用于矿井环境监测的无线传感器网络

　　根据实际情况，在多路径的路由机制和SPEED路由协议之间做出权衡。在日常的定期监测数据反馈中，注重数据的准确可靠性，采用多路径路由机制即可满足要求。当突发情况产生，需要实时精确了解井下情况时，则需要采用SPEED路由协议。根据实际情况可通过路由协议自主切换模块在不同的路由协议之间自由切换。

3.2 基于分簇的TDMA机制MAC协议

　　由于该传感器网络采用骨干节点、非骨干节点的拓扑结构，即分簇的拓扑结构，其底层的MAC层协议也是基于这种分簇的结构设计。由于在矿井这个特定的环境中，节点不会轻易移位，即一旦拓扑结构稳定，节点位置稳定，新节点加入的概率很小，因此可采用基于TDMA机制的MAC协议。

　　在基于分簇的TDMA机制MAC协议中，节点的状态分为感应、转发、感应并转发和非活动四种状态。节点在感应状态时，采集数据并向其相邻节点发送；在转发状态时，接收其他节点发送的数据并发送给下一个节点；在感应并转发状态的节点，需要完成上述两项功能；节点没有数据需要接收和发送时，自动进入非活动状态。

　　非骨干节点在各自的时间槽内发送监测到的数据给骨干节点，经过一段时间的数据传输，骨干节点收齐它所管辖范围内的非骨干节点发送的数据后，运行数据融合算法来处理数据，并将结果直接发送给上一层骨干节点或汇聚节点。

　　在实际应用中，传感器节点的失效会使拓扑结构发生动态变化。为使时槽分配能够适应这种动态变化，将一个时间帧分为周期性的四个阶段:数据传输阶段、刷新阶段、刷新引起的重组阶段和事件触发的重组阶段。MAC协议在刷新和重组阶段重新分配时槽以适应簇内节点拓扑结构的变化以及节点状态的变化。

4 定位机制

　　当井下发生瓦斯泄漏事件时，必须尽快找到瓦斯泄漏点进行抢修。此时探测到瓦斯浓度最高的节点必然是距离瓦斯泄漏点最近的节点，该节点要发送位置信息给管理节点。

　　为得到节点的详细位置信息，在每个工作面安装三个或三个以上的信标节点。信标节点周期性地发射无线射频信号和超声波信号。无线射频信号中含有信标节点的位置信息，而超声波只是单纯的纯脉冲信号。由于射频信号的传输速率远大于超声波的传输速率，节点在接收到射频信号时，同时打开超声波信号接收机，根据两种信号到达时间的间隔和各自的传播速度，计算出节点到信标节点的距离。每个节点在计算出到达三个或三个以上信标节点的距离后，利用三边法计算节点的坐标[1]。最后进行修正，得到精确的节点坐标。

无线传感器网络功耗低，可以自行组网，具有良好的可靠行和可维护性。它的出现为矿井环境监测提供了一种部署简单、可靠性高的全新手段。

参考文献　

　　1 孙利民.无线传感器网络.北京：清华大学出版社，2005

　　2 Arisha K A，Youssef M A，Younis M F.Energy-aware TDMA-based MAC for sensor networks.In：Proc IEEE work-shop on integrated management of power aware communications，computing and networking，New York，NY，2002
3 Kumar R，Wolenetz M，Agarwalla B et al.Dfuse：A framework for distributed data fusion.In:Proc 1st ACM conf on embedded networked sensor systems，Los Angeles，CA，2003