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本课题来源于山东省自然科学基金项目“井下自组织传感器网络的身份认证技术”,目的是研究煤矿井下特殊电磁兼容环境下,无线传感器网络的组网关键技术。 通过对煤矿井下复杂电磁环境中巷道物理特性、电力电子设备产生谐波干扰、浪涌脉冲电磁辐射干扰等进行分析,提出一种基于WiFi的井下无线网络拓扑结构和AP部署方案,重点研究无线自组织网络中三大路由协议:DSR、OLSR、AODV,以及无线传感器网络中三种典型的网络拓扑结构:星形网、网状网、簇-树状网。通过网络仿真软件OPNET模拟煤矿井下工作环境,发现簇-树状网络拓扑结构更适用于煤矿井下无线传感器网络,AODV路由协议在适应煤矿井下拓扑动态变化等方面具有一定优势。 完成了无线传感器节点的硬件设计和软件调试,其中包括终端节点中CC2530芯片与各传感器的电路设计,信息采集与发送程序的编写;网关节点中ESP8266芯片与CC2530芯片的电路设计与软件编程;设计了WiFi和ZigBee双模无线网关转换的井下传感器网络系统,能够将基于ZigBee的无线传感器网络与井下工业以太环网无缝连接。 进行了Android手机APP的设计工作,其中包括界面布局配置、通信模块开发、按键模块设计等,实现了远程查看井下传感器数据信息功能,通过搭建SIP服务器,完成了Android上位机语音通话功能。 最后,选择教学楼内走廊作为测试环境,模拟井下巷道特征对设计的无线传感器网络进行测试。结果表明,传感器节点能够组成稳定网络,当其中一个节点撤出网络后,不会影响其他节点工作,数据传输正常,网络通信协议可以实现基于簇-树状结构的组网。上位机能够在WiFi无线信号覆盖范围内实时接收来自远端传感器的数据信息,且语音通话过程中声音清晰,达到了预期设想。