文摘
近年来,煤炭行业不断扩大的规模和产量在中国煤矿,然而,安全生产面临着巨大的挑战。通信系统在煤矿安全生产中起着重要作用,和无线窄带数据通信网络技术是一种新型的有利措施构建无线网络为煤矿安全监控系统。在这里,一个基于总线的煤矿监控信号传输方法技术和无线数据传输技术提出了适合煤矿。相应的监控系统的设计,系统能够收集气体浓度和机械矿山的操作状态。无线传感器网络节点用于射频通信模块。该系统的通信性能在煤岩介质和巷道沿采空区是模拟的,和不同的通信频率的衰减系数之间的定量关系和有效沟通的距离。因此,结果表明,该协议具有良好性能的路由建立、维护和数据传输跳数对煤矿员工的定位。
1。介绍
近年来,煤炭行业不断扩大的规模和产量在中国煤矿,然而,安全生产面临着巨大的挑战。各种事故和矿山灾害威胁人员和煤矿。通信系统在煤矿系统在安全生产中起着重要的作用维护和紧急救援。因此,可靠的长距离通信在煤矿。传统的煤矿监控系统使用光纤传输作为骨干煤矿综合通信网络,构建一个具有抗干扰能力强的特点和稳定的信号传输1]。然而,考虑到煤矿生产的实际情况,复杂的生产环境在很大程度上限制了功能的有线通信系统1,2]。无线窄带数据通信网络是一种新型的技术,这是近年来提出并推广(3,4]。可以采用多个计划这项工作;例如,四基带处理单元可以连接在一个无线网络控制器(5]。根据负载的整体设备的数字信号处理数字信号处理(DSP),具体规划20光纤网络的远程基站可以根据实际情况处理(6]。在地下煤矿安全监测和人员定位系统,人员在最外层的节点和移动节点不负责传输数据,而这些节点不能相互通信。他们的主要功能是实现目标定位和环境监测结合固定节点的位置信息在周围煤矿巷道(7]。2013年,中频传播特性的测量输电线路在地下煤矿提出了(8]。现在,地下无线传感器网络环境提出了综合监控系统(9- - - - - -11]。
在前面研究窄带通信,提出直流(DC)系数反映了测量的子块中的像素的平均值。如果响应节点包含一个源路由,它发送直接使用路线;否则,如果网络链接是对称的(双向链接),它可以使用发现路线相对地传播12]。光谱选择器可以收集的光谱信息频谱分析仪,并选择可用的频段范围根据系统的规则13]。窄带通信主要包括传感器技术、无线通信和网络技术、分布式数据融合和聚合技术、数据管理技术、节点定位技术和时间同步技术(15]。无线传感器网络的主要功能是收集和传输数据,所以传感器技术是许多技术在无线传感器网络的基础16]。认知无线ad hoc网络和按需路由只打算启动路由发现当源节点到目标节点发送数据。较低的路由开销更适合认知无线ad hoc网络(17]。这个层次拓扑模型的核心思想是考虑接口的认知无线电网络拓扑为一组认知节点和一个映射的频谱机会(18]。这样,一组节点,分别检测的频谱机会配套关系的拓扑关系和获得一个分级分层拓扑节点镜像。
然而,到目前为止,多个节点连接的可行性和处理没有被完全验证,和潜在的应用窄带通信还没有发育完全。在这里,一个基于总线的煤矿监控信号传输方法技术和无线数据传输技术提出了适合中国的煤矿。相应的监控系统的设计,系统功能收集气体浓度和矿山机械的操作状态。作为一个关键因素在此系统中,提出了一种路由协议网络通信频率和调查。
剩下的纸是组织如下:部分2基于系统的设计和结构,部分3解释结果的分析和讨论,部分4总结了纸。
2。系统的设计和结构
摘要煤矿综合监控系统开发监测地下设备的生产经营状况和气体浓度19]。作为负载,信息封装在数据格式,可以在公共网络上传输。目的地之间的数据未封装的接口局域网和公众网络和负载。封装数据包的逻辑路径传播在互联网上被命名为“隧道。“适当的通信协议是至关重要的封装,传输和de-encapsulate数据顺利。这是整个专用网络系统的核心控制因素。根据协议栈过程,实现私有网络的通讯功能采用模块化的软件架构(使用原始通信网络元素的功能模块设备)。保证私有网络的功能产品,模块化设计应当优化系统的构成和减少辅助设备。这是非常重要的沟通的实现在复杂条件下煤矿。
当问题发生在一个模块时,系统应能感觉并采取积极的措施。这是不可接受的导致整个系统的崩溃将一个模块的失败。为了这个目的,所需要的各个功能模块是相对独立的,它们之间相互影响,应当避免。当煤矿灾害发生时,传统通信设备经常被破坏,造成矿山和地面之间的通信中断,导致幸存者被困在矿井地面失去联系人员和救援人员。低频地对地通信可以可靠地理解应急救援通信,实现井下被困人员之间的通信和地面人员和救援人员。每个媒介的限制通信频率如表所示1。协议栈控制飞机上都在设备中实现董事会SCTA,如图1。具体的协议栈结构不再是给定的。当共和党全国委员会和SGSN / GGSN传输集成,通过内部自定义消息传播的消息。
认知无线网络节点的可用频带的影响主要用户,所以他们在任何时间改变20.]。特殊的MAC和链路层协议可以用来保护动态影响的乐队在认知无线电网络的上层。通过观察历史数据,煤矿监控传感器的参数进行分析,以及设备的正常操作和实验结果可以被理解。历史数据查询模块包括表单代码设计和数据库查询代码设计。的方法发现邻居在公共控制信道使用的链路层协议;数据通信使用其他渠道,这些渠道随时间变化的数据。但是屏蔽本身可能会导致不准确的决策或性能缺陷。因此,节点的硬件网络技术是研究的关键技术。一个传感器节点是一个芯片和嵌入式操作系统,使得节点进行数据计算和网络通信。
多路径协议可能不是那么简单单一路径协议的网络吞吐量和数据包传输速率。同时通过多条路径传输的数据可以提高网络中数据传输的可靠性。多路径路由协议提供数据并发传输的两种不同的方法。一个是使用多条路径传输的数据包的备份信息。另一种方法是将数据信息分割成不同的数据包使用不同的路径进行数据传输。传输格式如表所示2。工作频段的变化也会引起环境的变化,这将影响稳定的链接。因此,改进后的协议集成了整个无线环境,建立路径和路由维护,并选择一个相对稳定的频带,以确保路径是不受节点尽可能频率切换。四个短距离无线通信技术的比较如表所示2。
