用于矿井环境监测的无线传感器网络

1.2 拓扑结构

　　矿井环境监测最基本的要求是及时有效地传递信息，发布预警消息，保证井下安全。为此，无线传感器网络采用网状拓扑结构。完全的网状拓扑控制要消耗传感器节点较多能量，为了在满足网络连通的前提下，尽可能地节约能量，在矿井的每个工作面部署的大量节点中选取少数节点作为骨干网节点，打开其通信模块，关闭非骨干节点的通信模块，由骨干节点建立一个网状全连通网络来负责数据的路由转发。这样既保证了原有覆盖范围内的数据通信，也在很大范围内节约了能量。网络拓扑结构如图2所示。

　　骨干节点需要调节非骨干节点的工作，负责数据的融合和转发，能量消耗相对较大。通常由网络自身周期性地监测各传感器的能量状态，并自动更换骨干节点来均衡网络中各节点能量消耗。选取所有节点中能量大于某一设定值的少数几个节点作为骨干节点，其余节点选取离自己距离最近的骨干节点作为自己的控制节点。如果矿井工作面距离较远，或工作面数目多，可以在每个工作面专门部署一个能量较强的节点作为该工作面骨干节点的骨干节点，完成工作面之间的信息传输。

2 节点的软硬件结构

2.1 硬件结构

　　节点硬件结构如图3所示[1]，传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器模块负责控制整个传感器节点，处理采集到的数据以及其他节点发来的数据；无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，采用微型电池。