一种分级网络架构的煤矿综合监控系统设计

针对煤矿井下环境复杂、矿井检测节点和检测参数种类众多的情况,提出了一种基于CAN总线分级网络架构的煤矿综合监控系统。主网络采用总线型拓扑结构,二级网络采用星型拓扑结构,系统采用不同的智能节点接入分级网络。分级网络解决了矿井下监控对象网络的独立问题,实现了矿井中所有监测对象整体组网的统一检测;在增加了网络容量的同时,也提高了网络利用率。在组网通信试验中,该分级网络结构和通信节点较好地实现了数据传输的实时性、可靠性和抗干扰性。     

基于WLAN的矿井多媒体综合通信网络系统

针对矿山井下现有通讯系统与监视、监测和监控系统各自封闭,互不兼容,且无法实现移动人员与设备的实时识别和定位的现状,提出了基于WLAN的矿井多媒体综合通信网络系统方案,构建了集移动语音通信、视频监视、设备监控、环境监测和人员定位于一体的多网合一多媒体综合通信网络系统,设计开发了智能无线通信基站。文中介绍了矿井多媒体无线综合通信网络系统的拓扑结构、功能及特点,详细论述了智能无线通信基站的设计。     

基于ZigBee的矿井环境监测及人员定位系统设计

针对煤矿井下环境复杂、瓦斯爆炸事故频发、矿难事故搜救难度大等问题,设计一种基于ZigBee的矿井环境监测及人员定位系统。通过传感器采集井下温、湿度和瓦斯浓度等环境参数,采用CC2530构建数据传输及人员定位网络,将RSSI测距定位技术和三边定位算法相结合,实现井下工作人员的实时定位。根据井下环境的特点,采用均值滤波算法对RSSI值进行修正,提高了定位精度。实验结果表明,该系统环境参数监测准确、网络通信通畅可靠、人员定位精度较高,可满足煤矿安全生产管理及矿难事故搜救的需要。     

自组网分簇算法仿真设计

自组网是一种由移动节点自组织形成的、不需要任何基础设施的网络,针对其随机的拓扑结构研究人员提出了基于分簇结构的拓扑机制,用于网络路由优化和安全控制。然而,这些算法在不同的移动环境中面临着不同的挑战,因而所表现出来的性能也各不相同,为进一步验证这些算法在不同移动环境中的有效性,文中使用Delphi设计了自组网的几个典型分簇算法,通过随机环境的仿真实验,得到相关仿真数据,分析比较了这些算法的性能,为进一步的研究提供依据。     

基于信噪比-虚拟力算法的水下传感网络节点移动策略研究

针对水下传感器网络节点移动过程中造成网络拓扑结构变化导致的节点能耗不均衡、网络吞吐量和生存时间下降的问题,提出一种基于信噪比的虚拟力算法。首先,考虑水下网络信道传输特性,构建信道信噪比数学模型。然后,以信噪比和节点度双指标修正传统虚拟力模型,讨论节点移动策略。最后,建立数值仿真环境验证移动策略的有效性。结果显示:相比于传统节点移动策略,本文所提出的移动策略可以有效提升网络吞吐量,延长网络生存时间。     

狭长直隧道环境中WSN的RSSI加权质心定位算法

采用无线传感器网络技术对井下人员和车辆进行准确定位是矿井作业安全保障的重要技术手段,但因井下巷道的空间半封闭特征和无线信号在巷道内传输的多径衰落等原因,使得传统平面和三维定位算法不能完全适用于井下巷道中的移动节点定位。针对这一问题,提出了一种改进的基于RSSI加权质心定位算法,该算法在巷道内节点分布模型的基础上,充分考虑巷道内无线传感器网络节点的异构性和移动性,将异构节点最大通信半径引入到权值的分配上,修正了权值。仿真实验表明,与普通的加权质心算法相比,提高了定位精度,且更适用于井下巷道、公路与铁路隧道。     

基于梯度转播的井下WSNs分簇路由协议

针对无线传感器网络煤矿安全监测系统对数据传输可靠性和能量均衡性的需求,提出了一种适用于煤矿井下的基于梯度转播的井下分簇路由协议（G-LEACH）。通过分析煤矿井下特殊的环境特点,针对井下巷道空间特点提出了相应的网络节点部署模型,同时在网络中部署了移动的传感器节点,在此基础上实现了基于梯度转播的可靠分簇路由算法。该算法引入候选簇首机制,通过感知节点的剩余能量、转播因子以及距离因素进行分簇,采用混合路由转发模型并结合梯度信息来决定关键节点。仿真结果表明,G-LEACH具有更高的均衡性和可靠性,更适用于井下复杂环境中安全数据的监测。     

