感知礦山中WSN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和感知礦山的提出，把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到感知礦山中已經(jīng)成為了當(dāng)務(wù)之急。
　　本課題來源于徐礦集團(tuán)夾河煤礦感知礦山示范工程。無線傳感器節(jié)點(diǎn)體積小，安裝方便，能夠采集各種數(shù)據(jù)，可以對(duì)環(huán)境進(jìn)行感知，對(duì)目標(biāo)可以進(jìn)行定位追蹤等優(yōu)點(diǎn)使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠應(yīng)用于感知礦山系統(tǒng)。但是一般來說，礦山的環(huán)境都比較復(fù)雜，并且礦山環(huán)境一般都在地面以下，無線傳感器節(jié)點(diǎn)又大都安裝在地面以下的巷道內(nèi)。在這種環(huán)境下，無線傳感器節(jié)點(diǎn)便無法利用

2、太陽能，因此，這就對(duì)應(yīng)用于感知礦山中的無線傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗提出了很高的要求。同時(shí)，人員定位要求有較高的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，這就對(duì)應(yīng)用于感知礦山系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性和時(shí)延也提出了很高的要求。由于礦山環(huán)境復(fù)雜，采集的環(huán)境數(shù)據(jù)量也是非常龐大的，因此，也要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有很高的吞吐量，而傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議無法滿足感知礦山系統(tǒng)的要求。
　　為了解決這一系列問題，本文設(shè)計(jì)了一種感知礦山的PR-MAC協(xié)議，有一定的創(chuàng)新性，

3、主要體現(xiàn)在四種算法上：退避算法、功率控制算法、多速率自適應(yīng)算法以及節(jié)點(diǎn)選擇算法。在沖突避免上，采用基于節(jié)點(diǎn)剩余能量和距離基站跳數(shù)的隨機(jī)退避算法不但考慮了節(jié)點(diǎn)自身的剩余能量而且考慮了距離基站跳數(shù)的因素，在節(jié)省節(jié)點(diǎn)自身能量的同時(shí)也充分考慮到了整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的平均能耗；在功率控制算法中采用的折半遞增功率算法克服了以往的一些功率控制算法不能在數(shù)據(jù)傳輸中動(dòng)態(tài)地增加能量的缺點(diǎn)；多速率自適應(yīng)算法則是和功率控制結(jié)合的，不是孤立的，克服了以往的功率控

4、制或速率控制單純地提高某一項(xiàng)指標(biāo)的缺點(diǎn)。本文采用的功率控制和多速率自適應(yīng)技術(shù)在大大降低能耗的同時(shí)也提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，從而提高了網(wǎng)絡(luò)效率；在選擇節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)上也充分考慮了節(jié)點(diǎn)的剩余能量和距離基站跳數(shù)的因素，在有效平衡無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量的同時(shí)也大大降低了延時(shí)。
　　通過仿真結(jié)果對(duì)比分析，得出本文設(shè)計(jì)的PR-MAC協(xié)議對(duì)比傳統(tǒng)的S-MAC協(xié)議在節(jié)能上有大幅的提升，吞吐量也有大幅的增加。在感知礦山實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用中也得到了檢驗(yàn)：所設(shè)計(jì)的P