开题报告-一种新型井下无线通信系统的设计与实现.docx

本科生毕业设计(论文)任务书设计(论文)题目： 一种新型井下无线通信系统的设计与实现设计(论文)主要内容：1 .井下信号传输特性分析2 .特殊环境通信频率的选择3 .井下无线传输协议设计1.井下无线通信可靠传输设计5 .井下无线传输快速路由建立设计6 .井下无线通信系统硬件设计要求完成的主要任务：1 .研究井下通信特点，提出新型无线传输协议；2 .完成井下无线通信系统硬件设计和实际测试；3 .研究井下无线通信的可靠传输和快速路由建立；4 .完成不少于12000字的论文的撰写并完成答辩的相关工作；5 .阅读并翻译与课题相关的英文资料，不少于20000字符；6 .查阅相关文献资料不少于15篇，其英文不少于2篇；7 .在设计中完成不少于12幅图纸的描绘。必读参考资料：1 Sun R, Ding E, Zhao D. The study of a wireless multimedia sensor network self-organization protocol for coal mineC/Computer Engineering and Technology (ICCET), 2010 2nd International Conference on. IEEE, 2010, 4: V4-237-V4-241.2 Han Zhong. Bing Liang. Zhenzhen Sun, Study on the Transmission Performance of Mine Wireless Mesh Network Based on NS2, Industrial Control and Electronics Engineering (ICICEE), 2012, (8), 1602-1604.3韩忠，王璐，周中阔.基于Zigbee的矿井综采面无线传感器网络监测系统 设计J.煤矿机械,2012, 33(001): 251-253.4黄迎辉，李新，王月英.基于ZigBee无线网络技术的矿井监测系统设计J. 自动化与仪表,2010, 25(007): 21-23.5 Dressier F. A study of self-organization mechanisms in ad hoc and sensor networks J. Computer Communications, 2008, 31(13): 3018-3029.指导教师签名:院长签名（章）系主任签名:武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）本文研究的是一种新型的井下无线通信协议的设计与实现问题。随着煤炭工业的迅速发展，煤炭机械化、信息化程度越来越高，安全生产要 求通信网络能够覆盖整个矿井。煤矿井下环境恶劣复杂，分支巷道和工作区对无 线通信提出特殊的要求和挑战，几乎成为井下通信盲区。长期以来，我国井下安 全技术特别是通信技术落后，与发达国家相比滞后30年，这也成为安全生产的 巨大隐患！近些年来，煤炭工业得到迅猛的发展，随之而来需要技术先进、安全 可靠的矿井通信与之相适应，这对于保障矿井安全生产和提高生产效率起到至关 重要的作用。研究开发可靠的井下无线通信成为亟待解决的问题。井下无线通信一直是世界难题，矿井地质条件复杂，井下巷道狭长，掘进工 作面狭窄等等特殊性都制约着矿井无线通信的发展。1995年美国UT斯达康公司 将当时在城市通信中广泛应用的小灵通系统（Personal Handy-phone System）设计、 制造并移植到井下，并加强了安全技术处理，通过无线通信的方式构成通信平台。 为增加井下无线通信的服务距离，分布天线通信系统（Distribute Antenna system） 技术在加拿大进行了实验，该系统使用分散开的天线收发信号。天线在巷道中以 一定间隔周期排列，并用特殊的螺栓固定于主干电缆上。不过对于巷道弯曲较多 的矿井，存在通信盲区的问题。目前，我国还没有一个较为理想的矿井通信平台，正处于由有线通信向无线 通信的过渡阶段。我国的矿井通信主要是利用有线传输、泄露中频感应以及监控 系统配备的信息传输系统，如采用CAN现场总线技术的矿井状态信息采集，使 用工业级以太网架设的光纤骨干网等。随着无线传感网络技术的发展，无线传感网络在隧道、地铁等地下环境实现 了应用。无线传感网络是以数据为中心的网络，关心的是数据本身（如：时间、 时间、地点等）的可靠传输。其与具体应用的密切相关性，使得在不同的应用笔 景，无线传感网络的设计具有差异性，甚至完全不同。当下国内外于井下使用V 主要有：LEACH网络、Zigbee网络等。其中，LEACH网络由于节点到簇头只支持耳 跳，数据通信会出现极大的不稳定性；而Zigbee网络具有数据速率低、通信范H 小的特点，只适合承载数据流量较小的业务。因此，一种能有效提高井下无线追 信稳定性和数据流量的新型网络协议对于矿井通信平台就显得尤为重要。2、基本内容和技术方案井下无线通信系统的硬件部分需要在本质安全的前提下设计可靠性高的电 路，以满足在矿井这类恶劣的环境下正常使用。根据需求分析，井下无线通信系 统可以分为数据采集节点、中继节点、数据接收节点和网关节点四个部分。，井下无线通信系统服务器V 7首先，分析井下特殊环境下无线通信频率选择；对井下无线信号传输特性和 衰减进行了数学建模仿真分析；基于以上理论研究并设计了井下无线通信协议, 并就适应井下要求设计出简单、能够适应井下动态拓扑的协议结构；提出了能够 快速传输数据的井下多信道、多接口的解决方案；并且设计出快速实现信道分配 和路由建立的协议；对节点失效情况下的快速路由恢复和特殊复杂井下环境高丢 包率情况下的可靠数据传输进行了研究和设计。另外，就井下能源有限性提出心 跳机制用于维护链路降低网络能耗，并增强协议的扩展性以增加协议灵活性用来 完善和扩展协议功能。其次，设计了在井下特殊应用场合下，满足本质安全国家标准，符合井下无 线通信协议规范的硬件设备。包括，收发器模块的解决方案选型和设计，天线的 选择，协议运行所需各种节点的硬件设计，以及警示性功能的硬件设计。最后，在不同的实验环境下对无线通信协议进行了大量的实验验证，验证协 议的功能正确性、可靠性。其中，主要的技术方案包括，简单、高效、可靠的数据传输协议；能动态拓 扑的网络结构；稳定、安全，符合本质安全国家标准的通信设备。3、进度安排第13周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的资料及设备等。 确定方案，完成开题报告。第48周：系统方案设计及验证。第912周：系统软硬件方案设计实现与测试。第13 17周：完成并修改毕业论文，准备论文答辩。4、指导教师意见指导教师签名：年 月 日