【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 gBee技術(shù)使用 2節(jié) 5號(hào)干電池可支持 1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作 6～24 個(gè)月，甚至更長(zhǎng)。這是 ZigBee 的突出優(yōu)勢(shì)。 2）無線通信協(xié)議： 物理層 :研究在實(shí)際環(huán)境頻繁變化和節(jié)點(diǎn)密集時(shí)，低功耗通信的復(fù)雜行為特征。 MAC 層 :避免沖突的信道分配和調(diào)度機(jī)制，節(jié)省能耗的分布式 MAC 協(xié)議研究 .路由層 :高效、魯棒的拓?fù)湫纬珊涂刂茀f(xié)議，自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋算法，低功耗、實(shí)時(shí)、自組織的信息傳輸路徑的建立機(jī)制，面向數(shù)據(jù)的傳感網(wǎng)通信模式。根據(jù)上述各項(xiàng)要求，在綜合了各可探知數(shù)據(jù)區(qū)域 傳感器單元 數(shù) /模 轉(zhuǎn)換 電源模塊 控制器單元 無線收發(fā)單元 12 個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上，計(jì)劃采用由 IEEE 發(fā)布的 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng) ZigBee 項(xiàng)目小組完善而成的協(xié)議族完成數(shù)據(jù)的傳輸。 3）數(shù)據(jù)聚合技術(shù) 節(jié)點(diǎn)冗余造成數(shù)據(jù)冗余。傳感器節(jié)點(diǎn)在收集和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的過程中，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和查詢要求進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合，去除冗余信息，融合相關(guān)數(shù)據(jù)，挖掘高層知識(shí)。 4）自定位技術(shù) 傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)必須和位置相關(guān)對(duì)用戶才有意義。傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)監(jiān)測(cè)到的事件也 應(yīng)該指出它所發(fā)生的位置。這將對(duì)于煤礦產(chǎn)量的位置監(jiān)測(cè)起到很好得效果。 5）網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性 無線傳感器節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)組建過程中通過自組織的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)生成，是完全自治的。在網(wǎng)絡(luò)形成之后，如果在其中加入新的節(jié)點(diǎn)或者因?yàn)楣?jié)點(diǎn)故障，電池能量耗盡等，這就要求傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新生成。因此節(jié)點(diǎn)的可擴(kuò)展性體現(xiàn)了這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的健壯性。與以太網(wǎng)相比較，無線網(wǎng)因其自身的低成本特點(diǎn)，故障率是大于以太網(wǎng)的；再加上以太網(wǎng)在系統(tǒng)崩潰之后還可以通過重啟來恢復(fù)，而無線網(wǎng)絡(luò)只能通過自身的網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)了。針對(duì)此特點(diǎn)，我們計(jì)劃采用定期查詢策略， 更新網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)路由表，另外增加系統(tǒng)冗余來實(shí)現(xiàn)。 6）網(wǎng)絡(luò)的快速收斂性 鑒于無線網(wǎng)絡(luò)較之以太網(wǎng)故障率大的特點(diǎn)，在設(shè)置節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時(shí)，如何在某個(gè)節(jié)點(diǎn)失效之后，迅速進(jìn)行調(diào)整，做出反應(yīng)，使得網(wǎng)絡(luò)傳輸不中斷，這就必須對(duì)其進(jìn)行快速收斂功能的強(qiáng)調(diào)。 7）覆蓋控制技術(shù) 對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在的冗余節(jié)點(diǎn)，如何利用節(jié)點(diǎn)的冗余特 13 性進(jìn)行休眠調(diào)度，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，是一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。覆蓋控制技術(shù)通過節(jié)點(diǎn)調(diào)度等手段，在不影響網(wǎng)絡(luò)覆蓋性和連通性的前提下，控制網(wǎng)絡(luò)中活躍節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，使冗余節(jié)點(diǎn)交替工作，從而達(dá)到延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的目的。 8）網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要實(shí)現(xiàn)一些基本的安全機(jī)制：如機(jī)密性、消息認(rèn)證、消息完整性鑒別、認(rèn)證廣播和安全管理等。雖然在安全研究方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)并沒有引入太多新的內(nèi)容，但是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)決定了它的安全與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全在研究方法和實(shí)現(xiàn)手段上存在明顯的區(qū)別。