面向矿山物联网的井下无线路由协议研究

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wifi网络通讯技术在煤矿井下的应用

wifi网络通讯技术在煤矿井下的应用

wifi网络通讯技术在煤矿井下的应用摘要:WiFi通讯技术在煤矿井下的应用,不仅能在很大程度上保证井下工作人员的人身安全,还能有效地保证煤矿井下的正常通信、大大提高煤矿井下作业的效率和质量。

因此,对WiFi通讯技术在煤矿井下的应用进行研究具有十分深刻的现实意义。

关键词:WiFi;通讯技术;煤矿井下作业;应用优势中图分类号:TD65 文献标识码:A1 引言随着我国经济的迅猛发展以及科学技术水平的不断提升,WiFi通讯技术得到了突飞猛进的发展,并被广泛应用于社会生产和生活的方方面面,同时,WiFi通讯技术也为我国煤矿业数字化建设的进一步发展提供了良好的契机。

众所周知,煤矿井下工作环境复杂且恶劣,WiFi通讯技术可以改善井下通信条件,为井下工作人员提供安全保障。

因此,我们应当对WiFi通讯技术在煤矿井下的应用予以高度的重视。

2 WiFi通讯技术在煤矿井下应用的优势1)成本低。

煤矿井下作业应用WiFi通讯技术时,只需要安装若干个无线网络节点便可覆盖较大面积的煤矿周边区域的信号,相对于传统的局域网布局而言,省略了众多的布线环节。

一方面节约了材料成本,另一方面也节约了人力成本。

2)传输速率快。

煤矿井下作业应用WiFi通讯技术,在信号稳定的情况下,WiFi的最高传输速率可达到100Mbps,即使是在有磁场干扰或信号较弱的环境下,我们通过调整WiFi的射频,也能保证WiFi通讯技术的传输速率在10Mbps以上。

这是WiFi通讯技术在煤矿井下作业应用的一个明显的优势,该优势有效地提高了煤矿井下作业的质量和效率。

3)无线信号的覆盖面积大。

一般而言,传统的蓝牙连接技术能覆盖半径15m左右的范围,而WiFi通讯技术的覆盖面积是蓝牙技术的10倍以上,一些增强型的WiFi,其信号甚至能覆盖400m半径范围。

这大大满足了煤矿井下作业对无线信号覆盖面积的需求,为井下作业提供了巨大的便利。

4)系统接入便利。

WiFi通讯系统采用开放的、标准的协议,提供通用的无线传输平台,其他系统可方便接入。

WIFI技术在矿井无线通信中的应用

WIFI技术在矿井无线通信中的应用

WIFI技术在矿井无线通信中的应用本文介绍了WIFI的技术无线通信原理及基于WIFI技术的无线通信系统在矿井应用中实现方案,总结了该技术在实际应用中的优缺点,并提出了该技术在矿井井下无线通信中的发展前景,相信不久的将来该技术在煤炭行业会有广泛的应用前景。

标签:WIFI 无线通信1 概述由于煤炭矿井生产环境的特殊性,井下作业对生产管理有非常高的实时性要求,作为生产管理人员、电机车司机、皮带维护工和其它流动人员应能够与生产调度室及时取得联系,将生产一线的各种情况上报,实现统一指挥统一调度。

虽然煤炭企业对生产安全都非常重视,但事故的发生是不确定性的,事故发生后必须依据当时情况,采取果断措施进行处理,对井下人员进行紧急抢救。

但井上对井下人员的监控由于受各种条件的限制还很不完善,对于井下人员的情况不能及时反映,导致事故发生时,不能及时、准确的得到井下人员的信息,无法做出正确的决策,以致会造成抢险不及时,有可能贻误对生命的抢救。

因而对于现代化的各煤炭企业,实现下井作业人员与调度管理员的实时通讯,使井上人员及时掌握井下人员的动态分布及作业情况,开发建设煤矿井下无线调度通信系统已成为各煤炭企业实现煤炭安全生产调度和保障生产人员安全的迫切需要。

由于煤矿井下的特殊性,制约了井下无线通信系统的发展,我国井下无线通信系统一直主要靠引进吸收国外的相关技术,但随着近年来地面无线技术的快速发展以及我国科技研发的不断投入,新型的无线技术越来越多的服务于煤矿井下。

目前可用于煤矿井下的无线系统主要有:漏泄通信技术、透地通信技术、井下小灵通技术以及WiFi技术。

漏泄通信技术、透地通信技术信号技术陈旧,目前在井下无线通信系统中已经不再应用,小灵通技术发展时间长,系统成熟可靠,造价低,近年来许多矿井都采用了此类的矿用无线通信方案。

然而今年2月工信部门发文,明确要求所有1900—1920MHz频段无线接入系统应在2011年底前完成清频退网工作,所使用的频段也将被收回用于3G使用,因而使用较多的基于小灵通技术的矿井无线通信系统将面临新技术的更新换代。

矿井WIFI无线局域网

矿井WIFI无线局域网

矿井WIFI无线局域网一、无线局域网网络设计项目需求用户主要有两部分需求,井下在2.4KM的井道内实现无线的语音通讯和井上3KM 范围内的无线覆盖。

本方案根据对单位无线局域网的理解,从单位无线局域网网络部署及整体解决方案出发,阐述了井上覆盖和井下语音无线局域网的部署,同时基于对单位无线局域网网络整体结构的理解提出了相应的看法和建议。

