基于感知分區(qū)的三維井下非均勻分簇路由研究.pdf

1、我國(guó)煤礦開采區(qū)域的結(jié)構(gòu)相對(duì)封閉且復(fù)雜，使得礦難事故頻發(fā)，構(gòu)建基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將有效地改善安全數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)能力和安全預(yù)警能力，是煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)和科技創(chuàng)新發(fā)展的著力點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)的部署是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作的基礎(chǔ)，其影響著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，且無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在嚴(yán)重的能量約束問題，因此本文主要對(duì)節(jié)點(diǎn)部署和路由協(xié)議進(jìn)行了研究，重點(diǎn)對(duì)分簇路由算法和三維空間節(jié)點(diǎn)部署進(jìn)行了分析。
　　在傳感器節(jié)點(diǎn)部署方面主要分析了節(jié)點(diǎn)感知模型和覆

2、蓋問題，并對(duì)井下節(jié)點(diǎn)部署模型進(jìn)行了分析，針對(duì)煤礦井下巷道環(huán)境的特殊性，提出了適用于井下巷道的部署模型。根據(jù)空間鑲嵌理論，選擇了三棱柱填充單元作為巷道部署模型；為了進(jìn)一步提高節(jié)點(diǎn)覆蓋效果并減少成本，對(duì)原有模型進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了三角錐部署模型。在理論上，利用計(jì)算幾何知識(shí)分別對(duì)兩種模型進(jìn)行了覆蓋分析，最后通過仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)部署模型進(jìn)行了分析，兩種模型均優(yōu)于長(zhǎng)方體部署模型，且三角錐部署模型效果更好。
　　在WSN路由協(xié)議方面，對(duì)一些經(jīng)典的分簇路

3、由協(xié)議進(jìn)行了研究，并分析了井下分簇路由協(xié)議的不足之處，針對(duì)井下巷道的空間特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了兩種分簇路由協(xié)議：GIDR和UCRPP協(xié)議。本文設(shè)計(jì)路由協(xié)議時(shí)首要考慮的問題是提高能量效率， GIDR算法通過感知節(jié)點(diǎn)的剩余能量和轉(zhuǎn)播因子進(jìn)行分簇；在建立簇間路由時(shí)利用貪心算法實(shí)現(xiàn)簇首與匯聚節(jié)點(diǎn)間的最優(yōu)多跳通信，貪心依據(jù)綜合了剩余能量期望、轉(zhuǎn)播因子和剩余能量的影響；在路由選擇時(shí)引入了定向區(qū)域的概念。仿真實(shí)驗(yàn)表明，GIDR協(xié)議在能量開銷和均衡性方面具有較好

4、的性能，但是其簇首分布存在不足之處。
　　結(jié)合GAF算法的虛擬單元格思想，UCRPP協(xié)議對(duì)巷道區(qū)域進(jìn)行非均勻分區(qū)處理。在傳輸路徑選擇時(shí)，分析了使用貪心算法進(jìn)行路由選擇的不足之處，UCRPP協(xié)議對(duì)貪心算法進(jìn)行優(yōu)化，采用半貪心算法構(gòu)造通信路徑,提出兩跳通信能耗代價(jià)評(píng)估函數(shù)作為貪心手段。對(duì)傳統(tǒng)的半貪心算法進(jìn)行了改進(jìn)，使用了不等概率的輪盤賭法競(jìng)選下一跳節(jié)點(diǎn)，使得剩余能量較大的節(jié)點(diǎn)有更大的機(jī)會(huì)競(jìng)選成功。仿真實(shí)驗(yàn)表明，UCRPP協(xié)議在能量消耗