煤礦井下無線傳感器網絡時間同步算法研究.pdf

1、隨著社會和科技的全面發(fā)展，煤炭工業(yè)逐漸成為我國的支撐性產業(yè)。無線通信技術的不斷成熟和傳感技術的日益發(fā)展，將無線傳感器網絡推動到國民生產和日常生活的各個領域中。針對我國煤礦分布較為廣泛和開采難度較大的特殊現(xiàn)狀，無線傳感器網絡的到來將會對其產生劃時代的意義。
　　煤礦井下安監(jiān)系統(tǒng)包括多種組成部分，時間同步作為其中基礎組件技術之一，彌補了 GPS及其他基礎時間服務信號無法為井下工作提供時間信息的約束，為井下人員的安全和國家資源的保護提供

2、可靠保障。傳統(tǒng)時間同步算法雖然可以在較短時間內達到較高的同步精度，但卻存在著同步誤差隨跳距積累、能耗大、容錯性低等問題，不適用于煤礦井下的特殊應用。因此，在對無線傳感器網絡、井下開采和分布環(huán)境進行分析，以及對時間同步算法研究的基礎上，提出了將煤礦井下無線傳感器網絡時間同步算法研究與實現(xiàn)作為本文的研究方向。
　　首先，本文針對傳統(tǒng)時間同步算法雙向交換數據包以獲得較高同步精度而導致過大能耗的現(xiàn)象，結合煤礦井下環(huán)境的特殊結構，在分析雙向

3、成對同步機制與單向廣播同步機制的基礎上，利用廣播傳輸特性將兩種算法有效結合起來，提出一種基于簇狀結構的低功耗雙向時間同步算法。并通過實驗驗證了算法的正確性，確定了該算法解決傳統(tǒng)算法運用于煤礦井下能耗過大問題的可行性。
　　其次，本文針對無線傳感器網絡對節(jié)點在精度、強壯性等方面的要求，結合傳統(tǒng)時間同步算法在煤礦井下應用過程中對差錯冗余度較低的問題，提出一種面向煤礦井下的無線傳感器網絡容錯性時間同步算法。該算法結合井下特殊結構，在研究

4、FTSP算法的基礎上，運用動態(tài)選舉根節(jié)點以及避免重復發(fā)送策略使得新加入節(jié)點得以快速收斂；結合無線傳感器網絡具有的拓撲動態(tài)變化性、以及通信過程中信道半雙工性等特點，通過概率統(tǒng)計學中的殘差分析理論，對線性回歸算法進行改進和提升，從而利用差錯判斷來剔除閾值范圍以外的數據點，減少其對擬合曲線的影響，抑制由異常數據點所引起的同步誤差大幅度跳變，并在節(jié)點上對時鐘漂移和偏移引起的誤差進行補償，對算法可靠性和容錯性方面進行相應提升。
　　最后，在