项目背景此次无线局域网系统项目的是针对井下做无线局域网的覆盖,满足、语音方面的网络应用需求。

具体需求如下:项目方案应充分考虑无线网络建设要合理的部署无线发射点。

满足业务发展等,充分考虑以下几个方面的要求:1)根据目前的实际情况,利用WLAN技术对井下指定区域进行网络覆盖,实现井下语音通讯。

2)实现网络用户可管理,可处理无线用户/终端的认证,入网权限,访问策略,数据加密等多种功能3)实现井下区域的无缝漫游,实现语音的不间断通讯。

4)使用2.4G智能漫游型二级无线网络(中国国家无线电管理委员会于一九九六年十二月划定的第一批扩频自由频段)无线局域网设计原则无线局域网采用的技术支持应为国际标准或业界标准,不使用某个厂商的专用技术和协议,以保证网络设备的互通性,有利于网络的投资保护。

根据网络的需求和无线网建设与设计原则,建议采用美国NETGEAR(网件)公司的无线局域网系统,完成无线局域网覆盖项目。

技术成熟第二代无线局域网主要是采用胖AP架构,每台AP都是一个独立的个体,使得无线局域网的网络性能、网络管理和安全管理能力得以大幅提高,使建设大型无线网成为可能。

安全可靠在网络安全性方面,无线局域网系统要具有与有线局域网同样要求的安全防护措施,无线网的安全性主要从以下几个方面考虑:(1)接入认证:具有支持多种用户认证方式;(2)采用具有用户状态访问控制的防火墙技术;可扩展可升级AP既可以提供无线接入,同时整个系统可以根据用户的需要进行规模上的扩展,扩展后所有功能和管理的模式保持不便。

