矿井无线传感器监测网络路由协议的研究

第1 3卷

第3 4期 2 0 1 3年 1 2月

科

学

技

术

与

工

程

Vo 1 . 1 3 No . 3 4 De c .2 0 1 3

1 6 7 1—1 8 1 5 ( 2 0 1 3 ) 3 4— 1 0 2 0 3— 0 6

S c i e n c e T e c h n o l o g y a n d E n g i n e e r i n g

⑥

2 0 1 3 S c i . T e c h . E n g r g .

矿井无线传感器监测网络路由协议的研究李雯婷李灯熬赵菊敏赵宝峰(太原理工大学信息工程学院，太原 0 3 0 0 2 4 )

摘

要

根据矿井无线传感器监测网络的特点，提出一种适合矿井安全监测的路由协议一基于虚拟栅格的簇头多跳路由协

议C HM— V G ( c l u s t e r h e a d s m u l t i— h o p s p r o t o c o l b a s e d o n v i r t u a l g r i d )。该协议根据矿井巷道长距离带状分布的特点，参考能量损耗模型构造虚拟栅格形成簇结构。依据簇内平均能量和其他节点传输距离两方面因素选取簇头节点，并采用簇间多跳方式实现数据传输。实验结果表明该协议平衡了整个网络的能量消耗，有效地利用了网络资源，延长了无线传感器网络的生命周期。

关键词

矿井安全监测

无线传感器网络

虚拟栅格

多跳传输

中图法分类号

T P 3 9 3 . 0 4;

文献标志码

A

我国能源生产的支柱产业之一是煤炭的生产，在国民经济中的地位十分重要。它在很大程度上影响着国家工业化建设与发展，同时也对国计民生

高劳动生产率，而且加强了安全防范，在保障矿工生命和国家财产安全方面也有积极意义 J。根据矿井下的环境参数，构建无线传感器监测网络，将其与有线监测网络相结合，形成矿井安全

有很大影响 J。煤炭生产的主要开采作业方式是以井下生产为主。目前我国矿井下使用的通讯基

监测信息综合系统，这将有效地提高矿井安全监测的覆盖范围，完善监测数据的准确性 J。路由协议作为无线传感器网络的重要环节，关系着数据能否有效传输。而能量约束一直是无线传感器网络存在的一个问题，,为了延长网络生命周期和提高监控质量，设计适用于矿井下环境的能量高效的路由协议十分必要

。井下无线传感器网络拓扑呈

本是有线装置，传输信息方面依靠电缆，而由于矿井下采煤作业属于弱环境，地面潮湿，电缆腐蚀严重，信号很不稳定，事故一旦发生，通信会立即中断，对井下生产会产生严重影响。另外，随着矿井的开采，为获得最新开采地点，通常需要铺设更多

的电缆使用。有线通讯的线缆铺设不方便且开销大。因此，建立和完善矿井下移动通信系统是有

长距离带状存在，存在各节点能耗不均、数据冗长和延迟的问题。随着工作面的不断推进，网络结构会发生变化。针对矿井这种特殊环境，根据无线传

重大意义的，它不仅能够提升矿井现代化管理，提2 0 1 3年 7月 1 2日收到， 7月 2 9日修改国家自然科学基金青年科学基金项目( 6 1 3 0 3 2 0 7 )、国家自然科学基金面上项目( 6 1 3 7 1 0 6 2 )、

感器监测网络的网络特点和通信需求，提出一种适合矿井安全监测的路由协议一基于虚拟栅格的簇头多跳路由协议 C H M— V G( c l u s t e r h e a d s m u l t i— h o p sp r o t o c o l b a s e d O n v i r t u a l g i r d )。

教育部 2 0 1 2年高等学校博士学科点专项科研基金联合资助课题 ( 2 0 1 2 1 4 0 2 1 2 0 0 2 0 )、山西省科学技术发展项目工业部分 ( 2 0 1 2 0 3 2 1 0 2 4 - 0 1 )、山西省国际合作项目( 2 0 1 2 0 8 1 0 3 1 )、 2 0 1 2年山西省留学回国人员科技活动择优资助项目 (山西省人力资源和社会保障厅 )、 2 0 1 3年山西省留学回国

1协议模型1 . 1矿井结构模型

人员科研资助项目( 2 0 1 3 0 - 3 2 )资助

第一作者简介：李雯婷 ( 1 9 8 8一),女，硕士研究生，研究方向：无线传感器网络。e - m a i l: l i w e n t i n g t y@1 2 6 . t o m。 通信作者简介：李灯熬 ( 1 9 7 1一),男，教授，博士。研究方向：无线

矿井是在地底下开采的矿山，有时把矿山地下

开拓中的斜井、竖井、平硐等也称为矿井。矿井开拓中会从地面向地下开掘一系列井巷，最终通至采

传感器网络，盲源信号处理。

区，即综采工作面。在

此过程中，需要正确划分井