浅谈煤矿井下无线传感网络通信关键技术

无线传感在传感上所涉及的范围较为广泛,在环境检测方面也具备了其独有的优势,因此在煤矿井下的环境检测过程中采用无线传感网络得到了世界范围内的广泛关注。     

基于节点映射的井下无线传感器网络定位算法

针对目前井下定位算法对未知节点不在锚节点组成区域内的情况考虑不全面,从而导致定位误差较大的问题,提出了一种基于节点映射的改进加权质心定位算法。该算法对未知节点不在锚节点组成区域内的情况进行节点映射处理,并通过改进加权质心定位算法求锚节点的多个质心,通过质心节点对未知节点进行定位。仿真结果证明,该算法可以提高节点的定位精度。     

煤矿井下无线传感器网络节点三维定位算法

现有煤矿无线传感器网络节点定位存在定位精度差、功耗高等问题,提出一种基于信标节点规则部署的煤矿井下无线传感器网络节点三维定位算法,根据井下巷道特征成对部署信标节点,在定位估算时先将信标节点投影到与未知节点同一高度的水平面,再利用三边测量法进行平面定位,然后结合未知节点与信标节点的高度差即可实现三维定位。理论分析和仿真结果表明,该算法具有计算量小、通信量小、定位精度较高以及稳定性较好等特点。     

煤矿井下无线传感网络通信关键技术的研究

煤矿井下环境监测是无线传感网络的应用之一,要求监测数据必须通过土壤、煤岩传输,这给无线通信技术提出了新的挑战。文章分析了煤矿井下无线传感网络通信技术面临的问题,证明了井下信道特性与土壤、煤岩特性,特别是与湿度相关。为降低能耗、克服高损耗,文章在分析了陆地无线传感网络的通信协议的基础上,对无线传感网络的通信协议提出了修改建议。此外,为提高网络效率和可靠性,提出了跨层管理协议的设计方法。     

基于无线传感器网络的井下人员定位方法的研究

近年来,随着无线传感器技术的成熟,以及基于无线传感器网络的定位技术的发展,不少学者提出了基于无线传感器技术的煤矿井下人员定位方法,本文对其中部分方法进行了分析,发现其中存在的一些不足。     

基于节点三角形选择方法的无线传感器网络定位算法

本文提出了一种分析锚节点之间位置关系的方法,并给出一种基于三角形算法的定位方案。在二维平面上,定位一个目标节点需要三个位置已知的锚节点。其中三个锚节点的选取非常重要,如果选取的锚节点不合理,将无法定位出节点位置。因此,节点在定位前根据所提出的方案选出最优的锚节点组合,然后再进行定位可以提高定位的准确性。三角形定位算法为锚节点的选取提供了可靠依据,从而达到了提高定位精度和定位覆盖率的效果。实验表明此定位算法的精度比APS算法中经典的Dv-Hop定位算法更加准确。     

一种高精度井下人员无线定位方法

在分析主流无线定位技术在井下应用局限性的基础上,提出了基于对称双向到达时间测距和最小二乘法实现井下精确定位的方法,证明了该方法对由于无线定位设备晶振频率差异导致的测量误差有较高的鲁棒性;通过分析和比较实验数据,证明了该井下精确定位方法的可行性和有效性。     

一种自适应煤矿井下环境的加权质心节点定位算法

为提高煤矿井下无线传感器网络节点定位精度,提出了一种自适应煤矿井下工况环境的加权质心节点定位算法;在信标节点双链式部署结构的基础上,首先利用未知节点周围RSSI信号强度最大的信标节点之间的位置信息和信标节点的平均RSSI值自适应地估计环境参数,再应用无线信号强度衰减模型计算未知节点到信标节点的距离,最后采用加权质心定位算法的平均值确定最终的节点位置坐标;仿真实验结果表明,所提出方法的平均定位误差为0.94m,有效降低了环境因素及RSSI的随机性对定位精度的影响,可用于煤矿井下无线传感器网络节点实时定位系统中。     

基于CC2420的井下无线定位方案设计与研究

近年来,国内煤矿事故频发,保障矿工的安全,研制井下监测系统越来越体现其重要性。提出一种利用CC2420无线收发芯片的井下无线定位方案。方案基于射频芯片CC2420和单片机ATmega128为核心的无线传感器网络硬件节点,使用RSSI值进行测距,依据固定的信标点布置进行两点定位。在收到多个信标的时候,将定位结果在数学上求平均,提高定位精度,同时,方案也对一些因为测距误差造成无法定位的情况作了分析。仿真结果表明:在一定的网络连通度条件下,本方案是一个简单、快速的井下实用性定位方案。     

基于碰撞的无线传感网络节点定位方法

节点定位是目前无线传感网络研究的一个热点。总的来说,现有的定位方法都各自存在着优点与不足,如常见的基于范围的定位方法,虽然有很高的定位精度但也存在硬件复杂程度过高的不足。而另一类范围无关的定位方法,以牺牲定位精度为代价,用估计值代替测量值,获得了实现过程的简化。这给我们提供了一种思路,即牺牲精确度来换取其他方面性能的提高。然而,所有现有的方法都是在基于一些外部前提,不能实现真正意义上的自组织定位。本文将会对现有的一些典型定位方法作一个回顾,并从自组织性这一新的评估角度出发,提出一种基于碰撞和坐标校对的自组织定位方法,对该方法的核心技术作详细的说明,并阐明该方法相比较传统定位方法的优越性。     