煤矿wifi无线通讯系统设计方案

煤矿wifi无线通讯系统设计方案

煤矿wifi无线通讯系统设计方案随着现代化科技快速发展,各行各业的生产工作对于数字技术的应用越来越重视。

在煤矿行业中,通讯是一项至关重要的工作,保障了工人们的安全和生产效率。

而在煤矿中安装wifi无线通讯系统,则是现代科技的一种应用。

本文将就煤矿wifi无线通讯系统的设计方案进行探讨,并提出相应的解决方案。

一、煤矿wifi无线通讯系统的意义和目的煤矿是一个危险性较高的工作场所,特别是在井下作业环境。

通讯可以极大地提高作业的安全性。

煤矿wifi无线通讯系统的目的在于极大地提高沟通和数据传输的速度。

安装这一系统后,工人们可以使用智能手机或电脑随时随地与上层通讯,接收必要的通知和信息。

与此同时,也能快速地传输数据。

因此,安装煤矿wifi通讯系统不仅能保障工人们的安全,同时也能很大程度提高工作效率。

二、煤矿wifi无线通讯系统的设计要点1.基础设施建设在煤矿应用wifi通讯系统时,需要先做好基础设施。

其中包括设备的安装,信号的覆盖区域,以及信号强度等。

建设过程中需要注意不同地域地形的影响,根据实际情况进行调整。

2.网络安全网络安全是必不可少的部分,尤其是在煤矿中传输涉及到生产生活的信息更是如此。

系统的管理员应建立合适的安全机制,加密通讯信道,以确保数据安全。

同时,应注意维护网络设备,确保其安全性不会遭到破坏。

3.通讯设备选择在选择通讯设备时,要考虑到其可靠性和提供的信号覆盖范围。

优质通讯设备可以确保稳定的信号,提高数据传输的效率。

同时,这些设备应该具有强大的处理能力,可以支持大量数据的同时运作。

三、煤矿wifi无线通讯系统的优点和应用场景1.优点煤矿wifi无线通讯系统具有许多优点。

首先,可以快速极大地提高通讯速度和数据传输效率。

这意味着在应急事件出现时或者紧急通知的情况下,工人们可以从上层得到及时的指示和处理建议。

另外,这一系统也可以在办公室和井下提供重要的信息和数据,进一步提高生产效率。

最重要的是其能够保障工人的安全,提高整个工作场所的可靠性。

煤矿认知无线电网络的路由协议研究

煤矿认知无线电网络的路由协议研究

煤矿认知无线电网络的路由协议研究煤矿隧道中的无线信道是受多种环境参数影响的动态模型。

现有无线通信系统的设备参数由于无法随煤矿信道模型自适应的调整,因此通信效果不佳,而全认知无线电是解决该问题的有效途径。

本文的目的就是要将全认知无线电网络能够感知环境参数并对设备进行自动重配的特点用于煤矿隧道通信,解决复杂多变的矿井环境下的自适应通信问题。

本文设计了一个通用的煤矿认知无线电网络模型,研究了在该网络中的节点部署方式,给出了认知信息的处理与应用框架。

该网络模型通过区域性认知无线电网络完成环境信息的感知和收集,由认知语言规范来支持对用户需求的理解。

节点在巷道中部署成不规则的链状形式,而在井底车场等区域将各节点聚集成簇,借鉴无线传感器网络中的分簇路由算法进行数据的转发。

数据集被抽取为本体信息库和元数据库,通过数据翻译、业务流程描述、数据路由系统等功能模块,将内容按需路由给特定的应用系统。

在矿井这种时变、动态的环境中,许多通信细节事先无从知晓,因此设计了一个基于改进蚁群算法的路由协议解决启发式路径探寻问题。

另外,由于矿井隧道是一个有限空间,数据没有必要全向广播,因此研究限制节点的广播角度的方法,以节省路由开销。

该协议采用前向蚂蚁进行路径探测,反向蚂蚁更新各节点的路由信息,出错蚂蚁对路由进行报告和维护。

本算法综合考虑了端到端时延和节点可用SOP(频谱机会)信息,避免了负载不均的问题。

发现了分簇路由算法中的零簇头和簇头失衡现象。

零簇头问题会导致虚假轮的出现,浪费节点的能量,影响算法分析的真实性。

簇头失衡问题会使得各节点的能量消耗严重不均,致使部分节点快速死亡。

在分析其成因的基础上,提出了自适应修改阶段轮数、调节因子和混合法三种解决方案。

将分簇思想用于煤矿认知无线电网络的路由协议设计中,提出了两个分簇路由算法,即层次型分簇路由算法LCRA和基于Voronoi图的能量均衡分簇路由算法EBCRV。

LCRA的特点是根据网络拓扑特征,对网络进行结构上的划分。

WiFi环境下矿井无线通信网络结构研究

WiFi环境下矿井无线通信网络结构研究
面。
过 去的无 线网络通信可传输的东西很少 ,而且通信 速率 偏低。 基于 W i F i 环境下 的无线通信技术实现 了速率有效加快 , 且无论 是语 音、视频还 是数据 都能无干扰传播 ,大大扩展 了功能 范围,具有广 阔的前景 。 3 . 2便于管理。 整个系统设备都 通过 网络进行 连接 ,且有 W i F i 控制全 区域 ,因 此所有 数据 是联系在一起的 ,只要通过地面数据 库的查询,就可实 行 全 面 管 理 ,这 对 于 系 统 维 护 来 说 非 常 方便 。 3 . 3 系 统 有 自主 选 择 性 W i F i 控 制 下 的 网 络 系 统 ,有 自身 的编 码 方 式 ,在 网 络 情 况 不 稳 定 的 时 候 能 随 时 改 变 编 码 方 式 。例 如 网络 较 好 时 , 系 统 会 自动 选 择 保 证 语 音 效 果 ; 网 络 状 况 不 好 时 ,会 保 证 通 信 质 量 。 3 . 4 包 含 其 他 业 务 功 能 无 线 网络 通 信 系 统不 但 具有 传 输 信 号 的 功 能 , 还 具 备 了一 定 的 手 机 功 能 ,能 呼 叫和 呼 叫转 移 , 设 置通 话 权 限 , 保 留 通 话 记 录 。这 些 业 务 功 能 能 使 系 统 变 得 更 容 易 操 作 ,也 更 人 为 化 。 3 . 5信 号 不 中断 当信 号 传 播 过 程 受 阻 ,系 统 会 及 时 作 出 分 析 ,与 中断 系统 交 接 , 识别 ,继而重新连接,而且连接过程 中,数据不会丢 失,这是 W i F i 无 线 网络 通 信 技 术 的一 大 无 法 比拟 的优 势 。 与有线通 信系统相 比,矿井无线通信系统可 以实现矿井作业全 过 程 的有 效 监 控 ,在 通话 过 程 中 提 高 生 产 效 率 ,对 于 煤 矿 通 信 技 术 的进 一 步 发 展 和 完 善 有着 潜 在 的 促 进 作 用 。 与 其 他 无 线 通 信 系 统 相 比 ,基 于 W i F i 环 境 下 的 矿 井 无 线 通 信 系 统 又 具 有 通 信 范 围广 、成 本 花 费低 、存 储 空 间 大 、 通 信 质 量 高 、 可 传 输 声 音 及 图象 等 独 特 优 势, 具体表现在 以下几 个方面 : 首 先这个 网络 系统可 以与矿 井作业的 其他 设备很 好地共存,能稳定运行 ,不 需要另设通信 线路 ;其次具 备较快 的传 输速度,且同时传输声音 、图片不受 阻,有很 大的存储 空 间 ; 最后 是 系 统 不 同 于 传 统 无 线 通 讯 类 设 备 ,没 有 通道 限 制 , 可 根据用 户的需求调整宽带容量 ,实现 同时通讯 ,系统设备 采用安全 性 能较 高 的 材 质 , 能 够 避 免 环 境 因素 的干 扰 及 其 他 设 备 的 干 扰 , 方

煤矿井下无线通信系统综合解决方案

煤矿井下无线通信系统综合解决方案

运维管理
1. 设备巡检
定期对井下的无线通信设备进 行巡检,确保设备正常运行, 及时发现并处理潜在的问题。
2. 性能监控
通过专业的监控工具,实时监 控无线通信系统的性能指标, 如信号强度、通信速率等。
3. 故障处理
对于发生的故障,及时进行故 障定位、原因分析,并进行修 复,确保通信系统尽快恢复正 常。
根据故障原因,制定修复方案 ,可能包括更换故障设备、调 整设备参数、优化网络结构等 。
按照修复方案,迅速进行故障 修复,恢复无线通信系统的正 常运行。在修复过程中,可能 需要进行设备调试、系统测试 等工作,确保修复结果符合预 期。
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密密钥,进一步提高系统的安全性。
03
煤矿井下无线通信系统 综合解决方案的优势
提高生产效率
实时通信
煤矿井下无线通信系统能够实现实时通信,方便矿工之间以及矿 工与地面指挥中心之间的快速沟通,提高生产效率。
灵活性
无线通信系统具有极高的灵活性,矿工可在任何地点、任何时间与 他人保持联系,方便工作协调,减少等待和空闲时间。
远程指导与决策
03
地面指挥中心的管理人员可通过无线通信系统远程指导井下矿
工解决问题,提高决策效率和准确性。
04
煤矿井下无线通信系统 的实施与运维
系统实施步骤
1. 需求分析
2. 方案设计
3. 设备采购与安装
4. 系统调试
5. 试运行与优化
首先,要明确煤矿井下 的通信需求,包括通信 覆盖范围、通信容量、 通信速率等。
无线通信系统可实时传输安全监测数据,一旦检 测到异常,立即向矿工和地面指挥中心发出预警 ,确保矿工安全。

煤矿井下工作中wifi网络通讯技术的应用分析

煤矿井下工作中wifi网络通讯技术的应用分析

煤矿井下工作中wifi网络通讯技术的应用分析作者:张志刚来源:《科技传播》2013年第10期摘要煤矿井下工作中wifi网络通讯技术的应用,不仅能够实现通信链路的纵深,而且在煤矿井下工作中构建井下安全监控系统、语音通信系统、产量监控系统和人员定位系统的综合应用无线平台,不仅能够大大减少井下线缆的敷设和连接,减少人为的工作量,而且能够快速定位井下工作人员的位置,对煤矿安全生产具有重要的意义和价值。

