基于wsn的矿井瓦斯监测系统中继节点部署算法研究

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1、硕士学位论文基于WSN的矿井瓦斯监测系统中继节点部署算法研究RelayNodeDeploymentAlgorithmResearchforCoalMineGasMonitoringSystemBasedonWSN作者：安瑞导师：刘晓文教授中国矿业大学二〇一六年六月中图分类号TP393.2学校代码10290UDC密级公开中国矿业大学硕士学位论文基于WSN的矿井瓦斯监测系统中继节点部署算法研究RelayNodeDeploymentAlgorithmResearchforCoalMineGasMonitorin

2、gSystemBasedonWSN作者安瑞导师刘晓文教授申请学位工学硕士培养单位信息与电气工程学院学科专业信息与通信工程研究方向矿井无线传输网络答辩委员会主席丁恩杰评阅人二〇一六年六月论文审阅认定书研究生安瑞在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢韶华易逝，光阴荏苒，三年的硕士研究生生涯在不经意间就

3、要结束，我也将离开已经生活了7年的母校，回忆起在矿大的点点滴滴，心中充满无限感慨。矿大是我人生的转折点，也见证了我这些年来的成长。我永远忘不了第一次踏进矿大校园时的激动心情，我渴望在这里能学有所成，也渴望有一天能用自身所学回报母校、回报社会。在矿大，我度过了人生中最美好的7年时光，我庆幸自己没有虚度这7年光阴，庆幸自己遇到了许多良师益友。我深深地知道，自己的成长和进步离不开你们的教诲和帮助，在这里，我要向你们表达我最真诚的感谢。首先衷心感谢导师刘晓文教授。我与刘老师结缘于本科的电路课堂，当听完刘老师的第一

4、堂课，我已经被深深的折服了，刘老师总能将晦涩难懂的知识用最精炼的语言清晰的传达给我们。虽然大学的课堂有不少同学翘课，可是刘老师的课堂总是实际出勤人数大于应出勤人数，我当时在心里立下志向，将来在自己的工作领域一定要做到像刘老师一样精益求精。读研之后有幸成为刘老师的学生让我感到万分开心。刘老师不仅是我学术上的导师，更是我人生的楷模。在刘老师身上，我学到了刻苦钻研的科研精神和一丝不苟的工作态度，三年求学，受益匪浅。读研期间的三年里，特别感谢丁老师为我提供了良好的科研环境并在我的研究遇到困难时为我答疑解惑，丁老师

5、渊博的专业知识和丰富的实践经验将让我受益终生，丁老师也是我一生学习的榜样。感谢鞠金峰老师和孟磊老师为我提供实践的机会，让我能够将理论与实际相结合，在项目的磨练中提高自己的专业技能，请允许我在此向您表达深深的敬意和衷心的感谢。另外还要感谢赵端师兄、王昕师兄、苗曙光师兄和张雷师兄为我提供学习上的帮助，是你们的帮助才让我有了今天的成果。难忘同学情，感谢研究生三年一路走来的张敏、陈春旭、贺信、杨优芳、张靖、李楷、周颖、郎佳敏、吕雅洁同学，谢谢你们在我遇到困难的时候为我加油鼓气，我永远记得我们一起玩、一起笑、一起闹

6、的日子，研究生生活因为有了你们才精彩。感谢我的舍友郑琪、刘云玲、任容同学，7年舍友的缘分来之不易，我将永远珍惜。最后，特别感谢为本论文评阅和答辩工作付出心血的各位专家!摘要矿山物联网技术的发展推动了无线传感器网络技术在井下瓦斯监测系统中的应用。由于井下环境特殊，无线传感器网络的短距离通信特点使得一些部署在长巷道中的无线节点无法直接和位于巷道出口处的网关节点进行通信。因此，需要在网络中部署中继节点来转发传感器节点感知到的数据，实现数据的可靠传输。本文以WSN矿井瓦斯监测系统为背景，重点研究了基于贪婪准则的中

7、继节点部署方案，并提出了改进机制。论文分析了矿井瓦斯事故发生的原因和煤矿巷道环境特点，为基于WSN的瓦斯监测系统建立了双层长带状网络模型。为了使网络模型更加贴合实际，采用节点通信容量、最大子节点数目和数据最大转发次数等限制条件对网络模型进行约束。针对网络的长带状特点，本文选择贪婪准则作为基础理论，设计了一种基于长带状网络的中继节点部署算法。算法主要分为部署中继节点和连通传感器节点两个阶段，首先根据节点间距和通信半径确定中继节点的个数和部署位置，然后分别基于四种贪婪准则为中继节点选择合适的传感器节点接入，接

8、下来通过仿真实验验证了基于最近贪婪准则的中继节点部署算法在巷道无线瓦斯监测系统中的适用性。由于基于最近贪婪准则构成的无线网络为单连通网络，网络的可靠性较低,且越靠近网关节点的中继节点负载越重，另外算法没有考虑到网络中可能随时会增加新的传感器节点。针对第一个问题，本文提出了一种基于容错性的负载均衡机制，核心思想是在网络中部署少量的冗余中继节点使其优先分担靠近网关节点且实际负载较大的中继节点的负载；针对第二个问题，本文设计了一种在