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无线传感器网络具有自组织、快速展开、抗毁性强等特点,在军事、环境检测、医疗健康、工业控制等方面有着十分广阔的应用前景。近几年来,随着无线通信、集成电路、传感器及微电机系统等技术的发展,使得大规模生产体积小、成本地、具有数据采集、短距离无线通信和数据处理能力的传感器节点成为可能。技术条件的成熟极大的拓宽了无线传感器网络的应用领域。而煤矿系统中,是无线传感器网络未来应用的一个重要领域。
随着我国经济的持续高速发展,对于煤矿资源的需求不断上升,煤矿的产量也大幅提高。但我国煤矿的自然环境复杂多变,煤矿生产中基础设施落后,安全生产管理薄弱,给煤矿开采带来了很多的不安全因素。2004年,我国煤矿事故总数高达3639起,死亡人超过6000人。而美国,2004年的因煤矿事故死亡的人数28人(并非瓦斯爆炸等事故死亡,是其他工伤意外死亡)。美国的煤矿安全生产历史经验表明,煤矿工业安全生产是一项科学的系统管理工程。可见我国煤矿生产存在着较大的问题,同时也说明我国的煤矿生产安全存在着较大的提升空间。
由于无线传感器网络具有安装简便,维护方便,可重复利用等特点,特别适合应用于煤矿系统。但煤矿系统有其自身的特点,现有的无线传感器网络协议不能很好的满足煤矿系统的需求,因此我们在已有无线传感器网络协议的基础上,开发了适合煤矿中的无线传感器网络协议。
本方案中,节点分为固定节点与移动节点两种。这两种节点,物理层都采用IEEE802.15.4网络协议规定的物理层协议。MAC层,固定节点采用改进的X-MAC协议,移动节点采用一种基于时分与频分的MAC机制。网络层,移动节点采用了基于梯度的CTP路由协议,移动节点采用分簇路由协议。
在本方案的实现中,硬件平台采用micaz,软件平台基于tinyOS,在实验室环境做了测试。