基於協作通信的礦井多信息流無線傳輸關鍵技術研究

《基於協作通信的礦井多信息流無線傳輸關鍵技術研究》是依託中國礦業大學，由孫彥景擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於協作通信的礦井多信息流無線傳輸關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫彥景
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

礦山井下巷道彎曲分支、有耗媒質等環境條件造成的信號衰退效應會極大地降低無線傳輸性能。協作通信技術通過拓展其他節點的天線可有效提高無線傳輸增益與空間復用性，兼有多跳自組網、無線中繼和多天線的優勢，能夠克服礦山安全生產及災後救援無線通信的瓶頸問題。本項目針對井下多種類型業務信息流綜合傳輸的要求，從流的角度出發，以滿足井下多種類型業務信息流的傳輸服務質量要求為目標，構建多節點間的協作傳輸模式，研究基於協作通信的多流多目標最佳化傳輸問題。包括礦山複雜環境下協作傳輸特性分析與建模研究、能量有效的標量信息實時協作收集研究、延遲頻寬折衷的音頻協作傳輸研究、速率最佳化的視頻流協作傳輸研究、延遲最佳化的多流協作傳輸調度研究及礦山井下複雜環境的無線傳輸驗證系統等。通過對這些問題的研究，解決井下複雜多變環境下無線傳輸關鍵技術問題，奠定礦山信息傳輸技術的理論基礎和重大工程安全預警技術基礎,對數位化礦山建設具有重要意義。

結題摘要

依託國家自然基金面上項目“基於協作通信的礦井多信息流無線傳輸關鍵技術研究”，針對礦山井下安全生產、災害預警、應急救援等套用，面向礦山複雜動態環境，克服無線信號衰退效應，結合不同類型信息流傳輸需求研究了協作最佳化方法與協定，解決了礦山複雜環境信道建模及井下協作建模最佳化方法、面向多信息流的井下協作傳輸最佳化方法等關鍵技術問題。課題主要工作總結如下：1、建立了礦山複雜環境中考慮巷道壁粗糙程度的多波模信道模型，推導了礦山巷道/隧道單中繼/多中繼協作場景中無線協作容量及中斷機率等性能，並通過中繼選擇、功率分配、模式選擇等方式對協作系統進行性能最佳化。2、針對礦山井下多信息流傳輸需求，提出多信息流協作傳輸最佳化方法；針對礦山音/視頻傳輸中的頻譜受限問題，提出集中式/分散式無線帶內全雙工MAC機制，提高礦山頻譜資源利用率；針對礦山井下無線視頻多跳傳輸中時延、抖動等問題，提出時延容忍的無線多跳網路路由協定、多接口多信道AODV路由協定。針對能量受限的無線感測套用，提出礦山複雜環境無線感測網二重覆蓋節點部署方法、分散式非均勻分簇算法及基於模糊邏輯的能量最佳化路由算法； 3、搭建了礦山複雜環境無線傳輸驗證系統，通過在該平台上對課題中所提出的理論算法/協定進行了硬體仿真，驗證了課題所取得的理論成果的有效性。本課題所取得研究成果可為礦山井下低延遲、高可靠、高速率無線通信平台的構建奠定理論與技術基礎。 項目組成員在國內外學術期刊和會議上發表高水平論文30篇，其中SCI檢索14篇，EI檢索10篇，出版專著1部，授權發明專利3項，申請發明專利4項。培養博士研究生6人，碩士研究生13人。本課題研究作為部分創新內容獲2016年江蘇省科技進步二等獎1項，教育部2015年科技進步二等獎1項。完成了預期目標。 通過該課題的研究，解決了井下複雜多變環境下無線傳輸關鍵技術問題，奠定了礦山信息傳輸技術的理論基礎和重大工程安全預警技術基礎，對數位化礦山建設具有重要意義。