礦井通風能耗監控的無線傳感器網絡設計

蘇正杰，單梓育

（遼寧科技學院 曙光大數據學院，遼寧 本溪 11700）

在礦井開采的過程中，為了保證開采工作安全進行，需要實時對礦井進行通風。由于礦井下的特殊構造，井下耗能成本較高，因此在保障礦井良好的通風效果的同時，盡可能的減少礦井通風的能耗。在現存的通信網絡中，無線傳感器網絡在礦井特殊的工作環境中具有很多的優勢，安裝方便，能避免礦井下線路連接混亂，耗能低，移位靈活，最重要的就是能夠將礦井內的濕度、溫度、風量及風速等參數進行詳細的測量，并通過無線傳感傳輸到相應的設備當中，提升了測試準確度，為及時實現礦井通風并減少不必要的能耗提供技術支持[1]。現有的礦井通風能耗監控設施的無線傳感器網絡傳輸速度慢，因此設計一種礦井通風耗能監控的無線傳感器網絡，提升無線傳感器網絡的傳輸速度。

1 礦井通風能耗監控的無線傳感器網絡設計

1.1 引入三維傳輸技術

在礦井下的特殊環境中，無線傳感器網絡屬于動態網絡，因此將礦井通風能耗監控的無線傳感器網絡中的引入三維傳輸技術。設計的傳感器網絡的主要構成包括傳感器終端和分布在礦井內的多個網絡節點，內個節點在經過部署之后在設置的區域內移動監控。每個網絡節點都有自己獨特的作用，因此各個節點的功能單一卻高效[2]。整個能耗監控網絡以固定的一段時間為周期進行工作監測，在工作周期內，各節點對礦井下的環境數據進行采集，經過處理后利用三維傳輸至傳感器終端。無線傳感器網絡中的管理節點在三維傳輸中位置可以移動，因此有效的增加傳輸路徑，為加快無線傳感網絡的傳輸速度打下基礎。

1.2 設計路由協議

在能耗監控網絡升級后，傳輸路徑有所增加，但是為了增加傳輸速度，就需要在眾多路徑中選擇距離最短的路徑。盡管礦井通風能耗監控的區域固定且有限，但在實際工作中也需要較準確地掌握各網絡節點在礦井內的位置信息。對礦井環境下的礦井溫度、濕度、風量、風速等情況進行監測[3]，需要搭配其檢測的位置信息同時上傳。因此需要對基于位置信息路由協議進行設計。路由協議有不同的類型，其類型與具體特征詳見表1：

表1 路由協議的類型

根據上表中路由協議的類型以及特征，結合礦井的實際需要，選擇了位置信息路由協議的GPSR協議。該協議是一種典型的基于位置的路由協議，應用該協議時，無線傳感器網絡中的節點能夠確切地提供所在的位置信息，同時對收集到的這些位置信息進行了統一管理[4]。在啟用GPSR協議的模式中，沿直線傳輸位置信息數據或收到數據的網絡節點時，可以向絕對距離最靠近的節點或相鄰節點轉發數據，實現了傳輸路徑最短距離優先。

1.3 優化協調器

無線傳感器網絡中應用路由協議，使得礦井內環境參數信息的傳輸路徑最短。為了保證信息傳輸的準確性，需要對協調器進行優化。礦井通風能耗監控通過無線傳感器相連，進而將相關的參數進行實時的傳輸與處理。傳感器的網絡節點將采集到的數據信息以特定的編碼方式將數據封裝并發送給協調器，數據的傳輸過程需要通過網絡通信的方式實現[5]。

協調器在網絡通信的作用相當于一個加密器，主要完成數據保護等工作。通信開始后，協調器能夠創建接受特定編碼信息的套接字，利用套接字將IP地址和端口結合，連接到服務器端。連接成功后，協調器開始通過套接字實現收發數據，若連接不成功，協調器會自動進行超時重連。數據收發完成后，協調器關閉套接字，完成信息傳輸。至此完成了礦井通風能耗監控的無線傳感器網絡的設計。

2 實驗

為了驗證設計的礦井通風能耗監控的無線傳感器網絡的有效性，設計仿真實驗，與傳統的監控無線傳感器網絡的傳輸速度進行對比，實驗結果如圖1所示：

圖1 傳輸速度對比結果

根據圖1的對比結果可以看出，本文設計的無線傳感器網絡的傳輸速度遠遠高于傳統的無線傳感器網絡的傳輸速度，驗證了設計的礦井通風能耗監控的無線傳感器網絡的有效性。

3 結束語

傳統的礦井通風能耗監控設施的無線傳感器網絡傳輸速度慢，在本文設計的礦井通風耗能監控的無線傳感器網絡中，引入了三維傳輸技術，增加了信息數據的傳輸路徑，通過對路由協議進行選擇，實現了傳輸路徑最短距離優先，對協調器進行優化，保證傳輸信息的準確性。為了驗證設計的礦井通風能耗監控的無線傳感器網絡的有效性，設計仿真實驗，實驗結果表明設計的無線傳感器網絡的傳輸速度高于傳統方法。