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1）研制可綜合使用的固定安裝傳感器和人員攜帶移動(dòng)傳感器，使得偵測(cè)范圍更廣，數(shù)據(jù)更全面； 2）原有煤礦安全檢測(cè)技術(shù)沒有自定位功能，而人員定位系統(tǒng)也沒有加上瓦斯監(jiān)控單元，使得監(jiān)控與定位兩張皮，在此使用自定位技術(shù)加強(qiáng)對(duì)位置信息的跟蹤； 3）節(jié)點(diǎn)按功能分別研制，包括協(xié)調(diào)器、路由器、 FFD 端設(shè)備和RFD 端設(shè)備 4 種； 4）在使用了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之后，由其自組織的特性使得系統(tǒng)安全性更強(qiáng)，更加穩(wěn)定； 5）利用了 ZigBee 新技術(shù)之后，使原來藍(lán)牙， WiFi 等能耗過大的問題得到了解決； 6）目前，使用 ZigBee 技術(shù)對(duì)煤礦的瓦斯監(jiān)控尚處于研究階段，本公司申請(qǐng)產(chǎn)品的研制與開發(fā)。 （ 2）項(xiàng)目的技術(shù)來源 14 “ ZigBee 無線瓦斯傳感器的研制 ” 屬企業(yè)自主開發(fā)項(xiàng)目 ，開發(fā)完成后具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 （ 3）本項(xiàng)目國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、存在的主要問題及近期發(fā)展趨勢(shì) 。 從 21 世 紀(jì)開始，以無線方式傳輸?shù)钠霞蓚鞲衅骷夹g(shù)便引起了學(xué)術(shù)界、軍界和工業(yè)界的極大關(guān)注，美國(guó)和歐洲相繼啟動(dòng)了許多關(guān)于無限傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究計(jì)劃。特別是美國(guó)通過國(guó)家自然基金委、國(guó)防部等多種渠道投入巨資支持傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究。 美國(guó)國(guó)防部把 Smart Sensor Web(SSW)定為國(guó)防部科學(xué)技術(shù) 5 個(gè)尖端研究領(lǐng)域之一。美國(guó)陸軍提出了“靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)通信”計(jì)劃。目標(biāo)是建設(shè)一個(gè)通用通信基礎(chǔ)設(shè)施，支援前方部署，將無人值守式彈藥、傳感器和未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)所用的機(jī)器人系統(tǒng)連成網(wǎng)絡(luò)，以便成倍地提高單一傳感器的能力，從而提高未來戰(zhàn)系 統(tǒng)的生存能力。美國(guó)能源部與美國(guó) Sandia 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，共同研究用于地鐵、車站等場(chǎng)所的防范恐怖襲擊的對(duì)策系統(tǒng)。美國(guó)英特爾公司發(fā)布了“基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計(jì)算發(fā)展規(guī)劃”，表明它將致力于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)在預(yù)防醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、森林滅火乃至海底板塊調(diào)查、行星探查等領(lǐng)域的應(yīng)用。 我國(guó)對(duì) 新型片上集成無線傳感器 的研究啟動(dòng)較晚，因此在這個(gè)領(lǐng)域的研究相比與國(guó)外的程度較低。較早進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究的單位包括哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大、湖南大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、東北大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、電子科 技大學(xué)、浙江大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)和北京交通大學(xué)等院校，以及中科院軟件所、計(jì)算所、電子所、自動(dòng)化所、合肥智能機(jī)械所、沈陽(yáng)自動(dòng)化所近年來，更多院校和科研機(jī)構(gòu)加入到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究工作中來。目前，國(guó)家 973 計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和 15 國(guó)家 863 高技術(shù)計(jì)劃都設(shè)立專項(xiàng)資助該領(lǐng)域的理論、方法和關(guān)鍵技術(shù)研究。總體而言，我國(guó)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的研究工作還很少。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一門新興技術(shù)，國(guó)內(nèi)與國(guó)際水平的差距并不很大，及時(shí)開展這項(xiàng)對(duì)人類未來生活影響深遠(yuǎn)的前沿科技的研究，對(duì)整個(gè)國(guó)家、社會(huì)及經(jīng)濟(jì)將有重大的戰(zhàn)略 意義。 目前煤礦監(jiān)控系統(tǒng)多為有線形式 , 實(shí)現(xiàn)對(duì)全礦井環(huán)境參數(shù)的無線監(jiān)測(cè)還具有 一定的局限性 , 不可避免地留下大量的安全隱患。當(dāng)煤礦地面監(jiān)管中心的測(cè)控主機(jī)距離礦井很遠(yuǎn) , 井上部分總線鋪設(shè)的距離會(huì)很大 , 硬件投入成本、運(yùn)行成本和維護(hù)成本都會(huì)很高。如果井下傳感器的分布比較分散 , 適合多條總線從不同出口上傳到地面 , 再由這些位置連接到煤礦相關(guān)部門服務(wù)器上時(shí) , 布線量就會(huì)成倍增加 , 各類成本也會(huì)成倍增加。有一些采取無線方式的，使用人員手持式瓦斯監(jiān)控器，這種方式可以讓地下作業(yè)的人員實(shí)時(shí)地測(cè)量瓦斯?jié)舛?，井上卻無法獲取該數(shù)