計(jì)了一種基于長帶狀網(wǎng)絡(luò)的中繼節(jié)點(diǎn)部署算法。算法主要分為部署中繼節(jié)點(diǎn)和連通傳感器節(jié)點(diǎn)兩個(gè)階段，首先根據(jù)節(jié)點(diǎn)間距和通信半徑確定中繼節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)和部署位置，然后分別基于四種貪婪準(zhǔn)則為中繼節(jié)點(diǎn)選擇合適的傳感器節(jié)點(diǎn)接入，接下來通過

3、仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于最近貪婪準(zhǔn)則的中繼節(jié)點(diǎn)部署算法在巷道無線瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)中的適用性。
　　由于基于最近貪婪準(zhǔn)則構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)為單連通網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的可靠性較低,且越靠近網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)載越重，另外算法沒有考慮到網(wǎng)絡(luò)中可能隨時(shí)會(huì)增加新的傳感器節(jié)點(diǎn)。針對(duì)第一個(gè)問題，本文提出了一種基于容錯(cuò)性的負(fù)載均衡機(jī)制，核心思想是在網(wǎng)絡(luò)中部署少量的冗余中繼節(jié)點(diǎn)使其優(yōu)先分擔(dān)靠近網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)且實(shí)際負(fù)載較大的中繼節(jié)點(diǎn)的負(fù)載；針對(duì)第二個(gè)問題，本文設(shè)計(jì)了一種在不改變