[发明专利]基于物联网的煤矿工作面集成MAC和路由数据传输协议

权利要求书

1.基于物联网的煤矿工作面集成MAC和路由数据传输协议，包括煤采空区和工作面，其特征在于，还包括布置在煤采空区和工作面内的通讯环境中的WSN节点，所述WSN节点均采用RDTP算法进行数据传输，监测数据汇聚至工作面巷道的SINK节点，根据煤工作面和采空区环境特点，将所述煤工作面和采空区环境抽象为一个长方形区域A，布置在煤采空区和工作面的WSN节点以均匀随机方式分布在长方形区域A内，在长方形区域A内设有SI和SIK,所述SI为采空区的数据源节点，SIK为工作面的数据源节点，所述SINK节点的通信半径为R，其在工作面巷道处，由采空区数据源节点SI产生数据，以多跳方式向SINK节点传递数据，SI和SINK节点间虚线圆内的节点为转发节点，所述煤工作面数据源节点SK采用与采空区相同的方式将数据传送至SINK节点。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的煤矿工作面集成MAC和路由数据传输协议，其特征在于：所述WSN节点采用单信道通信方式，其工作过程按周期T来执行，采用RDTP协议工作模式，其包括三个阶段，其分别为网络维护更新阶段，节点睡眠调度阶段和基于节点位置的可靠数据转发阶段。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的煤矿工作面集成MAC和路由数据传输协议，其特征在于：所述网络维护更新阶段用于更新WSN节点的同步时钟、剩余能量和连通度，为基于节点位置的可靠数据转发阶段的计算工作做准备。

4.根据权利要求2所述的基于物联网的煤矿工作面集成MAC和路由数据传输协议，其特征在于：所述节点睡眠调度阶段在事件没有发生或没有数据转发时，节点可以进入睡眠状态，节省能量，一旦有事件发生或者需要转发数据，节点需要及时被唤醒工作，为了在节省节点能量的同时，保证数据实时可靠传输，需要在节点睡眠调度阶段执行节点睡眠调度算法，节点在睡眠调度阶段开始时的侦听概率，充分考虑本地节点的连通度、节点自身的剩余能量信息和区域事件发生概率。

5.根据权利要求2所述的基于物联网的煤矿工作面集成MAC和路由数据传输协议，其特征在于：所述基于节点位置的可靠数据转发阶段可分为节点发送竞争、节点转发竞争和数据可靠传输三个过程：

在所述节点发送竞争过程中，考虑到煤矿工作面和采空区传输数据的优先级不同，在MAC层分别设定三个发送队列，分别存储并转发H1,H2和H3级别的数据；

所述节点转发竞争过程紧跟在所述节点发送竞争之后。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的煤矿工作面集成MAC和路由数据传输协议，其特征在于：还包括对RDTP协议仿真分析，为了能够准确地验证RDTP协议的性能，采用NS2软件对RDTP协议和GERAF协议进行算法设计，然后采用MATLAB软件对实验数据进行对比分析，其包括三个方面，分别为WSN节点数据传输可靠性，数据传输延时，节点平均能量消耗。

7.根据权利要求6所述的基于物联网的煤矿工作面集成MAC和路由数据传输协议，其特征在于：所述WSN节点数据传输可靠性是通过煤矿工作面液压支架等设备及采空区通信介质的变介质特性会对WSN节点通信产生影响，因此对采用不同数据传输协议的WSN节点数据传输可靠性进行了仿真实验，数据传输可靠性定义为在每一轮工作中，SINK节点接收到的报文总数与WSN所有数据源节点产生的报文总数的比值。

8.根据权利要求6所述的基于物联网的煤矿工作面集成MAC和路由数据传输协议，其特征在于：所述数据传输延时察煤矿工作面三类数据的传输时延，即数据报文从产生到被SINK节点。

9.根据权利要求6所述的基于物联网的煤矿工作面集成MAC和路由数据传输协议，其特征在于：所述节点平均能量消耗用于衡量网络中节点能量消耗的平均值，即SINK节点接收一个数据包后，整个网络中每个节点消耗能量的平均值。