试验研究煤矿监测系统无线传感器网络的设计

试验研究煤矿监测系统无线传感器网络的设计当前煤矿环境监控系统大多采纳有线和固定传感器构成的网络,因为工作面的不停推动,存在着监测盲区。无线传感器网络采纳无线通讯手段,可应用于布线和电源供应困难的地区、人员不可以抵达的地区(如遇到污染的地区、环境被损坏的地区或敌对地区),一些暂时场合(如发生自然灾祸时,固定通讯网络被损坏)和一些工作地址常常变换的地区(如矿井采煤附井)等。因为无线传感器网络不需要任何固定网络的支持,拥有迅速睁开、抗毁性强等特色。本文议论一个合适在矿区运用的低功耗无线传感器网络的设计,主要传感器网络的网络构造、采纳的通讯协讲和传感器节点的设计。网络构造无线传感器网络是由大批的小型传感器节点构成,采纳无线数据传输方式的,用来监督物理环境和有关现象并向察看者或许办理中心报告丈量结果的网络。无线传感器网络主要有两种构造:集中式控制构造和散布式构造。集中式构造的一般节点比较简单,而中心节点设施复杂。集中式构造的控制也简单,整个网络由主节点控制依据商定好的次序进行运作,但节点的要求比较高。而散布式构造中,依据节点数目的多少,又可分为平面构造和分层构造建立。平面构造的网络比较简单,所有结点的地位同等,所以又能够称为平等式构造,其平面构造如图1-a所示。它的弊端是可扩大性差,每一个结点都需要知道抵达其余所有结点的路由,保护这些动向变化的路由信息则需要大批的控制信息。在分层构造中,网络可区分为多个簇。每个簇由一个簇头(黑点?)和多个簇成员(白点)构成。这些簇头形成了高一级的网络。在分层构造中,簇头结点负责簇间数据的转发,而簇成员只负责数据的收集。这大大减少了网络中路由控制信息的数目,所以拥有很好的可扩大性。分层构造中网络拥有自组织性,相对来说比较灵巧,可是通讯比较繁琐,控制麻烦。设计对环境进行监测的无线传感器网络,节点之间的通讯和传感数据自己其实不是特别重要,而对数据进行剖析,使终端用户能够获得被监督环境的有关事件并经过必定的算法对环境变化进行展望才是最重要的。所以本设计采纳一种集中式的主从构造。这个构造相当于分层构造的一种改良。因为网络的自组织需要很大的开支,并且简单出现泛洪等问题,所以依据本设计中需要监测的环境地址是确立的这一特色,能够经过固定一般节点ID号的方法,确立了网络的组织和连结。通讯协议为了降低节点的设计复杂度,同时加速保证通讯的速度,本设计不采纳传统的网络中TCP/IP协议。整个网络中放弃路由环节,改由主节点控制整个网络的有序运转。考虑环境监测的目的,所以对数据的加密和网络安全协议的控制也能够减少好多。在网络正常运转状态下,各节点都处于接收状态。由主节点每隔一段时间向各个节点倡始通讯恳求(控制帧)。当一般节点接收到的控制帧,假如信息中的地址信息和自己的ID号(一般节点预先经过拨位开关或许程序固化的方式确立自己的ID号)同样时,此节点转入发送模式,将信息(数据帧)发送给主节点,而ID信息不一样的节点则持续监听接收。同时,主节点在发送完控制帧后就转入接收状态,等候响应。当其接收完一般节点的所有信息后,发送一个控制帧给普通节点,以确立接遇到信息,同时结束整个通讯过程。此外,考虑到灾祸展望信息监测的特色,有些时候一般节点要求发送一些紧迫信息。所以设计时考虑到能够同意一般节点倡始通讯。比如状况紧迫时,普通节点一定将报警信息(信息帧)立刻发回主节点,以便采纳相应的措施。主节点和一般节点之间通讯传输的信息帧有3种格式:1为数据帧,2为控制帧,3为信息帧。三种帧三种帧信息中,数据帧和信息帧由一般节点发射,主节点接收。而控制帧是由主节点发射,一般节点接收。控制帧分为4段,第一段说明使用4个bit的字节用来说明帧的种类,第二段用来表示信息发送的目的地址段,因为网络属于小型的,所以使1byte就能够了。第三段属于报警信息,使用2byte长度。第四段属于查验段。信息帧也分为4段,第一段说明使用四位用来说明帧的种类,第二段用来表示信息发送的目的地址段,第三段属于控制信息,控制信息的长度也预先确立了,这样能够简化通讯的难度,使用2byte长度。第四段属于查验段。数据帧分为5段,第一段说明使用四位用来说明帧的种类,第二段用来表示信息发送的