基于感知分區(qū)的三維井下非均勻分簇路由研究.pdf

1、我國煤礦開采區(qū)域的結構相對封閉且復雜，使得礦難事故頻發(fā)，構建基于無線傳感器網絡的智能安全監(jiān)測系統將有效地改善安全數據監(jiān)測能力和安全預警能力，是煤礦企業(yè)安全生產和科技創(chuàng)新發(fā)展的著力點。傳感器節(jié)點的部署是無線傳感器網絡工作的基礎，其影響著整個網絡的性能，且無線傳感器網絡存在嚴重的能量約束問題，因此本文主要對節(jié)點部署和路由協議進行了研究，重點對分簇路由算法和三維空間節(jié)點部署進行了分析。
　　在傳感器節(jié)點部署方面主要分析了節(jié)點感知模型和覆

2、蓋問題，并對井下節(jié)點部署模型進行了分析，針對煤礦井下巷道環(huán)境的特殊性，提出了適用于井下巷道的部署模型。根據空間鑲嵌理論，選擇了三棱柱填充單元作為巷道部署模型；為了進一步提高節(jié)點覆蓋效果并減少成本，對原有模型進行優(yōu)化，設計了三角錐部署模型。在理論上，利用計算幾何知識分別對兩種模型進行了覆蓋分析，最后通過仿真實驗對部署模型進行了分析，兩種模型均優(yōu)于長方體部署模型，且三角錐部署模型效果更好。
　　在WSN路由協議方面，對一些經典的分簇路

3、由協議進行了研究，并分析了井下分簇路由協議的不足之處，針對井下巷道的空間特點，設計了兩種分簇路由協議：GIDR和UCRPP協議。本文設計路由協議時首要考慮的問題是提高能量效率， GIDR算法通過感知節(jié)點的剩余能量和轉播因子進行分簇；在建立簇間路由時利用貪心算法實現簇首與匯聚節(jié)點間的最優(yōu)多跳通信，貪心依據綜合了剩余能量期望、轉播因子和剩余能量的影響；在路由選擇時引入了定向區(qū)域的概念。仿真實驗表明，GIDR協議在能量開銷和均衡性方面具有較好

4、的性能，但是其簇首分布存在不足之處。
　　結合GAF算法的虛擬單元格思想，UCRPP協議對巷道區(qū)域進行非均勻分區(qū)處理。在傳輸路徑選擇時，分析了使用貪心算法進行路由選擇的不足之處，UCRPP協議對貪心算法進行優(yōu)化，采用半貪心算法構造通信路徑,提出兩跳通信能耗代價評估函數作為貪心手段。對傳統的半貪心算法進行了改進，使用了不等概率的輪盤賭法競選下一跳節(jié)點，使得剩余能量較大的節(jié)點有更大的機會競選成功。仿真實驗表明，UCRPP協議在能量消耗