下面我们就详细进行分析煤矿井下工作中wifi网络通讯技术的应用。

关键词煤矿;井下工作;wifi;网络通讯技术;应用中图分类号TN91 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2013)91-0222-021 Wifi技术Wifi即是俗称的无线宽带,是无线保真(Wireless Fidelity)的缩写,是一种能够将个人计算机等终端以无线方式互相连接的技术,属于短距离的无线技术,具有无线接入和高速传输的特点。

Wifi无线网络是由无线网卡和AP(Access point)即网络桥接器组成的,组网的系统包括AP节点、网络服务器和无线站点,在Wifi的热点区域,任何一个带有Wifi无线网卡的终端都可以进入到由站点和节点之间组建的局域网中,在地面上的短距离无线通讯中,Wifi技术的使用已经比较成熟。

2 Wifi无线通信系统在井下的应用由于煤矿井下的环境复杂,各种条件较差,巷道多,对信号的干扰因素多,因而给井下的无线通讯带来了不小的难题,使井下的无线通讯很长时间以来一直都徘徊在窄频范围内,不利于井下环境的监测和安全应用。

而基于Wifi的宽带无线通讯系统,能够很好地突破井下无线通讯技术的瓶颈,更好地实现煤矿井下的无线通信。

2.1数据采集系统的构成基于Wifi的数据采集系统主要是有多路切换电路、采样保持电路以及RAM、CPU等组成。

其在煤矿井下工作时,数据采集系统中的数据信息由信息调离电路转换为适合系统的电量信息,然后经过多路切换电路的通道转换后,数据信息有采样保持电路实施采样。

煤矿井下工作中wifi网络通讯技术的应用分析

煤矿井下工作中wifi网络通讯技术的应用分析

煤矿井下工作中wifi网络通讯技术的应用分析摘要煤矿井下工作中wifi网络通讯技术的应用,不仅能够实现通信链路的纵深,而且在煤矿井下工作中构建井下安全监控系统、语音通信系统、产量监控系统和人员定位系统的综合应用无线平台,不仅能够大大减少井下线缆的敷设和连接,减少人为的工作量,而且能够快速定位井下工作人员的位置,对煤矿安全生产具有重要的意义和价值。

下面我们就详细进行分析煤矿井下工作中wifi 网络通讯技术的应用。

关键词煤矿;井下工作;wifi;网络通讯技术;应用1 Wifi技术Wifi即是俗称的无线宽带,是无线保真(Wireless Fidelity)的缩写,是一种能够将个人计算机等终端以无线方式互相连接的技术,属于短距离的无线技术,具有无线接入和高速传输的特点。

Wifi无线网络是由无线网卡和AP(Access point)即网络桥接器组成的,组网的系统包括AP节点、网络服务器和无线站点,在Wifi的热点区域,任何一个带有Wifi无线网卡的终端都可以进入到由站点和节点之间组建的局域网中,在地面上的短距离无线通讯中,Wifi技术的使用已经比较成熟。

2 Wifi无线通信系统在井下的应用由于煤矿井下的环境复杂,各种条件较差,巷道多,对信号的干扰因素多,因而给井下的无线通讯带来了不小的难题,使井下的无线通讯很长时间以来一直都徘徊在窄频范围内,不利于井下环境的监测和安全应用。

而基于Wifi的宽带无线通讯系统,能够很好地突破井下无线通讯技术的瓶颈,更好地实现煤矿井下的无线通信。

2.1数据采集系统的构成基于Wifi的数据采集系统主要是有多路切换电路、采样保持电路以及RAM、CPU等组成。

其在煤矿井下工作时,数据采集系统中的数据信息由信息调离电路转换为适合系统的电量信息,然后经过多路切换电路的通道转换后,数据信息有采样保持电路实施采样。

最后数据信息经过转换器将数据信息转为模拟信号输送都CPU中进行处理并送到wifi模块。

物联网环境下油田无线网络路由协议分析

物联网环境下油田无线网络路由协议分析
挥各 种 路 由的优 点 ,从 而实 现 大规 模 的WMN 路 由。较 为典 型 的分级 路 由协议 是Z R P 协议 。它 是一个 先 应式 和反应 式路 由协议 的组 合 ,在 Z R P 协议 中 ,集 群被 称 为域 ( Z O N E), 是 一个 以节 点 为中心 ,以一 定 的跳数 为半 径 的虚拟 区 。Z R P
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呈 ! 墨 室 全
物联网环境下油田无线网络路由协议分析
◆宁
摘 要 : 目前 大庆 油田 已经进入 开发后 期 ,油 田开采 的难度 日益增 大 ,油田管理 的难 度显 著 增 加 ,生 产运行 、安 全环保 的形 势 日益严峻 ,经营 管理成 本压 力显 著提 高。 为解 决上述 问题 和 矛盾 ,大庆 油 田采油 三厂 已经开 始部 署油 田生 产物联 网 系统 。无线 网络 因其 具有 的 简洁传输 的 优 势 ,在 物联 网 系统 中将 发挥 巨大的作 用。
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径传 输来提 高数据 传输 的可靠性 。
四是 路 由协 议应 具有 安全机 制 。 由于无 线 网络的 固有特 性 ,其 路 由协议极 易受 到安 全威 胁 ,因此在 油 田物联 网系统
议 由3个部 分组成 :域 内路 由协 议 ( I A R P)、域 问路 由协 议 ( I E R P) 和边 界传播分 解协议 ( B R P ) 。
分为先应式路由与反应式路 由;从网络逻辑视图的角度可分
为平 面路 由与分级路 由。如 图所示 :
二是保持通信量负载平衡。通过更加灵活地使用路由策

