矿井围岩监测无线传感网技术研究
发布时间：2021-04-16 12:11
矿井破碎围岩产生突然坍塌对煤炭安全生产造成严重威胁,利用无线传感网络技术实施矿井围岩的安全监测已得到应用。传统的无线传感网络具有如下不足:节点自修复能力弱、耗能高,且数据在节点之间进行无线通信过程中易出现误码现象,导致系统稳定性差等问题。针对上述无线传感网络的缺点,论文分析了矿井环境无线通信的传播特性,提出围岩监测系统的设计方案,重点研究了矿井围岩监测系统中无线传感网的自修复能力、网络生命周期及数据传输可靠性等关键技术,具体如下:（1）设计了矿井围岩监测无线传感网的系统结构为了设计有效的矿井围岩监测系统,论文分析了围岩复杂环境中多径效应对无线传播特性的影响,并研究了井下无线传感网络结构,在此基础上提出矿井围岩监测系统设计架构,该架构包含三层网络结构:管理层、监控层和设备层。管理层对服务器及客户端实施管理,并对围岩监控数据实施分析处理;监控层基于以太网SOI协议,对设备层之间的通信实施管理,采用动态组网和数据传输技术,构建围岩物理特征监控系统;设备层由网关、协调器以及终端节点构成,网关和协调器之间采用CAN线互连,终端节点采用无线传感器、短距离无线传输和检测技术完成数据采集与传输。论文所...
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 课题研究意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 围岩安全监测现状
1.3.2 矿井无线网络发展现状
1.3.3 无线传感网络在围岩安全监测中的问题和难点
1.4 研究内容及技术路线
1.4.1 论文研究内容
1.4.2 论文技术路线
1.5 本章小结
第二章 矿井围岩监测无线传感网的系统结构设计
2.1 需求分析
2.1.1 监测系统无线传播特性研究
2.1.2 无线传感网络研究
2.2 矿井围岩监测系统设计
2.2.1 监测系统功能设计
2.2.2 监测系统网络结构设计
2.3 监测系统关键技术
2.3.1 无线通信技术
2.3.2 传感网节能技术
2.3.3 监测数据纠错技术
2.3.4 无线传感器网络技术
2.4 本章小结
第三章 矿井围岩监测无线传感网自修复路由算法研究
3.1 无线路由算法的分类
3.2 无线网自修复路由算法研究
3.2.1 LEACH算法工作原理
3.2.2 问题的提出
3.2.3 RD-LEACH算法
3.3 矿井围岩仿真设计及结果分析
3.3.1 仿真设计
3.3.2 结果分析
3.4 本章小结
第四章 矿井围岩监测无线传感网生命周期延长算法研究
4.1 低功耗硬件结构设计
4.1.1 数据采集模块的设计
4.1.3 硬件节能设计
4.1.4 节点收发功率控制
4.1.5 节点休眠机制
4.2 终端采集节点设计
4.2.1 温度采集模块设计
4.2.2 压力采集模块设计
4.2.3 振动采集模块设计
4.3 监测系统能耗模型
4.4 低功耗路由算法设计
4.4.1 FL-LEACH算法
4.4.2 FL-LEACH算法结果分析
4.5 终端节点传感器性能测试
4.6 本章小结
第五章 矿井围岩无线监测系统数据可靠性传输技术研究
5.1 监测系统通信设计
5.1.1 无线通信模块设计
5.2 自定义通信协议SOI协议
5.2.1 SOI协议栈帧结构
5.2.2 SOI协议数据字典
5.2.3 SOI通信测试平台设计
5.3 通信协议SOI协议验证
5.3.1 SOI通信连接前后对比
5.3.3 TRIOF帧定时查询验证
5.3.4 SOF帧参数下发验证
5.4 数据纠错算法
5.4.1 现存算法描述
5.4.2 改进的RMN-DEC算法描述
5.4.3 算法复杂度分析
5.5 矿井围岩监测系统地面模拟试验
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 论文研究成果
6.2 论文创新点
6.3 工作展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3141403
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 课题研究意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 围岩安全监测现状
1.3.2 矿井无线网络发展现状
1.3.3 无线传感网络在围岩安全监测中的问题和难点
1.4 研究内容及技术路线
1.4.1 论文研究内容
1.4.2 论文技术路线
1.5 本章小结
第二章 矿井围岩监测无线传感网的系统结构设计
2.1 需求分析
2.1.1 监测系统无线传播特性研究
2.1.2 无线传感网络研究
2.2 矿井围岩监测系统设计
2.2.1 监测系统功能设计
2.2.2 监测系统网络结构设计
2.3 监测系统关键技术
2.3.1 无线通信技术
2.3.2 传感网节能技术
2.3.3 监测数据纠错技术
2.3.4 无线传感器网络技术
2.4 本章小结
第三章 矿井围岩监测无线传感网自修复路由算法研究
3.1 无线路由算法的分类
3.2 无线网自修复路由算法研究
3.2.1 LEACH算法工作原理
3.2.2 问题的提出
3.2.3 RD-LEACH算法
3.3 矿井围岩仿真设计及结果分析
3.3.1 仿真设计
3.3.2 结果分析
3.4 本章小结
第四章 矿井围岩监测无线传感网生命周期延长算法研究
4.1 低功耗硬件结构设计
4.1.1 数据采集模块的设计
4.1.3 硬件节能设计
4.1.4 节点收发功率控制
4.1.5 节点休眠机制
4.2 终端采集节点设计
4.2.1 温度采集模块设计
4.2.2 压力采集模块设计
4.2.3 振动采集模块设计
4.3 监测系统能耗模型
4.4 低功耗路由算法设计
4.4.1 FL-LEACH算法
4.4.2 FL-LEACH算法结果分析
4.5 终端节点传感器性能测试
4.6 本章小结
第五章 矿井围岩无线监测系统数据可靠性传输技术研究
5.1 监测系统通信设计
5.1.1 无线通信模块设计
5.2 自定义通信协议SOI协议
5.2.1 SOI协议栈帧结构
5.2.2 SOI协议数据字典
5.2.3 SOI通信测试平台设计
5.3 通信协议SOI协议验证
5.3.1 SOI通信连接前后对比
5.3.3 TRIOF帧定时查询验证
5.3.4 SOF帧参数下发验证
5.4 数据纠错算法
5.4.1 现存算法描述
5.4.2 改进的RMN-DEC算法描述
5.4.3 算法复杂度分析
5.5 矿井围岩监测系统地面模拟试验
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 论文研究成果
6.2 论文创新点
6.3 工作展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3141403
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/3141403.html