煤矿瓦斯事故采集数据的无线传输过程包括以下:(我)煤矿瓦斯事故数据收集的特种设备(采集终端)。收集的数据包括气体浓度、温度、通风、风扇的工作条件,等等。(2)收集到的数据传输到系统计算机通过监控网络的煤矿。
数据系统的结构的时候沟通是如图2。地下设备主要包括地下智能节点、传感器、中继器等。监控变电站的智能节点安装在必要的地下矿山的位置。智能节点可以连接各种传感器。的依赖每个模块的传感器节点的性能要求如表所示3和图3。RAM和程序内存与CPU通过相同的地址总线和数据总线,可以加载到RAM或运行程序代码在RAM中。这提供了很大的方便调试程序。所有指令都一个字节或字操作。然而,协议栈的操作和个人电脑上执行这个词宽度,甚至地址必须一致的地址。因此,处理器的选择传感器节点设计中是至关重要的。传感器网络节点所使用的处理器应该符合以下要求:形状尽可能小,集成尽可能高,功耗低,支持睡眠模式。应该尽可能快的速度。必须有足够的外部通用端口和通讯接口。应尽可能低,成本和安全应该得到保证。 At the time of mining of this working face, there is already a certain degree of oxidation. In addition, the mining period is long in the adjacent working face, the ventilation route is long, the porosity along the airside is large, and there are many air leakage passages, which is easy to form a smooth air leakage. The loose coal body continues to oxidize under such air leakage conditions. When the heat generated by the oxidation of the coal body is greater than the heat dissipation amount of the coal body, the heat is accumulated and the temperature of the coal body is increased. Therefore, the coal spontaneous combustion monitoring information is accurately collected at the possible ignition sites with a high degree of spontaneous combustion along the air side, and the degree of ignition is accurately grasped.
在煤矿安全系统中,由于传输带宽的限制,视频压缩率高的要求。如果运动矢量搜索在传统的空间域,预测误差转换和熵编码。高压缩比的情况下,恢复图像块效应。在传统的无线网络中,所有节点在一个固定的工作,统一频段,并很容易建立和维护节点之间的连接。在认知无线电网络中,通常没有固定和统一的频带。每个节点检测到自己的独立SOP,所以操作频带节点的选择可能会有所不同。节点需要检测的SOP的第一步,然后选择可用的频段频谱。因此,任何节点或链路故障只会影响这条路,不会影响其他路径。节点不相交的路径是优于其他航线网络资源的使用在高聚合。很难找到多个节点不相交的路径,因为随机部署的传感器节点。 A link disjoint node means that some nodes may intersect but no link is intersected. When a node fails, all paths linking this node will fail. In the eyes of cognitive users, the use of frequency bands is intermittent, and the connections established between nodes are therefore intermittent. When the link between nodes is disconnected due to spectrum unavailability, the connection is selected when it continues to wait for the spectrum to be available. Whether to choose other spectrums or to choose other paths to complete data communication is an issue that shall be taken into account in an improved routing protocol. The investment in wireless spread spectrum is quite economical. The use of WLAN not only reduces the need for cabling and some of the wiring-related expenses, but also provides users with more flexible and more mobile information acquisition methods.
