[發(fā)明專利]一種礦井巷道無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸容量下界的計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310503056.4
• 申請(qǐng)日: 2013-10-15
• 公開（公告）號(hào): CN103546910B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡圣波;舒恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貴州師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W24/02
• 分類號(hào): H04W24/02;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的計(jì)算方法，特別是一種適合礦井巷道無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸容量下界的計(jì)算方法。

背景技術(shù)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)，也叫無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless?Sensor?Network，簡(jiǎn)稱WSN)，是由大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對(duì)象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)的所有者。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線傳感網(wǎng)絡(luò)具有自愈性和抗毀性強(qiáng)、覆蓋區(qū)域大的特點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于工作條件惡劣的場(chǎng)合，即使出現(xiàn)重大安全事故，也不至于完全癱瘓。因此，無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)，可以有效提高煤礦安全生產(chǎn)的監(jiān)測(cè)水平，減少事故隱患。但是，由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種自組織網(wǎng)絡(luò)，傳感節(jié)點(diǎn)空間隨機(jī)部署，很難采取集中式的功率控制和接入控制等手段，每一對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)和傳感節(jié)點(diǎn)鏈路極易受到其它傳感節(jié)點(diǎn)信號(hào)的干擾，再加上礦井巷道惡劣的環(huán)境，傳輸信號(hào)容易受到衰落的影響，而且，一般地，很難得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸容量解析式，也就很難對(duì)礦井巷道的無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。以上因素將有可能導(dǎo)致通信中斷，降低無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸容量，影響煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種礦井巷道無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸容量下界的計(jì)算方法，從而可以優(yōu)化礦井巷道的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，降低礦井巷道無線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信中斷率，提高無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸容量，保障煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)，減少事故隱患。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種礦井巷道無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸容量下界的計(jì)算方法。該計(jì)算方法按照以下步驟進(jìn)行計(jì)算，

(1)、基于隨機(jī)幾何理論，建立適合礦井巷道無線傳感網(wǎng)絡(luò)的二維簇模型和對(duì)數(shù)正態(tài)信道模型：

煤礦巷道無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用分層簇形無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌蓚鞲泄?jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn)組成，傳感節(jié)點(diǎn)空間位置隨機(jī)部署并成泊松分布，中繼節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn)空間位置固定部署；傳感節(jié)點(diǎn)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，多個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)簇，中繼節(jié)點(diǎn)為該簇簇頭；簇中傳感節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)對(duì)應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)傳遞到Sink節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)間可以相互通信也可直接與Sink節(jié)點(diǎn)相連；Sink節(jié)點(diǎn)完成瓦斯數(shù)據(jù)的處理；

煤礦巷道無線傳感網(wǎng)絡(luò)信道采用對(duì)數(shù)正態(tài)陰影模型；假設(shè)傳感節(jié)點(diǎn)位置在平面上呈強(qiáng)度為λ的齊次泊松分布，在時(shí)刻T，試圖與中繼節(jié)點(diǎn)通信的傳感節(jié)點(diǎn)位置集合為{X_i∈R²，i∈Z₊}，設(shè)所有傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率都為P_tx，傳感節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)相距d，則中繼節(jié)點(diǎn)接收到的傳感節(jié)點(diǎn)信號(hào)功率為：式中：K是反映傳感節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)天線性能的參數(shù)，α是信道衰落因子，d_ref是參考距離，Ψ是對(duì)數(shù)正態(tài)隨機(jī)變量，其概率密度函數(shù)為：fΨ(Ψ)=10/ln102πσexp{-(10log10)2Ψ2σ2},]]>Ψ∈R，推得：E[Ψ]=e(ln1010)212σ2,]]>式中E[Ψ]是隨機(jī)變量Ψ的數(shù)學(xué)期望，E[Ψ²]是隨機(jī)變量Ψ²的數(shù)學(xué)期望；