基于zigbee和gprs的无线网络在煤矿安全中的应用研究

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1、摘要我国是一个产煤大国。近年来，煤矿安全事故却频频发生，造成了重大人员伤亡和巨大经济损失，形势非常严峻。这与我国煤矿安全信息技术的网络化程度不高密切相关。现有的煤矿安全信息系统基本上是通过有线网络建立的，随着煤矿的不断开采，煤矿井下的物理结构也不断地相应改变，原先设计好的有线网络传输系统不能灵活调整，很难做到完全地监测覆盖。因此，建立一套组网灵活，扩展性强，安全可靠的煤矿安全无线网络势在必行。随着信息技术的发展，涌现出了许多无线网络技术。zi98ee技术作为一个新出现的无线个人区域网络(WPAN)通信技术，以其协议简单、成本小、

2、功耗低、组网容易等特点，在家用系统控制、楼宇自动化、工业监控领域具有广阔的市场空阋。通用分组无线业务GPRS是以全珐移动通讯系统(GSM)为基础的数据传输技术。它不但具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点，而且其本身就是一个分组型数据网，支持TCP／IP协议，可直接与Intemet互通。随着网络的完善，在包括煤矿安全在内的许多领域，GPRS得到越来越多的应用。论文以上海市重大科技攻关资助项目“煤矿安全实时监测系统研究与应用”(032512075)为背景，通过对煤矿安全实时监测系统进行需求分析，引入

3、了ZigBee和GPRS技术，结合两者优势，深入研究基于ZigBee与GPRS的无线网络在煤矿安全系统中的应用。本文详细地剖析了zigBee协议。结合煤矿行业的特殊性，设计出了一个适用于煤矿井下的无线网络拓扑结构。描述了zigBee无线网络组网过程，对设备如何建立网络，加入网络等问题进行了研究．对现有的无线路由协议进行全面地比较，分析各个路由协议的特点，针对实际煤矿安全环境的需求，选用适当的路由协议。阐述了路由建立方法，定义了建立路由表，接收数据帧等问题的处理流程。然后，阐述GPRS技术的特点与基本原理。分析了GPRS网络中的T

4、CP／IP协议。从协议栈和速率匹配的角度，讨论了ZigBee协议数据与GPRS网络中传输的TCP／IP协议数据互转的可行性，设计了GPRS与zigB∞网关。最后，介绍了系统的硬件设计方案，ziga∞采用了Freescale的MCl3192DSK开发板，GPRS采用了索尼爱立信的OR64模块。描述了如何实现软件，结合课题项目，搭建了实验平台，进行系统集成。关键词：煤矿安全，WPAN，ZigBee，GPRS，路由协议，自组织，网关ABSTRACTChinaisamajorcoal—producingcountry．Inlatesty

5、ears，thecollierysafetyaccidentsOccurfrequently,whiellcausesheavycasualtiesandhuIgeeconomiclosses，andthesituationisstillgrim．Itistightlyrelatedtonetworkofinformationtechnologyincollierysafety．Nowadays,collierysafetyinfore'tat'ionsystemisbasedonindustrybus，andcomposedo

6、fcommunicationnetwork．Withthedevelopmentofcollieryexploitation,theoriginalwirednetworkscannotflexiblyadjust．Therefore,establishingaflexible，extausive，reliableandsecurewirelessnetworkisimperative．Wi廿lthedevelopmentofinformationtechnology,therehaveemergedanumberofwirel

7、essnetworktechnologies．ZigBeeis蛆up·to—datecommunicationtechnology,withthelightprotocol，lowCOst,easyestablishingwirelessnetworks．GPRSisonetransmissiontechnologybasedonGSM．Itiswidecoverage，fasttransmissionspeed，high-qualitycommunications，alwaysonline,billingaccordingto

8、thetrafficflow,anditisanori萄nalpacketswitchingdatanetwork,supportsTCP／IPprotocol，andCanconnectInteractdirectly．Betteringnetwork,GPR