一种适用于煤矿安监网络的路由协议研究

一种适用于煤矿安监网络的路由协议研究

煤矿开采环境 特殊 , 矿井 中地质 结构 错综 复杂 , 时 常面
进行环境信息 的采集和数据 的传输 . 固定 节点在 网络 中处于
相 同的地位 , 拥有相 同结构 , 因此具有 相 同的计算 能力及 通
l 临着各种危险. 因此 , 要实现安全生产 , 首先 就要做好 矿井 中
的安全监测 . 无线传 感 网络 ( Wi r e l e s s S e n s o r N e t w o r k , WS N)
收 稿 日期 : 2 0 1 6— 0 9—0 7
信息素信息最强 的路径便为最优路径 ] . C A C R A协议 主要关 注链 路 的传输距 离 、 跳数 以及 节点 的访 问频率等变化 信息 , 将这 些信 息作 为上下 文信 息 , 并结 合信息素信息来选 择最 优路径 . 另外, 在路 由后 向反馈 的过
算法在节点平均能耗及信息 量方面均优于 C A R A R算法和经
典的 L E A C H算法.
垂 直 巷 道
1 井 下环境 对 路 由协议 、 设备
状态监测及工作人员定 位等. 网络节点 将这些感 知数据进行
I 无 线 传辟 嘲络自 由 节 点 ● 与 有 线 节点 通信 的 无线 结点 有 线嘲 建 传黪 器节 点
2 网络模 型
井 下传感 网络也呈 带状分 布 , 且 L>>w( L为 长度 , w
为宽 度) . 网络中有 N个 固定节 点和 M个无 规则移动 的移动 节. 如 图 1所示 , 固定节点呈等距链式分 布 , 有固定线缆 为其 供电 , 无需考虑 能量 供应 问题 , 其 主要 与各类 型传 感器 连接
信能力 . M个移动 节点主要 由井 下人员 、 运输工 具和 井下设 备携 带 , 由电池供 电, 需 考虑 能量 问题 . 其 主要 用 于环 境检

煤矿井下无线传感网络路由协议研究

煤矿井下无线传感网络路由协议研究

实验研究0 引言近年来矿井安全事故频发,因此建立较为完善的煤矿井下安全监测系统尤为重要。

由于井下环境复杂、恶劣,如果采用有线设备建设安全监测系统,不仅费时费力、成本较高,而且一旦有线设备受损也容易造成系统的功能受限[1]。

无线传感器网络由于强大的移动性和自组织性更适合应用于煤矿井下的特殊环境。

将无线传感器网络应用于煤矿井下环境还有两个问题要解决:传感器节点受限于能量有限,无线传感器网络中节点能耗不均会导致节点过快死亡,影响网络的生存时间和整体性能;煤矿井下长距离带状环境,容易造成“热区”问题,导致节点能耗不均[2]。

因此需要为WSN建立合理的网络拓扑结构,以降低网络的整体能耗、延长网络的生存周期、提高网络性能和扩展性等。

本文采用k-medoids聚类算法对无线传感器网络的拓扑结构进行簇类划分,并在初始化簇头节点时舍弃传统算法中的随机选择,采用领域自适应半径的方法进行簇头节点选择,综合考虑了簇头节点的剩余能量因子和用邻居节点数计算出的近似密度因子;替换新簇头节点时考虑节点剩余能量,较好的均衡了无线传感器网络节点的能量,延长了网络的生存周期。

1 传统k-medoids算法k-medoids算法是一种优化的划分式聚类方法,对包含异常点的数据集能够实现较好的聚类划分,具有较好的健壮性和鲁棒性[3]。

k-medoids算法常用的划分方法是选取实际节点作为簇头节点,普通节点根据与簇头节点的相似性度量加入相应的簇中。

其算法的核心思想是:从n个节点中随机选择k个节点作为簇头节点,其余节点按照就近原则分配到k个簇中;通过反复迭代使用非簇头节点代替簇头节点,从而得到最佳分簇效果。

虽然k-medoids算法比起其他聚类算法能够得到较均匀的分簇结构,有效改善孤立点的簇类划分,一定程度上改善了节点之间的能耗问题。

但也存在不少缺点:(1)在初始化簇头节点时采用随机选择的方法,导致不同环境中分簇效果不稳定;(2)更新簇头节点为参考当前能量值等其他标准,导致迭代计算工作量较大。

211084163_煤矿Wi-Fi_无线通信技术研究及应用

211084163_煤矿Wi-Fi_无线通信技术研究及应用

智能智造与信息技煤矿Wi-Fi无线通信技术研究及应用夏伟(永城煤电控股集团有限公司河南永城476600)摘 要:W i-Fi技术具有覆盖性好、稳定的特点,在煤矿井下无线通信中具有比较明显的应用优势。

本文对煤矿井下Wi-Fi无线通信技术的应用展开研究,分析无线通信技术的特点和需求,比较Wi-Fi技术和其他技术的特点,探讨Wi-Fi技术的应用思路和井下的无线网络设计方式,最后,结合实例,讨论具体的应用方法,希望通过研究可以解决煤矿井下Wi-Fi无线通信的应用需求,提升对煤矿安全、生产的管理水平。

