用于礦井環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

1.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　礦井環(huán)境監(jiān)測最基本的要求是及時有效地傳遞信息，發(fā)布預(yù)警消息，保證井下安全。為此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。完全的網(wǎng)狀拓?fù)淇刂埔膫鞲衅鞴?jié)點(diǎn)較多能量，為了在滿足網(wǎng)絡(luò)連通的前提下，盡可能地節(jié)約能量，在礦井的每個工作面部署的大量節(jié)點(diǎn)中選取少數(shù)節(jié)點(diǎn)作為骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，打開其通信模塊，關(guān)閉非骨干節(jié)點(diǎn)的通信模塊，由骨干節(jié)點(diǎn)建立一個網(wǎng)狀全連通網(wǎng)絡(luò)來負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)。這樣既保證了原有覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通信，也在很大范圍內(nèi)節(jié)約了能量。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　骨干節(jié)點(diǎn)需要調(diào)節(jié)非骨干節(jié)點(diǎn)的工作，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的融合和轉(zhuǎn)發(fā)，能量消耗相對較大。通常由網(wǎng)絡(luò)自身周期性地監(jiān)測各傳感器的能量狀態(tài)，并自動更換骨干節(jié)點(diǎn)來均衡網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)能量消耗。選取所有節(jié)點(diǎn)中能量大于某一設(shè)定值的少數(shù)幾個節(jié)點(diǎn)作為骨干節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)選取離自己距離最近的骨干節(jié)點(diǎn)作為自己的控制節(jié)點(diǎn)。如果礦井工作面距離較遠(yuǎn)，或工作面數(shù)目多，可以在每個工作面專門部署一個能量較強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)作為該工作面骨干節(jié)點(diǎn)的骨干節(jié)點(diǎn)，完成工作面之間的信息傳輸。

2 節(jié)點(diǎn)的軟硬件結(jié)構(gòu)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

　　節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示[1]，傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四部分組成。傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個傳感器節(jié)點(diǎn)，處理采集到的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)；無線通信模塊負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量，采用微型電池。