自组网分簇算法仿真设计

自组网是一种由移动节点自组织形成的、不需要任何基础设施的网络，针对其随机的拓扑结构研究人员提出了基于分簇结构的拓扑机制，用于网络路由优化和安全控制。然而，这些算法在不同的移动环境中面临着不同的挑战，因而所表现出来的性能也各不相同，为进一步验证这些算法在不同移动环境中的有效性，文中使用Delphi设计了自组网的几个典型分簇算法，通过随机环境的仿真实验，得到相关仿真数据，分析比较了这些算法的性能，为进一步的研究提供依据。     

无线自组织网络中CBRP路由算法改进

移动自组织网络(MobileAdHocNetworks)是一种完全由无线移动主机自主构成的通信网络,常用在需要紧急或临时搭建网络的环境下,具有带宽有限和拓扑结构易变等特点。为了提高AdHoc网络路由算法性能,实现并分析了IETF提出的基于层次化“簇”结构的CBRP路由算法协议(ClusterBasedRoutingProtocol),并提出了针对CBRP算法的网关节点选择优化机制和网络结构维护优化策略。最后通过单台计算机对一组具有不同终端节点的网络小区进行仿真。其结果表明,优化后的算法提高了紧急情形和恶劣环境下CBRP路由算法的性能。     

基于ZigBee与数传电台的矿井环境检测系统节点设计及其组网方案

针对因煤矿井下环境复杂造成无线传感器网络无法有效地远距离传输信息的问题,提出了一种基于ZigBee无线传感器网络与数传电台的矿井环境检测系统的设计方案,给出了系统总体结构,介绍了以CC2430为核心的传感器节点和网关节点的设计,阐述了适合于矿井环境的ZigBee无线传感器树形网络组网方案的实现。实际测试结果表明,该系统采用ZigBee无线传感器网络与数传电台相结合的通信方案是切实可行的,有效解决了低功耗、远距离传输、高可靠性方面的问题;对节点进行编号的组网规则使网络拓扑结构更具有针对性,提高了节点的精确定位功能,降低了井下作业的危险性。     

基于移动WSN目标追踪算法

水下移动无线传感器网络是追踪水下目标的重要手段,由于水下环境复杂,传感器节点会因为损坏或能量耗尽等问题脱离WSN网络,造成目标追踪困难。针对该问题,在拓扑熵理论基础上建立移动WSN目标追踪算法模型,利用拓扑熵对空间中点集拓扑关系描述移动WSN节点的部署情况。当有节点脱网后,通过不断计算拓扑熵值的变化合理调度节点移动,实现节点移动过程中的分布式自适应部署。仿真结果表明,在传感器节点损耗的情况下,提出算法和现有WSN目标追踪方法相比,在优化移动传感器网络的部署和目标追踪方面,具有更高的算法性能和效率。     

煤矿井下人员行走轨迹的算法研究

针对目前煤矿人员定位系统主要采用区域定位方式,存在无法直接解算出井下人员的精确位置和无法确定井下人员运动方向的问题,提出了一种基于树形结构、通过构建拓扑关系计算井下人员可能行走轨迹的算法。该算法首先定义了点与弧段、弧段与弧段以及弧段与点的拓扑模型,并以此为基础构建树形结构,对其进行层次遍历,得到井下人员行走轨迹;在计算过程中,该算法利用井下接收器的实时状态信息,自动排除停止工作的接收器和分站对轨迹的影响,有效确保了轨迹的准确性。     

一种基于移动预测的自适应Adhoc网络分簇算法

在移动Adhoc网络中采用分簇机制可以达到在拓扑结构频繁变化的网络环境中快速部署节点通信的目的。本文在深入研究移动预测技术的基础上，分析已有分簇算法存在的诸多不足，提出了一种基于移动预测的自适应分簇算法，包括分簇算法和分簇保持策略两方面的内容，并通过模拟证明该算法保持了分簇结构的稳定性，提高了网络负载平衡能力，减少了节点之间的通信路由开销，有效防止了通信的中断，弥补了已有分簇算法的不足。     