关键词:煤矿Wi-Fi通信技术采矿控制网络设计中图分类号:T N92文献标识码:A文章编号:1674-098X(2022)09(c)-0083-04 Research and Application of Wi-Fi Wireless CommunicationTechnology in Coal MineXIA Wei( Yongcheng Coal and Electricity Holding Group Co., Ltd., Yongcheng, Henan Province, 476600 China ) Abstract: Wi-Fi technology has the characteristics of good coverage and stability, and has obvious application ad-vantages in underground wireless communication in coal mine. This paper studies the application of Wi-Fi wireless communication technology in underground coal mines, analyzes the characteristics and requirements of wireless communication technology, compares the characteristics of Wi-Fi technology and other technologies, analyzes the application ideas of Wi-Fi technology and the design method of underground wireless network, and finally discusses tthe specific application method combined with examples, hoping that through research, the application require-ments of Wi-Fi wireless communication in coal mines can be solved, and the management level of coal mine safety and production can be improved.Key Words: Coal mine; Wi-Fi communication technology; Mining control; Network design煤矿井下生产环境狭小而且复杂,对井下生产管理有着很高的实时性要求,不仅要确保管理人员能与电车司机、瓦检员等井下工作人员取得联系,也要保证系统可以快速获得井下运行的实时信息,满足生产工作的控制需求,实现对生产的统一指挥调度。

矿山内部无线通信网络的建设和优化

矿山内部无线通信网络的建设和优化

矿山内部无线通信网络的建设和优化随着信息技术的不断发展,矿山行业也逐渐实现了数字化、自动化、智能化等现代化的变革。

然而,对于矿山来说,由于地下采矿作业环境恶劣、交通不便等特殊条件的限制,无线通信网络建设一直是其发展的瓶颈。

本文将从矿山内部无线通信网络的建设和优化两个方面进行探析。

一、矿山内部无线通信网络的建设1.无线信号传输原理在建设矿山内部无线通信网络时,首先需要落实无线信号传输原理。

一般来说,无线信号传输可以分为电磁波传播和光波传播两种方式。

然而,由于矿山内部存在大量的金属、岩石等磁性物质,电磁波传播受到很大的限制,因此光波传播方式成为了无线通信网络建设的首选。

在光波传输中,光纤是目前最常用的传输媒介。

相比于其他传输方式,光纤传输具有信号传输速度快、传输距离远、抗干扰能力强等优点,非常适合矿山内部无线通信网络的建设。

2.无线室内设计矿山内部环境复杂,因此在建设无线通信网络时需要进行无线室内设计,以保证网络的稳定性和可靠性。

室内设计需要考虑的因素有很多,例如电磁兼容性问题、无线信号传输距离、断电保护等。

在室内设计中,应根据矿山的实际情况进行规划,确保信号传输的覆盖范围和通信质量。

3.无线接入技术在无线通信网络中,一般采用4G/5G、WLAN等无线接入技术。

4G/5G技术具有覆盖范围广、传输速度快的优点,可以为矿山内部大范围无线通信提供支持;而WLAN技术可以用于较小范围的无线通信,可以实现更为实时的数据传输。

二、矿山内部无线通信网络的优化1.优化无线信号覆盖区域矿山内部的地形复杂多变,因此在无线通信网络中,需要按照实际情况调整无线信号覆盖区域。

具体来说,在信号传输速度慢的区域,可以设置信号放大器来增加信号强度,从而提高通信质量;而在信号覆盖范围较大的区域,可以通过增设无线信号基站等方式来扩大信号覆盖面。

2.调整无线信道频段在建设无线通信网络时,不同无线信道频段的干扰和穿透力是不同的。

因此,需要根据实际情况调整无线信道频段,以达到最优化的通信效果。

面向矿山物联网的井下无线路由协议研究

面向矿山物联网的井下无线路由协议研究

面向矿山物联网的井下无线路由协议研究【摘要】为实现井下无线监测网络的应用,针对井下无线监测的特点,设计了一种基于地址码优先级的星-总线型多跳无线路由协议。

分析了井下无线传输过程模型及存在的数据广播问题,考虑方向控制、二次定位、抗干扰、网络生存周期等问题,通过增加协议地址码和上下行标识来实现上述功能。

模拟实验表明,该协议能顺利完成巷道环境下无线数据传输。

【关键词】瓦斯;无线监测;无线路由协议;矿山物联网;nRF9050.引言感知矿山物联网是矿山下一代监测监控系统发展的趋势[1],矿井瓦斯无线监测系统的应用既是对当前有线监控系统的有效补充,也是感知矿山物联网在井下应用的一个探索[2,3]。

由主干有线网络和终端无线网络构成的矿井瓦斯无线监测系统,其实现的首要关键是终端无线监测子网的有效构建[4]。

无线监测子网主要应用于采掘作业区,解决动态环境下的数据采集传输问题,其灵活多变的网络结构,要求配置一套适用无线路由协议。

笔者针对前期研究的基于nRF905无线射频芯片的无线监测子网,从移动设备功耗开销、无线信号覆盖范围、网络的抗干扰性能和生存周期出发,设计了一套基于地址码优先级的星-总线型多跳无线路由协议。

1.无线瓦斯监测子网介绍无线瓦斯监测子网主要布置于采掘作业区,由便携式无线瓦斯检测仪器和无线传输子网组成;便携式无线瓦斯检测仪器包括前期研制的无线瓦斯报警矿灯和无线瓦检仪两类[5,6],用于移动式瓦斯监测;每个掘进区或采煤区均有一个独立的无线通信子网,它由若干无线中继站和一个无线网关分站组成,完成所在区域内的瓦斯无线监测数据采集及向井上监控中心传输的功能;无线网关跟站是无线监测子网和主干有线通信网络的接口,完成监测数据的无线接收,并转换成有线传输。

其中便携式无线瓦斯检测仪器由人员携带。

2.井下无线传输拓扑结构及存在的问题采用无线射频收发芯片nRF905实现的无线通信过程仅仅是一个简单的数据收发过程[7],缺乏用于组建无线网络的必要无线通信路由协议栈,因此作为一个无线监测子网,还需要必要的路由协议,以控制整个网络的数据流向、容量及能量。

