无线传感网络技术及其在矿山安全监测中的应用研究

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1、硕士学位论文无线传感网络技术及其在矿山安全监测中的应用研究TheResearchandApplicationofWirelessSensorNetworksTechnologyonMineSecurityMonitoringbyZhuFanB.E.(HunanInstituteofEngineering)2007AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinElectronicScienceandTechn

2、ologyintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorLIUHongliApril,2010湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学

3、位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。√2、不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要近年来，市场对能源的需求持续增加，各大矿区加大了开采力度。然而产量的提升却造成了矿山安全问题日益突出。对矿井下开采环境的实时监测成为保证作业安全的重点。传感技术、

4、无线通信技术、嵌入式技术的进步推动了低功耗多功能的无线传感器网络的飞速发展，无线传感网络所呈现出的技术优势完全能够满足对井下环境进行安全监测的要求。为了满足矿井安全监测需要，本文在详细讨论无线传感网路关键技术的基础上，结合矿井这一特殊环境的自身特点，分析并研究了适用于矿山井下特殊环境的无线传感网络技术，使无线传感网络技术能够应用于矿山安全监测系统中。本文介绍了无线传感器网络的基本体系结构，传感网络的基本特性，并着重分析了一些能够适用于矿山特殊环境的关键技术。优化了对矿井特殊环境下监测区域的无线传感器网络组网的拓扑结构及无线传感器节点的部

5、署策略，给出了以最少的节点覆盖并连通监测区域的部署算法，该算法在实际应用中能减少网络冗余节点，较大的节省了无线传感器网络的部署成本。另外，针对由于无线传感器节点能量耗尽或发生故障所产生的监测盲区，给出了基于“虚拟力量”的“自愈”拓扑控制算法。当节点自适应移动后，使其能最大限度弥补网络盲区。文中所给出的以上所有算法均在Matlab软件中仿真，仿真结果证实了以上算法的有效性。最后，给出了基于ZigBee协议的矿山安全监测网络方案设计，文中以CC2430射频模块扩展板为基础平台，通过对上层软件的设计与实现，初步搭建了用于矿山安全监测的无线传感

6、器网络，模拟了文中给出的部分算法。关键词：矿井监测；无线传感网络；优化拓扑结构；“自愈”拓扑控制；ZigBee协议AbstractNowadays,inordertosatisfytheneedofmoreandmoreenergy,theyieldofminehasbeeninginceasing.However,thehighyieldledtheminesecurityproblemtobemoreserious.Monitoringtheworkcircumstanceinminehadtobepaidmoreattention

7、.Withthedevelopmentofthesensingtechnology,thewirelesscommunicationtechnologyandtheembeddedboardtechnology,thewirelesssensornetworksequippedwiththelow-energyconsumedandcomplexfunctiondevicecanbeusedwidely.Anditsadvantagescantotallysatisfytherequirementofsecuritymonitoring

8、inmine.Thisthesisspecificlydiscussedthekeytechnologyofwirelesssensornetwork,analysedthefeatureofminecir