井下複雜環境中無線通信與組網關鍵技術的研究

《井下複雜環境中無線通信與組網關鍵技術的研究》是依託中國礦業大學，由孫彥景擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：井下複雜環境中無線通信與組網關鍵技術的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫彥景
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

在井下複雜環匙求良巴境中實現可靠的通信和組網是複雜環境下作業安全監測、遠程控制和應雄囑戒急救援的基礎，是地下無人採礦和數位化礦山研究的核心內容之一。.建立存在煤岩粉塵有耗媒質，各類重型機械設備工作情況下的井下複雜環境電磁波傳播模型，以及電磁波在不同介質內和介質間的傳播損耗模型。從而建立複雜環境下無線通信的信道模型，給出地下無線通信鏈路路徑損失預測方法。本課題將研究有效解決井下複雜物理場環境中的無線通信與組網關鍵技術問題的方法，研製礦井無線地下感測器網路通信平台，建立煤礦無人開採信息傳輸試驗環境、滿足煤礦信息化建設以及井下災害搶險救援的需求。對煤礦感測和安全監測，地震，農業以及地下環境監測系統的研究具有重要意義。

結題摘要

在井下複雜環境中實現可靠的通信和組網是複雜環境下作業安全監測、遠程控制和應急煉燥棕救援的基礎。課題首先研究了複雜環境下電磁波傳播模型和無線信道模型：把巷道壁粗糙的影響模擬為具有損耗的阻抗的級聯，結合實際礦井環境建立了阻抗級聯模型，仿真分析了粗糙度等參數對傳播特性的影響。提出將確定性射線反射模型與頻域AR統計模型相結合建立礦井超蘭市捉企寬頻多徑信道AR模型的方法。採用獨立的角度脈衝回響建立基於S-V模型的煤礦巷道信道模型，給出了頻帶的劃分方式和信道的改造辦法等。提出構建基於多頻帶正交頻分復用（MB-OFDM）技術的礦井巷道超寬頻無線通信系統。從研究井下巷道電磁波信號強度空間分布的特性出發，分別從距離和頻率的角度確定電磁波信號周期性的規律，建立了距離和頻率多維定位函式。 其次，課題研究了相關網路算法，實現有效覆蓋和連通性保持控制及快速自組網重構。基於井下巷道的結構特點，以最佳化節點能耗，最大化網路生存時間為目標，提出了長帶狀無線感測器網路的能量最佳化路由算法，以及面向煤礦套用的分簇無線感測器網路鏈式拓撲結構（CBCT），基於連通度和覆蓋度的比較分析，證明了鏈式拓撲比線型拓撲結構在井下套用的優勢。針對無線感測器網路中節點能量有限的特徵，面向受限空間區域套用提出了基於權值的能量有效分簇路由協定，達到延長網路生存時間的目的；提出了一種能量均衡的無線感測器網路蟻群最佳化路由協定EAntWSN。針對無線感測器網路中鏈路的非對稱性，給出在有向圖上構建傳輸時延和能量消耗均衡的強連通支配集的強連通支配樹算法(SCDT)，構造聯契約束的強連通支配集，形成時延和能耗均衡的虛擬骨幹。 研製礦井自組織無線感測器網路的平台：設計開發了兼容WSN和IEEE802.11的無線節點與網關。提出基於802.11n的和OLSR路由協定的無線多跳信息傳輸策略。針對期望傳輸計數（ETX）和期望傳輸時間（ETT）沒有考慮到802.11 MAC層的指數回退策略，不能準確評估數據包的平均傳輸時間的問題，提出基於可用傳輸時間(ATT)的路疊辨夜由度量機制，在Linux平台上對OLSR協定進行擴展實現。 本課題的研究對煤礦感測和安全霉朵監測具有重要意義。獲教育部、中國煤炭工業科技進步二等獎各1項,出版專著1部,發表論文26篇，其中SCI/EI論文15篇，遷婚踏申請發明專利2項，培養博士研究生1名，碩士研究生8人，在讀博士研究生2名。