矿山井下无线传感器网络多径路由协议的研究的开题报告

矿山井下无线传感器网络多径路由协议的研究的开题报告

矿山井下无线传感器网络多径路由协议的研究的开题报告一、研究背景矿山是重要的能源与资源产业,井下生产环境的监测对于保证矿山生产的安全与高效具有重要的意义。

而传统的人工巡检环境监测方法存在监测范围有限、时效性差等问题,搭建井下无线传感器网络则可实现对井下环境状况的实时监测,以及收集和分析相关数据,从而实现对井下矿区的智能化监管。

然而,矿山井下环境的特殊性,诸如矿井地质结构复杂、信号高度衰减、通信链路阻隔等因素,给井下无线传感器网络的部署与运维带来了很大的挑战。

多径路由协议就是在此复杂环境下应运而生、应用广泛的技术之一。

二、研究内容本项目旨在研究矿山井下无线传感器网络中的多径路由协议,涉及以下内容:1. 研究多径路由协议的理论基础,分析其在井下环境中的可行性。

2. 综合现有的多径路由协议,结合井下环境的特殊性,设计适用于井下的多径路由协议。

3. 基于NS-2等网络仿真工具,对设计的多径路由协议进行仿真评估,并比较其与现有协议的性能差异。

4. 针对井下无线传感器网络的实际应用环境,利用选定的无线传感器设备在实验室和实际矿山现场搭建一套完整的无线传感器网络系统,对研究成果进行验证和测试。

三、研究意义本项目的研究内容将能够:1. 提高矿山井下无线传感器网络的数据传输可靠性,减少数据丢失和死区现象。

2. 提高矿山井下无线传感器网络的代价效益,减少投入和维护成本,加强可操作性与可维护性。

3. 为矿山井下环境监测和灾害预警等领域提供技术支撑。

四、研究方法和步骤1. 调研和分析多径路由协议的理论基础,及其在其他领域的研究和应用情况;2. 根据矿山井下环境的实际情况,结合现有多径路由协议,设计适用于矿山井下的多径路由协议;3. 利用网络仿真工具,对设计的多径路由协议进行仿真评估,比较性能差异;4. 基于选定的无线传感器设备,搭建完整的无线传感器网络系统,开展实验室和现场测试。

五、预期研究成果1. 设计一套适用于矿山井下的多径路由协议2. 经仿真评估表明,本项目提出的多径路由协议性能优于现有协议;3. 开发一套实际的井下无线传感器网络系统,实现对一个标准矿井内的传感器设备的实时监测和数据收集,验证研究成果的可行性和实用性。

矿井环境下无线传感器网络路由协议研究的开题报告

矿井环境下无线传感器网络路由协议研究的开题报告

矿井环境下无线传感器网络路由协议研究的开题报告一、论题背景传感器网络是由一组小型、低功率无线传感器节点组成的网络,可以用于监测和收集环境中的各种物理信息。

无线传感器网络具有低功耗、低成本、易部署等优点,在矿井监测、无线自组网、智能交通等领域有着广泛的应用。

矿井是一个特殊的环境,有着高温、高湿、高尘等恶劣的工作条件,而且矿井地形复杂,信号传输距离短,容易发生信道干扰和抖动等问题。

因此,研究适合矿井环境下的无线传感器网络路由协议,对于提高传感器网络的可靠性、扩大网络范围、减少能耗等方面具有重要意义。

二、研究意义1.提高传感器网络的可靠性传感器网络用于矿井监测,需要实时采集和传输各种物理信息,如温度、湿度、气体浓度等。

如果路由协议不稳定,可能会导致数据传输中断或丢失,从而影响矿井的安全运行。

2.扩大网络范围矿井的空间往往比较大,一个矿井可能需要数百个甚至上千个传感器节点进行监测。

如果采用传统的单跳通信方式,很难覆盖整个矿井。

采用适合矿井环境下的路由协议,可以实现多跳通信,扩大网络范围,提高监测效率。

3.减少能耗矿井的环境往往很恶劣,维护和更换节点需要耗费很大的人力和物力。

采用适合矿井环境下的路由协议,可以优化数据传输路径,降低节点能耗,延长节点寿命,减少维护成本。

三、研究内容本文研究适合矿井环境下的无线传感器网络路由协议,包括以下内容:1.分析矿井环境对传感器网络路由协议的影响,探讨在矿井环境下的路由协议的需求和特点。

2.综述现有的无线传感器网络路由协议,分析其在矿井环境中的适用性和不足之处。

3.提出一种适合矿井环境下的路由协议,并进行仿真测试和性能评估。

四、研究方法本文研究采用以下研究方法:1.文献综述法对现有的无线传感器网络路由协议进行综述,分析其优缺点和适用范围,找出在矿井环境下的问题和不足之处。

2.仿真模拟法采用NS-2网络仿真工具,构建矿井环境下的无线传感器网络模型,分析不同路由协议的性能和可靠性。

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面向矿山物联网的井下无线路由协议研究
【摘要】为实现井下无线监测网络的应用,针对井下无线监测的特点,设计了一种基于地址码优先级的星-总线型多跳无线路由协议。

分析了井下无线传输过程模型及存在的数据广播问题,考虑方向控制、二次定位、抗干扰、网络生存周期等问题,通过增加协议地址码和上下行标识来实现上述功能。

模拟实验表明,该协议能顺利完成巷道环境下无线数据传输。

【关键词】瓦斯;无线监测;无线路由协议;矿山物联网;nRF905
0.引言
感知矿山物联网是矿山下一代监测监控系统发展的趋势[1],矿井瓦斯无线监测系统的应用既是对当前有线监控系统的有效补充,也是感知矿山物联网在井下应用的一个探索[2,3]。

由主干有线网络和终端无线网络构成的矿井瓦斯无线监测系统,其实现的首要关键是终端无线监测子网的有效构建[4]。

无线监测子网主要应用于采掘作业区,解决动态环境下的数据采集传输问题,其灵活多变的网络结构,要求配置一套适用无线路由协议。

笔者针对前期研究的基于nRF905无线射频芯片的无线监测子网,从移动设备功耗开销、无线信号覆盖范围、网络的抗干扰性能和生存周期出发,设计了一套基于地址码优先级的星-总线型多跳无线路由协议。

