矿井无线传感器网络移动组网协议与节点定位算法研究

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无线传感器网络技术应用于矿井安全监控是当前研究的热点之一。本文根据矿井特定环境条件,研究无线传感器网络MAC和路由层的移动组网协议,提出了一个矿井无线传感器网络移动节点定位算法,以提高矿山井下人员跟踪定位和移动设备调度管理的技术水平。本文所做的工作如下:1、根据矿井结构特点,选择了Zigbee(IEEE802.15.4协议)网络作为矿井无线传感器网络,分析了矿井无线传感器网络的信号传输环境,归结出网络拓扑结构型式和信号传输需求。2、给出了一种适合于矿井无线传感器网络的LE-MAC协议。采用了由锚节点广播定位信息报文的机制,如果在一个周期内没有收到报文,将在下一个周期唤醒阶段开始阶段主动发送报文。同时,给出了一种LE报文格式,包含了RTS、CTS、节点的ID和预约信息,可以让移动节点根据信道通信的忙碌情况动态调节休眠时间,不但减小了能量消耗,同时减小了时延。3、给出了改进型LEACH动态分簇的路由协议算法。该算法每个周期根据移动节点的剩余能量和距离锚节点的距离情况选择簇头节点,使得单个移动节点不会频繁作为簇头节点而导致能耗过高,这样的机制使得簇内每个移动节点的能耗基本平均,延长了网络生存时间。4、提出了一种矿井无线传感器网络移动节点定位算法。该算法采用卡尔曼滤波对RSSI信号强度和移动节点距离锚节点的距离进行预估,然后采用弹性网络算法进行校正,达到精确定位的目的。本文利用了Matlab平台进行仿真实验,对整个矿井无线传感器网络移动节点定位算法进行了系统的仿真,并对实验结果进行了分析和评价。本文提出的定位算法精度高,效果优良,可为矿井人员定位提供了一种新的方法。
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