基于網(wǎng)格型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦環(huán)境多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn).pdf

1、我國煤礦自然條件復(fù)雜，煤礦爆炸事故時有發(fā)生，現(xiàn)有的有線監(jiān)控系統(tǒng)很難靈活的布網(wǎng)，對煤礦所有區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，在礦井中依然存在很多監(jiān)測盲區(qū)，而這些區(qū)域往往是事故發(fā)生的隱患所在。雖然瓦斯監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已被提出，但是引起煤礦爆炸的因素中不只瓦斯，煤塵等其它因素作用也會引起煤礦爆炸。因此，本文提出了一種適用于煤礦巷道多參數(shù)監(jiān)測的網(wǎng)格型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，作為有線監(jiān)控系統(tǒng)很好的補(bǔ)充，可以提高煤礦爆炸預(yù)警力度。 根據(jù)煤礦環(huán)境的特點(diǎn)，本文設(shè)計了網(wǎng)格

2、型煤礦環(huán)境多參數(shù)監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂茩C(jī)制。論述了網(wǎng)絡(luò)的建立過程，設(shè)計了超時機(jī)制，提出了網(wǎng)絡(luò)地址再利用策略，實(shí)驗(yàn)表明這兩種策略有效地回收了網(wǎng)絡(luò)地址，可以提高路由器節(jié)點(diǎn)可分配給端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址利用率。由于礦井巷道監(jiān)控系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性要求較高，而且網(wǎng)絡(luò)中需要傳輸?shù)膮?shù)較多，因此對于網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，本文在最小跳數(shù)路由協(xié)議的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)，將節(jié)點(diǎn)剩余電池能量考慮其中，且以限制型廣播方式廣播路由信息。實(shí)驗(yàn)表明該路由方式可以提高路由的有效

3、性，大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)膩G包率。 建立煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的目的一方面是長期獲取煤礦巷道各種參數(shù)信息，另一方面是對煤礦爆炸等事故做出預(yù)警。本文根據(jù)以上兩種要求并且結(jié)合引起煤礦爆炸的各參數(shù)重要性不同為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計了不同種參數(shù)監(jiān)測周期不同的周期巡檢工作方式與中斷工作方式相結(jié)合的多參數(shù)信息采集網(wǎng)絡(luò)工作方式。設(shè)計了時隙再利用機(jī)制，提高路由器分配給端設(shè)備的時隙的利用率，同時降低了因?yàn)闀r隙數(shù)制約網(wǎng)絡(luò)可容納端節(jié)點(diǎn)數(shù)目的缺陷。設(shè)計了路由器兩級數(shù)據(jù)融合機(jī)制，該

4、機(jī)制既可以節(jié)省因?yàn)橹貜?fù)傳輸監(jiān)測參數(shù)類型與幀頭浪費(fèi)的節(jié)點(diǎn)能量，又可以減少網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包數(shù)量，降低丟包率。 本文最后對網(wǎng)格型多參數(shù)監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能作了測試與時延分析。網(wǎng)絡(luò)測試是在實(shí)驗(yàn)室模擬煤礦井下巷道環(huán)境中進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境測試結(jié)果表明網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)，可以對各種參數(shù)進(jìn)行周期性地監(jiān)測，并且對超限數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警，同時對于超限數(shù)據(jù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)具有較小的時延，當(dāng)路由器父節(jié)點(diǎn)路由跳數(shù)為6時，時延僅為114ms，達(dá)到了迅速進(jìn)行