自适应AP选择无线室内定位算法

针对接收信号强度的无线室内定位算法中无线接入点（AP）具有相关性和区域性问题,提出自适应AP选择无线室内定位算法。针对AP具有相关性,在线阶段提出基于互信息和信息熵的AP选择算法,联合衡量AP子集内所有AP间的相关性,搜索包含有效位置信息最多的AP子集。对于AP的区域性问题,离线阶段对参考点高斯邻域内原始RSS采样数据进行最小二乘高斯曲线拟合,并提出优先度函数衡量AP性能。最后,采用KL散度实现待定位节点位置估计。与WKNN、MLE算法相比,该算法有效地提高了无线室内定位精度。     

基于蓝牙的无线接入点设计

以51单片机P89V51RD2为主控制器、ROK101008为蓝牙模块、W3100A为TCP/IP硬件协议栈、以太网网卡芯片RTL8201为网络接口,介绍了一种基于蓝牙的无线接入点的硬件结构和软件流程.该设计支持TCP/IP协议和蓝牙协议,具备蓝牙设备的无线上网功能,通过Internet实现数据的远程传输.     

基于Monte-Carlo方法的井下无线传感网络定位算法

在无线传感器网络应用当中,位置数据向来是关键信息之一。怎样用最小的代价,使得定位算法更加稳定健壮、更精确、更高效,是目前无线传感网定位算法追求的一个方向。因为无线传感网络有着很强的应用相关性,Monte—Carlo中心定位算法以井下环境为背景,设计的一种基于Monte—Carlo算法的改进的定位算法,定位方法简单,定位计算量小。最后通过实验将该算法和Monte．Carlo算法进行了仿真,结果显示在井下环境条件下,该算法有很强的稳定性和更好的精度。     

基于改进ELM的煤矿井下定位算法

提出了一种基于改进极限学习机(ELM,extreme learning machine)神经网络的煤矿井下人员定位算法,针对测距模型易受井下复杂环境干扰,无法准确测距的问题,选用基于指纹的位置匹配模型;使用极限学习机将指纹和位置进行匹配,选用改进鲸鱼优化算法(IWOA,improved whale optimization algorithm)选取ELM合适的输入权值和隐含层阈值,以提高定位精度。在定位的在线阶段,将新的指纹数据代入带动态权值因子的在线顺序极限学习机(DOS-ELM,dynamic weight factor online sequential extreme learning machine)模型对定位模型进行动态调整,以克服电磁传播环境变动使定位结果产生的误差;仿真实验结果表明,该模型的定位误差在1.5 m以内的置信概率为72%,平均定位误差为1.64 m,与其他算法的实验结果相比,文章算法鲁棒性强,定位精度高。     

Chirp超宽带无线通信技术在矿井下的应用研究

针对目前矿井下无线通信状况,提出了把Chirp-超宽带无线通信技术应用到矿井下的设想.介绍了线性调频超宽带无线通信技术及其数字特性,得出相同的信噪比下Chirp-BOK UWB比2-PPM UWB有较小的误码率的结论,探讨了线性调频超宽带无线技术用于矿井下通信的可行性,并指出超宽带信号在矿井巷道中的传播特性研究对于设计...     

基于区域判定的超宽带井下高精度定位

为满足煤矿井下对高精度定位日益增长的需求,应用高精度无线收发芯片DW1000,设计实现了一套基于超宽带（UWB）通信的井下定位基站与标签。为提高基站和标签之间的测距精度,采用非对称双边双向测距（ADS-TWR）算法,抑制节点时钟偏移引起的测距误差;针对井下多基站定位中,标签的每一次定位都需广播请求帧而产生大量无效通信的问题,提出一种基于ADS-TWR的标签区域判定策略,使得标签只与所在区域基站通信便可完成定位,并引入标签的区域异常自检和区域校正机制,保证系统的高效稳定运行;在标签坐标解析阶段,采用三角形质心算法,在高精度测距基础上进一步提高定位精度,减少定位处理时间。实验结果表明：标签的定位精度在15 cm以内,满足井下高精度定位要求。     

基于UWB无线通信技术在矿井中的应用研究*

介绍了我国煤炭开采中数据通信的现状和UWB的发展,阐明了脉冲产生方法及工作原理.详细分析了UWB抗多径、低功耗、强穿透力和高集成化等特点.结合煤矿井下的实际情况,提出了超宽带是一种适合煤矿井下且具有很大发展前景的无线通信技术.比估计的自适应变速方法.该方法根据估计流星信道信噪比的变化情况,动态地改变系统的比特速率,实现自适应变速,从而有效提高了流星信道利用率,实现数据的可靠传输.仿真结果表明,在相同信道条件下,该系统的数据通过量比固定速率传输系统提高2～4 倍,是一种有效而可靠的通信方法.     

一种新型煤矿井下巷道精确定位方法

针对现有煤矿井下基于电磁波的定位系统存在定位精度不高的问题,提出了基于可见光通信的煤矿井下精确定位方法。该方法应用可见光通信技术,采用LED光源广播自身位置信息,依据移动终端接收光信号的强度,计算出移动终端与特定LED光源点的距离,进行二维和三维的精确定位,定位精度可以达到几厘米。相比电磁波定位手段,该方法有效克服了多径干扰现象,定位效果显著。     

基于FPGA的无线接入点硬件平台的设计与实现*

基于认证、安全及QoS等方面的研究需要,提出了基于FPGA的HostAP设计方案,并搭建了无线接入点的硬件平台,在此平台上进行了硬件的裁减与集成;设计和实现了无线接入点的硬件电路,完成了无线接入点的高速PCB布局布线.在PCB布局布线的过程中,重点解决了高速印制电路板设计中的传输线效应问题,最后进行了实际的系统测试.