面向钻井工程监测的协作式无线传感器网络关键技术研究

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1、分类号TN925密级公开UDC621学校代码10500硕士学位论文（全日制学术学位）题目：面向钻井工程监测的协作式无线传感器网络关键技术研究英文题目：Thekeytechnologyofcooperativewirelesssensornetworksfordrillingengineeringmonitoring学位申请人姓名：李军申请学位学科专业：机械电子工程指导教师姓名：杨光友二○一六年五月分类号TN925密级公开UDC621学校代码10500硕士学位论文题目：面向钻井工程监测的协作式无线传感器网络关键技术研究英文题目：Thekeytechno

2、logyofcooperativewirelesssensornetworksfordrillingengineeringmonitoring研究生姓名（签名）指导教师姓名（签名）职称申请学位学科名称学科代码论文答辩日期学位授予日期学院负责人（签名）评阅人姓名评阅人姓名年月日学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明

3、的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：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、使用学位论文的规定，即：学校有权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。本人授权湖北工业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。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要无线传感器网络（WSNs）作为一种前沿的数据采集方式，为建立安全可靠的现代化钻井工程监测系统带来了机遇。然而，微型传感器节点能量受限，降低能耗延长使

4、用寿命对于无线传感器网络尤为重要。协作式多入多出（CMIMO）技术能够获得分集增益、复用增益以提高能量效率，因此CMIMO作为一种能量高效的技术应用到无线传感器网络具有重要意义。钻井工程监测是一种典型的时间驱动和事件驱动混合的无线传感器网络系统，一方面需要对网络中监测节点作周期性的信息采集处理，以便建立钻井过程数据库；另一方面又要监测某些突发事件的特征量，并迅速将信息准确地传送到监测中心以便对难以预见的事故及时处理。本文针对钻井工程监测的无线传感器网络应用环境，以延长网络生存周期为目的，围绕如何减少网络系统的总能耗和平衡节点间的能量展开了分析和研究，

5、提出了能量高效的CMIMO传输策略。本文的主要工作包括以下两个方面：1）考虑到井场突发事件在时间和空间上的随机性，针对事件驱动型钻井工程监测的无线传感器网络，结合动态事件成簇机制和多跳路由，提出了能量高效的基于STBC的多跳CMIMO传输策略(SMCM)。该策略建立了包括节点剩余能量、最优跳距等因素的综合多跳中继路由法则；此外，建立了网络系统的总能耗模型，并在此基础上确定了满足网络最小能耗时的协作节点个数和最优跳距。仿真结果表明：通过能耗模型求出的最优跳距和协作节点个数减少了能量消耗；与现有ARPEES协议相比，本文提出的传输策略能够大幅度地降低能耗

6、，延长网络生存周期。2)考虑到井场周期性信息采集处理的特性和现有同构无线传感器网络CMIMO协议的不足，针对时间驱动型钻井工程监测的无线传感器网络，结合节点间的异质性，提出了一种能量有效的基于V-BLAST的簇首CMIMO传输策略(EVCCM)，并在理想条件下建立了系统的能量消耗模型，对网络参数进行了联合优化。仿真结果表明：联合优化的网络参数能显著地提高能量有效性；与现有的SEP和VCHCT传输策略相比较，本文提出的传输策略能够更好地利用了节点间的异质性，延长了网络生存周期。关键词:WSNs；钻井工程监测；CMIMO；能量高效IAbstractWir

7、elesssensornetworksaretheimportantsubjectforthemodernmanagementandsafeproductionofdrillingoperation.However,thesensornodeispoweredbytheenergy-limitedbattery,henceimprovingenergyefficiencyisextremelysignificantforlengtheningnetworklifetime.Thecooperativemultipleinputmultipleoutp

8、utschemeisabletogetmultiplexinggainanddiversitygain,he