3所示。结果分析和讨论
节点是网络上的信息接收和发送站。公交系统中有两种类型的节点:nonintelligent节点没有与单片机(微控制器和智能节点21]。所谓的智能节点组成的微处理器和可编程控制芯片。煤矿数据采集和传输部分:煤矿将收集各种各样的安全数据传输终端,从地下煤矿通过CDMA无线网络传输到电信公司网络中心PDSN设备。如果它们相等,UDP通信将逐步实现;如果他们是不平等的,提示信息将显示在超级终端的接口。然后,所有配置信息显示,程序复核,将正确的检查值到1000 h地址空间。根据提示用户可以配置系统。
有许多地下设备,这是复杂的,有不同的形状。他们可以对无线传输的影响。很难分析和验证他们的理论和实验。目前,更加一致的结论是,机车无线传播的不利影响大于木挡板,和钢木混合阻尼更大。钢阻尼器可以阻止临时风墙的无线传输,有一个小不利影响无线传输,和永久的风墙有一个很大的不利影响。能量的一部分反映巷道的墙上,能源的一部分是由于粗糙表面散射的散射。也有一部分电磁波能量被消耗介质折射,导致的损失。因此,多径衰落现象非常严重。目前,由于墙表面粗糙度的复杂性,在这个问题上的研究相对少见。基尔霍夫方法用于研究粗糙表面和相对温和的波动,和表面的粗糙表面的电磁波传播问题均方高度远小于波长可以通过微扰方法研究。 The loss when there is a turn during propagation is shown in Table4和图4。
电磁波在自由空间传播的损失公式所示(1),伦敦商学院是自由空间的丧失,有缺陷的零件单元:数据库;F是频率,单位:MHz;和D是距离,单位:公里。
巷道中电磁波的传输衰减公式计算,和电磁波的传输损耗巷道简化如下:
在岩石介质中电磁波的传输损耗LS,单位:数据库;衰减系数的大小β和电磁波角频率ω;岩石导电性σ;岩石渗透率μ;岩石介电系数ε;和β衰减系数。
在实际gob-side巷道,由于生产的需要,将会有大量的机电设备和运输设备,和许多导体中铺设道路,如电源和通信网络(主要干扰因素),供水管道、机车rails和机电电力设备。这些导体的存在将使整个巷道的电磁特性发生巨大的变化。因此,我们应当与运动矢量编码的信息和发送到缓存。然后反向量子化的量化预测残差,总结和预测图像作为当前帧的恢复图像和放入帧缓冲区的参考系下一帧。在解码器端,缓冲使用解码的参考系运动矢量补偿运动,然后添加预测残差。
当可用的乐队的数量很小,节点之间数据传输冲突和干扰影响吞吐量和分布率的主要因素。当可用的频段增加时,数据传输节点之间的冲突和干扰减少,和乐队转换的节点成为影响吞吐量和分布率的主要因素。巷道的固定节点的位置坐标得到根据巷道的经度和纬度的煤矿,并写进地图节点的节点控制计划。大型网络中信息传输的数据量增加的可能性,它可以正确地到达目标节点。
最后,对于多路径路由协议的目的,有效地利用网络资源,是优先考虑整个网络条件下,节点能量消耗,和当前包传输量在执行路由发现和路径选择。从而,提高网络性能,如带宽分配、拥塞控制、保证等。前面的所有节点的可用频带信息包含在包及其可用频带信息用于计算最优频率乐队,和包含路径最优的CRREP频带选择单播回源节点的信息。当然,为了确保路线的时候,处理的包将被丢弃的时候定义的数据包CRREQ超过时间。
作为路由方案的比较,本节使用原始域的协议没有多发性骨髓瘤。为了消除排队延迟和电磁波传播延迟的干扰,每个节点的队列长度和带宽设置在同一水平。时间测量是建立公平获取路由。事实上,无线传感器网络不一定提供更高的数据传输能力通过使用所有建设路径之间的单通道由于无线干扰附近的节点。然而,通过多种途径数据传输可能不会利用网络资源潜力。一旦选定一组路径,多路径路由协议需要决定如何分配所选择的路径。生成的数据包可能上层协议的节点或之前发送的数据节点。如果数据包是由节点本身,这意味着源节点和节点发起一个路由发现过程。如果前面的节点收到的数据,然后选择可用的频段继续转发到目的节点接收到的数据。它也是最复杂的网络协议的一部分,在控制器中扮演着核心的角色。 It is a combination of logic circuits on a programmable chip to achieve these functions. It provides a physical line interface to the microprocessor. By programming it, one can set how it works, control its working state, send and receive data, and build the application layer on top of it.
