[实用新型]一种基于无需测距定位机制的井下定位路由系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种井下定位路由系统，利用定位信息实现监测数据的路由传输，是应用于煤矿井下定位和安全监测的，利用信标节点特殊分布和井下发射功率小来实现节点的精确定位。 

背景技术

无线传感器网络是指通过由大量成本低廉的传感器节点通过无线传输方式组成的网络，它与传统网络的不同就是可以通过传感器和施动器实现和周围环境的实时交互。传感器网络具有分布式处理带来的大覆盖区域、监测高精度、高容错性、可远程监控等众多优点，成为近期国际上网络研究的重要热点之一。 

传感器网络的大量应用都依赖于节点的位置信息，如生态环境监测、战场侦查、地震洪水火灾等现场的监控应用中，都需要知道传感器节点的位置信息，从而获得信息来源的准确位置。另外，节点的位置信息还可以辅助实现数据路由。 

我国是煤炭生产和消费大国，煤炭在我国能源消费和能源生产结构中占比为70％左右，但由于我国煤矿安全技术和装备水平低，事故隐患多，将无线传感器网络应用于煤矿安全监测，将有效提高煤矿安全生产的监测水平，减少事故隐患。在煤矿监测中需要知道采集的数据信息所对应的具体区域位置，如对瓦斯突出，只有快速确认瓦斯突出的具体地点，才能够及时采取措施防止事故的发生。 

无线传感器网络中的定位就是通过有限位置已知的节点，确定网络布设区中其他节点的位置。根据节点是否知道自身位置，把传感器节点分为信标节点和待测节点。信标节点是已知自身精确位置的节点，在网络节点中所占比例较小，作用就是协助未知节点定位，除信标节点外，其他节点均属于待测节点。传感器节点是利用“多跳”来实现低功耗下的数据传输，因此其通信范围只有几十米，在一个节点的通信半径内，直接通信的节点成为邻居节点，一个节点拥有的邻居节点数量称为网络连通度。 

根据定位过程中是否需要测量实际节点之间的距离，把定位算法分为基于测距(Range-Based)的定位算法和无需测距(Range-Free)的定位算法。前者需要测量相邻节点之间的绝对距离或者方位，并利用节点间的实际距离或者方位来计算未知节点的位置。后者无需测量节点之间的绝对距离或方位，而是利用节点的估计距离计算节点的位置，节点之间距离的估算是通过网络连通度、跳段等来实现的，具有低功耗、低成本的优势，且不需要硬件支持。DV-Hop(Distance Vector-HOP)分布式定位算法就是无需测距定位算法中的一种，是通过距离矢量路由方法，获得信标节点的跳段数，计算出节点通信的一跳距离，从而计算出未知节点和信标节点之间的距离，最后利用三边定位或多边定位计算未知节点的坐标。DV-Hop定位机制借助信标节点来实现定位，原算法中信标节点是随机分布的，并且数量少，很有可能在一大片定位区域中没有信标，造成定位盲区，也有可能在一块区域内，信标节点分布密集，造成信标节点的浪费。 

实用新型内容

针对现有DV-Hop算法中信标节点分布不均匀的缺陷和定位过程中节点记录的网络跳段路由信息，本实用新型提出了一种基于无需测距定位机制的井下定位路由系统。该系统在人工布置信标节点的基础上实现待测节点的定位以及监测数据的路由传输。 

为实现上述目标，本实用新型采用以下技术方案： 

一种基于无需测距定位机制的井下定位路由系统，整个系统包括地面监控中心、CAN总线、基站、信标节点、未知节点。其中基站和地面监控中心之间是通过CAN总线的有线连接，基站、信标节点、位置节点之间是通过无线传输实现信息交互。 

所述地面监控中心包括服务器和多个监控终端，监控终端为计算机，多台计算机和服务器组成地面监控局域网络；井下的定位信息和监控信息通过CAN总线传输到监控中心的服务器，服务器对信息分类， 再传输给相应的监控计算机。 

所述CAN总线是从地面监控中心的服务器连接到每个井下巷道的基站，实现基站和地面监控中心的有线连接。 

所述基站是每个巷道信息的转发和控制中心，每个巷道分布一个基站，它接收并标识信标节点传输过来的信息，并把信息通过CAN总线传输给地面控制中心的服务器。 

所述信标节点是分布在井下巷道内的已知位置信息的节点，它和基站、其他信标节点、未知节点通过无线连接实现信息传输；在巷道内，信标节点呈等腰三角形均匀分布； 

所述基站和地面监控中心之间传输的信息包括定位信息和监控数据；定位信息是未知节点通过无需测距的定位算法DV-Hop实现未知节点定位的信息；监控数据是定位的未知无线传感器节点监测到的井下瓦斯浓度等数据信息；