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《江西理工大学》 2017年
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井下WSN固定节覆盖及定位算法研究

雷高祥  
【摘要】:我国矿山资源丰富,但生产事故时有发生,直接导致了难以估计的经济损失和井下开采人员伤亡。无线传感器网络技术具有成本低廉、功耗小、可信度高、节点简单易安装等优点被广泛应用于监测巷道环境变化。矿井WSN的覆盖、连通性是需要解决的基本问题,高效的节点部署是保证WSN覆盖、连通性的前提,性能优越的固定节点部署模式能够更好的覆盖监测区域,从而获取到更加精确监测数据,也为节点精确定位提供可靠的保障。井下WSN节点精确定位可及时获取事件发生的地理信息,为矿井安全开采和灾后人员营救提供可靠保障,但目前的算法精度不是很高,有必要研究和设计出适合矿井巷道空间WSN的精确算法。本文为解决井下WSN的节点最佳部署位置和精确定位问题,开展以下三个方面的研究:(1)针对井下巷道三维WSN节点最优部署问题进行研究,在充分调查矿井几何构建方式后,抽象出巷道穹顶形模型,分析出穹顶形巷道WSN节点多种可靠的无缝覆盖放置方式,并研究了网络的连通覆盖性,求出了不同部署方式下巷道三维空间满足k-覆盖(k(28)1,2)时截面的最大水平间距以及达到k-连通(k(28)2,3)时传感器节点通信半径大小、感应半径大小、矿井巷道空间尺寸之间的函数关系。通过仿真实验验证和比较了所提出的几种节点放置方式的网络性能,给出了最优的节点放置方式,有效提高了井下巷道空间节点的部署效率。(2)针对WSN井下巷道空间灾害监测信息系统,提出一种采用矿井三维建模WSN多重覆盖算法和RSSI的加权质心定位算法。根据矿井巷道的几何结构,将矿井建模成规则的拱形模型,建立起一种巷道固定节点无缝覆盖部署模型,并且推导出满足多重覆盖目的时节点在巷道中放置的最大水平距离。在此基础上,提出了一种利用节点RSSI值求出加权系数对质心坐标进行加权处理的方法。实验结果表明改进的质心算法有效地减少了误差,并且过程简单,适用于矿井环境。(3)为了减少经典DV-Hop算法计算未知节点位置时产生的较大误差,提出了一种基于节点RSSI值与临界RSSI比例跳数修正和跳距重估的DV-Hop算法。通过采用引入临界RSSI比,均衡系数和对跳距进行重估的计算方式来进一步对跳数和跳距进行修正。理论推导和仿真实验结果表明,本论文提出的几种穹顶形巷道固定节点最优部署模型在达到全覆盖时能保障井下WSN节点间可靠的连接性,改进的定位算法提高了节点的定位精度。提出的方法和算法能确保实现复杂矿井巷道环境的可靠的信息监测和高精度的节点定位。
【学位授予单位】:江西理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN929.5;TP212.9

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【参考文献】
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