[發(fā)明專利]基于多Sink的煤礦巷道無(wú)線傳感器路由方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610056710.5
• 申請(qǐng)日: 2016-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN105764112B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏旭;黎望懷;葉群;鄧優(yōu)林;楊婉青;彭元輝;羅慧華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院
• 主分類號(hào): H04W40/10
• 分類號(hào): H04W40/10;H04W40/20;H04W84/18
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種基于多Sink的煤礦巷道無(wú)線傳感器路由方法及系統(tǒng)，該協(xié)議基于多Sink的結(jié)構(gòu)，在煤礦巷道中央設(shè)置多個(gè)Sink，對(duì)Sink的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率，同時(shí)，在各Sink內(nèi)部利用非均勻成簇的思想，對(duì)簇首的選擇和競(jìng)爭(zhēng)、非均勻半徑的計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化，保證距離Sink節(jié)點(diǎn)較近且能量較高的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先成為簇首。仿真結(jié)果表明，該方法能保證每個(gè)Sink覆蓋范圍內(nèi)的Sensor節(jié)點(diǎn)能耗均勻，從而能有效提高Sensor節(jié)點(diǎn)連通度，降低分簇干擾，減少網(wǎng)絡(luò)延時(shí)并延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存期。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于多Sink的煤礦巷道無(wú)線傳感器路由方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

為避免煤礦井下有線通信線纜在事故中受到破壞，造成監(jiān)控中斷，適應(yīng)井下移動(dòng)作業(yè)、機(jī)械換人、自動(dòng)化減人需要，井下的無(wú)線通信技術(shù)研究具有重要意義。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)本身所具有的放置靈活、擴(kuò)展簡(jiǎn)便、移動(dòng)性強(qiáng)和自組織等特點(diǎn)，可以很好地適應(yīng)煤礦井下的監(jiān)控工作，因此，將無(wú)線傳感器應(yīng)用于煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中成為煤礦安全生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。

通過(guò)對(duì)煤礦巷道的特征進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，巷道呈長(zhǎng)鏈?zhǔn)綆罱Y(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，通常為幾千米甚至十幾千米，寬度較小，通常為幾米至十幾米，傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信息均從巷道內(nèi)部向巷道口傳輸，然后通過(guò)巷道口的Sink節(jié)點(diǎn)傳送到地面的通信及管理設(shè)備。因此，造成應(yīng)用于煤礦巷道的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有不同于一般應(yīng)用的特點(diǎn)：(1)由于煤礦巷道環(huán)境復(fù)雜，存在甲烷、礦塵等易爆氣體，傳感器節(jié)點(diǎn)電池的更換非常困難，節(jié)點(diǎn)一旦部署，只有在煤礦非生產(chǎn)時(shí)期才可以進(jìn)行電池更換，通常時(shí)間周期較長(zhǎng)(最快為半年)，因此，需要優(yōu)先考慮延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存期；(2)由于煤礦巷道的長(zhǎng)度通常超過(guò)幾千米，而無(wú)線傳感器單Sink的結(jié)構(gòu)無(wú)法保證遠(yuǎn)離Sink的簇頭節(jié)點(diǎn)能將數(shù)據(jù)傳送給巷道口的Sink，同時(shí)，遠(yuǎn)離Sink的簇頭節(jié)點(diǎn)為了能將數(shù)據(jù)傳送給Sink，必須工作在大功耗狀態(tài)，這將導(dǎo)致這些簇頭節(jié)點(diǎn)需要更大的能耗，影響網(wǎng)絡(luò)生存期。

公開號(hào)為CN 103237334A(申請(qǐng)?zhí)枺?01310127168.4)的中國(guó)專利公開了一種基于巷道環(huán)境的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由方法，該路由方法中，設(shè)定了成簇半徑，使距離基站較近的簇成簇半徑較小，并且加入巷道傾角因素，減少基站附近死亡節(jié)點(diǎn)數(shù)。簇頭間數(shù)據(jù)傳輸采取多跳的方式進(jìn)行傳輸，使能量消耗均勻，極其適應(yīng)巷道環(huán)境。設(shè)定固定的簇頭的成簇半徑，因此無(wú)法保證所有的節(jié)點(diǎn)都能加入到簇中；

另外，公開號(hào)為104486725A(申請(qǐng)?zhí)枺?01410782125.4)的中國(guó)專利公開了一種“煤礦巷道的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其分布式功率控制方法”；該方法將多Sink的網(wǎng)絡(luò)中的Sink作為分簇的簇頭節(jié)點(diǎn)，Sink之間協(xié)商最優(yōu)的通信半徑(無(wú)線射程)，從而獲得最佳的連通性；該方法的缺點(diǎn)在于沒(méi)有就選擇簇首進(jìn)行優(yōu)化，即無(wú)法保障剩余能量最多以及離sink節(jié)點(diǎn)最近的傳感器節(jié)點(diǎn)成為簇首，因此無(wú)法最大限度地均衡各傳感器節(jié)點(diǎn)的能量。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種基于多Sink的煤礦巷道無(wú)線傳感器路由方法及系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于多Sink的煤礦巷道無(wú)線傳感器路由方法及系統(tǒng)，該基于多Sink的煤礦巷道無(wú)線傳感器路由方法及系統(tǒng)易于實(shí)施，且通過(guò)保證每個(gè)Sink覆蓋范圍內(nèi)的Sensor節(jié)點(diǎn)能耗均勻，從而有效延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存期。

發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種基于多Sink的煤礦巷道無(wú)線傳感器路由方法，在煤礦巷道內(nèi)設(shè)置有多個(gè)Sink以及多個(gè)Sensor節(jié)點(diǎn)，Sink與礦用交換機(jī)通信，形成煤礦巷道無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述的Sink為匯聚節(jié)點(diǎn)，所述的Sensor節(jié)點(diǎn)為傳感器節(jié)點(diǎn)；

從每一個(gè)Sink的信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)的多個(gè)Sensor節(jié)點(diǎn)中 按以下方法確定最終

簇首，以及基于最終簇首形成通信鏈路：

步驟1：確定候選簇首；