实时数据采集节点和现场监控界面层节点组成一个分布式架构。具有良好的效果在煤矿测试和应用程序。适当的软件和硬件扩展和修改后,它还可以应用于环境监测、监视和控制采油设备和监测作物生长条件。在系统设计中,传感器的选择是至关重要的,因为它是监测环境特征的前提和基础,直接关系到矿工的生命安全,矿山企业的利益,考虑到监测的准确性,安装的复杂性,外部干扰,体积的大小和其他实际情况。服务器监控中心数据接收流程图如图5。
定位技术是指确定机制中的其他节点的位置布局区域,传感器节点之间建立空间关系依靠有限的已知位置的节点,计算监测目标的运动。可用的频段数量增加时,源节点和目的节点将会有更多的路径选择。选择一个更好的路径可以减少网络的通信延迟。当只有一个可用的频段,网络的通信延迟将长。由于传感器节点的资源限制和高动态和低功耗的无线链接,很容易做出错误的道路。因此,道路重建会降低性能。这是多路径维护阶段的主要任务。
路径发现可以分为三种不同的情况:一个活动路径失败;所有的活动路径失败;和一系列的活动路径失败。如果节点监控接收数据包的乐队,开始准备接收数据消息。如果节点传输频带忙听到这样的回答,它表明,其他节点使用传输频带。如果节点仍然坚持发送,可能会造成传输冲突。因此,节点不发送数据报在这个时间段,积极避免碰撞。信号首先分为高通和低通部分和子样品;然后,重复前面步骤的低通信号和骑车。提升方案充分利用高通滤波器和低通滤波器之间的相似性加快计算速度。 In some cases, the number of arithmetic operations can be reduced by a factor of two. The disturbance signal propagates directly into the node through the atmosphere of the roadway, and the attenuation of the electromagnetic wave of the interference source is small, so the interference to the monitoring signal is large in this case. In another case, the receiving point is far away from the interference source, the interference signal enters the receiving point after being absorbed and dissipated by a relatively long path, and the interference effect is relatively small.
4所示。结论
根据无线传感器网络的特点,无线传感器网络技术应用于矿井安全监测和人员定位系统。一套无线传感器网络信息采集、传输、和位置系统适合煤矿环境设计。的总体设计和关键技术上计算机软件的煤矿安全监控系统如下:(我)设计和分析的软件系统包括需求分析、目标要求和性能要求(2)主机计算机软件实现的总体架构
传播过程是影响三个主要因素:电气参数的密封墙,墙的密实度,墙的厚度。电磁信号传输以及采空区巷道属于有限的空间传播。传播过程主要取决于围岩的电气参数,支持形式的巷道,横截面的大小,巷道壁的倾向和粗糙度,曲率程度的巷道,灰尘/雾滴,多因素电磁干扰。如果每个频带的传输范围不一致,还需要研究如何选择控制频带或控制频带覆盖所有的邻居。如果在不同的邻域选择不同控制带,控制消息的协议需要确保可以达到彼此之间的两个相邻域。考虑在一个控制拥塞的可能性乐队,一个算法可以设计的网络可以选择控制带用于实时共同频段根据几个节点的感知情况。管理阶段的路线,光谱传感、选择、程序和访问控制。如果频谱感知可以增加,这将使认知网络更好的符合实际情况。
4.1。未来的工作
这个网络通信路由协议是专为煤矿安全可以进一步优化未来的情况。它可以扩展到另一个水平。煤矿监测信号可以同时用于大量的矿山。同样,不同煤矿之间的交流可以更好的利用这样的协议。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
所有作者的研究理念和设计。材料制备、数据收集和分析由金浩,Min, YaHui刘,PingJian姚明。手稿的作者是金浩的初稿,和所有作者评论以前版本的手稿。阅读和批准所有的作者都最后的手稿。
确认
这项工作是支持的特殊工程科技创新风险资本的天地有限公司有限公司(没有。2020 - td - ms013)。