【摘要】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低廉的成本、自發(fā)的組織網(wǎng)絡(luò)、多跳路由和低功耗的優(yōu)點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于礦井的安全監(jiān)測(cè)和安全生產(chǎn)中。礦井環(huán)境有其特殊性,礦井中的無(wú)線信號(hào)因反射、折射等影響會(huì)造成信號(hào)衰減,進(jìn)而影響無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信質(zhì)量。隨著生產(chǎn)過(guò)程中的巷道延伸,傳感器節(jié)點(diǎn)的部署也要同步延伸才能保障網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量。這就要求傳感器節(jié)點(diǎn)的部署要能全方位的覆蓋到巷道中的每一個(gè)關(guān)注點(diǎn),即采用安全高效的節(jié)點(diǎn)部署方式和策略實(shí)現(xiàn)礦井下全方位的覆蓋。目前大部分的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題研究是基于二維平面的,不適合三維礦井環(huán)境。因此,需要針對(duì)礦井巷道設(shè)計(jì)合理的三維覆蓋模型。礦井巷道的截面主要分為拱形、圓形、矩形,在巷道內(nèi)壁上傳感器大多采用直線型和左右交替型經(jīng)典部署。針對(duì)矩形截面礦井巷道的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)如何實(shí)現(xiàn)單重?zé)o縫覆蓋的問(wèn)題,通過(guò)分析巷道幾何尺寸與節(jié)點(diǎn)感知半徑的關(guān)系,判斷礦井巷道合理的部署類型。本文所做的主要工作包括以下兩點(diǎn):(1)在已知相鄰節(jié)點(diǎn)距離的情況下,對(duì)兩種經(jīng)典節(jié)點(diǎn)部署進(jìn)行分析。首先對(duì)矩形截面巷道截面幾何尺寸進(jìn)行分析,尋找滿足其完全覆蓋的傳感器節(jié)點(diǎn)最佳布設(shè)位置;其次推導(dǎo)出滿足其完全覆蓋的傳感器節(jié)點(diǎn)最小感知半徑與巷道截面幾何尺寸的函數(shù)關(guān)系;最后在滿足巷道截面完全覆蓋的前提下,推導(dǎo)出滿足其三維無(wú)縫覆蓋的最小感知半徑與巷道截面幾何尺寸的函數(shù)關(guān)系。推論表明,在直線型部署中最小感知半徑是隨著相鄰節(jié)點(diǎn)距離變大而變大,在左右交替型部署中最小感知半徑不僅與相鄰節(jié)點(diǎn)距離有關(guān)還與巷道寬度有關(guān)。仿真實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這些關(guān)系的正確性。(2)在已知傳感器節(jié)點(diǎn)感知半徑的情況下,對(duì)兩種經(jīng)典節(jié)點(diǎn)部署的動(dòng)態(tài)可變位置進(jìn)行分析。首先根據(jù)三維覆蓋模型并結(jié)合空間幾何理論,推導(dǎo)出在兩種部署中滿足完全覆蓋條件的相鄰節(jié)點(diǎn)距離及覆蓋密度;其次結(jié)合巷道幾何尺寸對(duì)覆蓋密度進(jìn)行比較;最后考慮到在特殊區(qū)域的節(jié)點(diǎn)不一定能安裝在理想位置上,根據(jù)節(jié)點(diǎn)感知半徑的大小結(jié)合巷道的幾何尺寸推導(dǎo)出了節(jié)點(diǎn)可偏移理想位置的量。推論表明,當(dāng)巷道高度大于巷道寬度時(shí)左右交替型部署更適合礦井巷道覆蓋。當(dāng)巷道高度小于巷道寬度時(shí)分三種情況,巷道高度的平方與巷道寬度的平方比在2/3到1之間時(shí),左右交替型部署更適合礦井覆蓋;巷道高度的平方與巷道寬度的平方比在0到1/3之間時(shí),直線型部署更適合礦井覆蓋;巷道高度的平方與巷道寬度的平方比在1/3到2/3之間時(shí),可找到一個(gè)節(jié)點(diǎn)感知半徑的臨界值,小于該臨界值時(shí)左右交替型部署更適合礦井巷道覆蓋,大于該臨界值時(shí)直線型部署更適合礦井巷道覆蓋。仿真實(shí)驗(yàn)同樣驗(yàn)證了這些推論的正確性。利用本文推導(dǎo)的結(jié)論,可直接計(jì)算出矩形截面巷道環(huán)境下節(jié)點(diǎn)必須滿足的最小感知半徑、部署方法、部署位置和覆蓋密度,從而提高節(jié)點(diǎn)覆蓋的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性,有效地減少工程成本支出。同時(shí),該部署方法和策略經(jīng)過(guò)適度調(diào)整也可適合截面為拱形、圓形礦井巷道環(huán)境。
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD65

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2566803