CPS拓扑结构节点重要性排序方法

信息物理融合系统(Cyber-physical Systems,CPS)拓扑结构中节点重要性排序是CPS拓扑分析的重要方面。针对CPS内在结构特征,构建一种CPS拓扑结构模型——交互网络模型。然后结合CPS信息交互特点定义节点交互介数作为衡量具体节点重要性度量,阐明该测度能够反映节点的相对重要度,并给出了时间复杂度为多项式阶的节点重要性排序有效算法。最后构建CPS拓扑实例进行分析,并与节点介数进行对比,说明节点重要性排序能够为CPS的运行和防护提供重要参考。     

基于泛洪协议的无线Mesh网络路由研究

在分析无线Mesh网络结构特点的基础上,针对无线Mesh网中客户端网络节点的移动性、拓扑结构变化较大等特点,提出了一种基于泛洪协议改进的路由算法.该算法设计了以序列号形式存在的路由表,同时通过调节最大、最小序列号的大小,泛洪消息的生命周期TTL等形式提高算法的性能.仿真结果显示,提出的算法在网络吞吐量和平均传输速率等方面要好于AODV算法,算法在拓扑变换频繁的无线Mesh网络中是可行的.     

基于无线Mesh网络的煤矿应急救援系统设计研究

针对煤矿井下巷道特点,指出煤矿井下无线Mesh网络适于组建链状网络拓扑结构,并应结合巷道具体环境进行电磁波衰减理论分析和节点间距设计;针对现有的路由协议不能满足煤矿井下无线Mesh网络链状拓扑结构的要求,结合MIC判据,提出了一种反应式路由协议与先验式路由协议相结合的方法;在此基础上,给出了基于无线Mesh网络的煤矿应急救援系统的整体结构及特点。实验结果表明,把无线Mesh网络应用到煤矿应急救援系统中,提高了救灾工作的安全性、可靠性及灵活性。     

Ad hoc网络拓扑发现算法综述

Ad hoc是一种无线自组织多跳网络。采用无中心的分布式控制,无线节点或终端相互合作而成,独立于固定的基础设施。各节点平等、无中心,动态拓扑。网络拓扑对网络规划、仿真、管理都有非常重要的意义。针对Ad hoc拓扑结构频繁、快速变化的特点,本文主要提出了N种移动自组网络拓扑发现的算法,并基于笔者的实践提供了一个简单的算法实现,该算法主要针对同一个管理机构下的IP网络的拓扑自动发现,更复杂的拓扑发现算法可在此基础上进一步扩展。     

移动自组网拓扑发现策略的分析研究*

移动自组网是由移动节点自组织形成的无线网络,由于节点移动、无线通信等特点,构造它的拓扑结构比较困难。通过分析传统的拓扑发现策略,研究了移动自组网拓扑发现策略的最新进展,主要分成蚂蚁算法类和聚簇算法类两种类型,对每个类型中各种算法进行了分类论述,分析了优缺点并进行了综合比较,并讨论了未来需要解决的问题。     

面向矿井监测的无线传感器网络节点的分析与设计

针对矿井下复杂的环境,分析设计了一种适用于井下的无线传感器网络节点,监测井下瓦斯浓度、温湿度、坑壁压力和粉尘等数据.鉴于节点定位在矿井抢险救灾中的重要作用,详细描述了如何使用DV-Hop算法进行节点定位.最后讨论了井下传感器网络节点的能量问题,并从节点的覆盖范围、数据传输和数据聚合三个方面进行了分析,给予了适当的解决方法.     

基于冗余节点选择模型的水下传感器网络拓扑修复

现有水下传感器网络的拓扑修复算法大多只是完成网络连通性修复,未考虑节点能耗过快造成网络寿命缩短的问题。为此,提出一种基于冗余节点选择模型的拓扑修复算法。该算法在网络部署完成后利用分布式的方法选择关键节点并对其进行监控。当节点失效时,使用冗余节点选择模型选择冗余节点,通过移动冗余节点对失效节点进行修复,同时对冗余节点采取睡眠唤醒策略以延长网络寿命。实验结果表明,与区域移动修复算法相比,该算法在节点移动总距离、网络寿命、失效节点首次出现时间、投递率等方面性能均有所提高。