1.无线瓦斯监测子网介绍
无线瓦斯监测子网主要布置于采掘作业区,由便携式无线瓦斯检测仪器和无线传输子网组成;便携式无线瓦斯检测仪器包括前期研制的无线瓦斯报警矿灯和无线瓦检仪两类[5,6],用于移动式瓦斯监测;每个掘进区或采煤区均有一个独立的无线通信子网,它由若干无线中继站和一个无线网关分站组成,完成所在区域内的瓦斯无线监测数据采集及向井上监控中心传输的功能;无线网关跟站是无线监测子网和主干有线通信网络的接口,完成监测数据的无线接收,并转换成有线传输。

其中便携式无线瓦斯检测仪器由人员携带。

2.井下无线传输拓扑结构及存在的问题
采用无线射频收发芯片nRF905实现的无线通信过程仅仅是一个简单的数据收发过程[7],缺乏用于组建无线网络的必要无线通信路由协议栈,因此作为一个无线监测子网,还需要必要的路由协议,以控制整个网络的数据流向、容量及能量。

对于应用于煤矿井下的基于星—总线型网络拓扑的无线监测网络需要设计一个专用的无线路由协议。

2.1无线数据传输方向控制
井下无线监测子网中数据流需要按一定方向传输,最后汇聚到无线分站,由
无线分站完成同外部有线网络的数据交换。

在无线通信网络中若数据流没有方向性,则容易造成同一数据的在网络里的广播,造成网络阻塞。

以图2为例,若路由中继和定位中继只进行数据的接收和转发,则矿工1发送一组信号被路由中继D接收到;D转发该数据,能同时被C和E接收;C再转发数据的时候,D将再次收到该数据,从而会造成该组信号在C、D间不停的收发,造成网络阻塞,直到能量耗尽。

为了控制数据流的方向,我们需要在发送的无线信号里加入地址信号。

各个无线路由中继和定位中继本身都带有地址码,且它们在巷道中设置的时候以地址码从大到小的顺序依次排列,在图2中,B、C、D、E、F的地址码依次递减。

这样,当路由中继D收到矿工1发送的信息时,在该信息中添加自身地址码后转发,当C收到时,先判断地址码跟自身地址码的大小,当比自身地址码小时,就认为是能接收的信息,并把地址码修改成自身地址码后再转发。

此时,B和D 都能收到信息,D判断地址码比自身地址码小,终止发射;B判断信息中地址码比自身地址码要小,所以接收信息并修改地址码后发送。

这样,信息就能沿着D—C—B—A定向传输了。

3.无线路由协议设计
路由通信协议是指通信双方共同遵循的一种约定,包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等内容做出的统一规定。

本系统无线路由通信协议为半双工模式,具体帧格式如下:
[前导码] [通信地址码] [类型标识码] [路由中继站地址码] [定位中继站地址码] [无线检测终端编码] [瓦斯浓度] [CRC校验码]
其中前导码和CRC校验码由nRF905自动添加;通信地址码为4字节,用于确定通信双方能否通信(地址匹配技术),例如无线接收分站的可信任通讯地址为“0001”,则它只能接收通讯地址设置为“0001”的终端设备发送来的信息;类型标识码为一个字节,字节高位用于区分是数据是上行数据还是下行数据,字节低位用于区分该信息是何种无线检测终端传输的信息,该标识码用于监控中心对接收到的数据进行分类处理和监控中心向井下发送控制命令,如查询人员位置;路由中继站地址码为两个字节,用于控制数据流的方向;定位中继站地址码为2个字节,用于瓦斯检测及超限时的二级位置定位,区域定位由无线分站的CANID 号来确定[8];无线检测终端编码长度为3字节,它和矿工编号或瓦检员编号唯一对应,理论上容量可以达到224台,用于确定瓦斯监测数据来源;瓦斯浓度定义为3个字节的整型数,第二个字节为小数点,采用ASCII码表示。

4.结论
基于地址码优先级的星-总线型多跳无线路由协议的设计,实现了瓦斯监测数据的多跳无线传输,扩展了无线监测范围。

尽管其预设的地址码优先级在组网中存在的次序性,会影响无线网络扩展的灵活性,但其对通信芯片低依赖性和实现简单、低能耗等优点,使其具备一定的应用价值。

参考文献:
[1] 孙彦景,钱建生,李世银等.煤矿物联网络系统理论与关键技术[J].煤炭科学技术,2011,39(2):69-72.
[2] 孙继平.煤矿物联网特点与关键技术研究[J].煤炭学报,2011,36(1):167-171.
[3] 吴强,沈斌,秦宪礼等.无线射频瓦斯传感器研究[J].煤矿安全,2009,40(5):74-77.
[4] 秦宪礼,刘新蕾,沈斌.采掘作业区无线瓦斯监测系统研究[J].矿山机械,2009,37(24):18-21.
[5] 秦宪礼,刘新蕾,沈斌.基于射频通信的多功能瓦斯报警矿灯的研究.工矿自动化,2008,153(6):29-31.
[6] 沈斌,秦宪礼.基于红外吸收原理的无线瓦斯巡检仪[J].黑龙江科技学院学报,2011,21(2):108-111.
[7] QIN Xianli,SHEN Bin,LIU Xinlei. Research of overrun gas-data wireless transmission system based on nRF905. PROGRESS IN SAFETY SCIENCE AND TECHNOLOGY.2008:390-393.
[8] QIN Xianli,LIU Xinlei,SHEN Bin.Research of Wireless Gas Monitoring System Based on Lithium Miner’s Lamp[J].东北大学学报增刊,2009:61-64.。

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