煤矿井下无线传感器网络可靠路由协议研究

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1、煤矿井下无线传感器网络可靠路由协议研究硕士学位论文煤矿井下无线传感器网络可靠路由协议研究申请人姓名：司永洁指导教师：张长森学位类别：工学硕士司永洁专业名称：通信与信息系统研究方向：现代通信技术河南理工大学计算机科学与技术学院 二○一四年六月河 南 理 工 大 学中图分类号：TD655密级：公开UDC：39单位代码：10460煤矿井下无线传感器网络可靠路由协议研究ResearchofReliableRoutingProtocolfor WirelessSensorNetworkUsedforMine申请人姓名司永洁申请学位工学硕士学科专业通信与信息系统研究方向现代通信

2、技术导师张长森职称教授提交日期2014.04答辩日期2014.06河南理工大学河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文：煤矿井下无线传感器网络可靠路由协议研究，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位论文使用授权声明本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即

3、：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许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和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日致谢三年的研究生学习经历使我感触颇深，在此，谨向所有帮助和指导我的师长、同学、朋友和家人表示最真挚的敬意和最衷心的感谢！首先要感谢我最敬爱的导师张长森教授，三年来，张老师不仅在学术上给予我们悉心指导，更以其崇高的师长风范教育我们如何做人。张老师在我们研一确

4、认导师以后，就为我们确立了研究题目，指明了硕士期间的研究方向，使我们在以后的科研工作中少走了很多弯路。另外，隔周组织的研究小组汇报也督促着我们在各自的研究领域不断探索，张老师总是能在我们的汇报中找到各自存在的问题，并耐心的给我们讲解，启发新思路。在此，特向张老师表示衷心的感谢！感谢319实验室的各位老师和同学在科研工作和论文撰写的过程中给予的珍贵建议和帮助，以及在日常生活中给予我的关心和照顾。感谢我亲爱的家人和朋友，感谢他们对我的无私奉献和无限关爱！感谢一切帮助和鼓励过我的人，谢谢！摘要煤矿井下工作条件恶劣，通信环境复杂多变，这就要求矿井中的通信网络具有较高的灵活性

5、和较好的适应性，无线传感器网络（WSN）具有布置简易、灵活性强、精度高、经济性好等特点，很适用于矿井监控环境。为此本文主要进行了以下研究内容：一、研究矿井监控系统的国内外现状以及现有系统的优缺点，提出了一种将有线工业以太网和WSN有机结合的矿井监控与应急通信系统，设计了矿井工作面和巷道的网络拓扑结构。正常工作时，将Ethernet作为矿井通信骨干网，WSN作为辅助通信网络，完成井下监测数据的采集与传输；有线线路中断时，WSN与未中断的有线线路快速形成矿井应急通信网络，使救援信息及时可靠的传输到地面控制中心，以便及时采取救援措施。二、系统分析比较了现有WSN路由协议的

6、优缺点，结合矿井监控与应急通信系统的要求，提出了一种工作面路由协议LRWF。LRWF利用分簇的思想，将工作面节点按照跳数分层后，根据各层的不同负载形成不同规模的簇以便均衡网络能量，之后以簇首间时变的传输延时、节点剩余能量和传输能耗构建的复合指标选取路径，实现簇间数据的多跳转发。三、结合矿井监控与应急通信系统中的两种不同工作模式，提出了一种巷道路由协议RRPR。正常工作时，传感器节点将巷道中距离最近的sink作为簇首，与sink直接通信，若sink位于节点通信范围之外，则根据节点能量和位置选择中继节点；有线线路中断时，由下行sink通知上行sink对两sink间的WS

7、N进行分层，依据邻居延时和能量的复合指标选取下跳节点，实现数据由下到上的逐层传输。本文采用OMNET++仿真平台对所设计的路由协议进行仿真实验，并与现有的矿井WSN路由协议LEACH-M、LBUC-M和CHM-VG比较，通过对节点平均剩余能量、数据传输延时和数据包接收率等性能参数进行分析，结果表明，所设计的路由协议更适合于矿井监控系统。关键词：矿井；WSN；路由协议；及时可靠IIIAbstractAccordingtothebadworkingconditionsandcomplicatedcommunicationenvironmentincoalmine,t