矿井工作面WSN分层路由协议LRWF的设计与优化

"本文提出了一种名为LRWF（Layer-based Routing for Working Face）的矿井工作面WSN（Wireless Sensor Network）路由协议，旨在优化矿井监控与应急通信系统。该协议通过分层和分簇策略，有效地平衡网络能量消耗，并降低通信延迟。在OMNET++仿真环境下，LRWF显示出了优于现有矿井WSN路由协议的性能，特别是在延时和能源效率方面。" 基于分层的矿井工作面WSN路由协议，是为了解决矿井监控和应急通信系统中的关键问题——如何在无线传感器网络中高效、节能地传递数据。WSN通常用于监测环境参数，如温度、湿度、气体浓度等，以及设备状态，对矿井安全至关重要。然而，由于矿井环境的特殊性，如信号衰减严重、节点分布不均、能量限制等因素，设计有效的路由协议显得尤为关键。 LRWF协议借鉴了分簇的思想，首先将工作面的传感器节点按照它们到中心节点的跳数进行分层。这样的分层结构有助于简化网络管理，并减少节点间的通信复杂性。随后，根据各层的负载情况，LRWF创建不同规模的簇，确保网络能量的均衡分配。簇首节点，即每个簇内的负责人，负责收集和转发簇内数据。 在选择簇间通信路径时，LRWF考虑了多个关键因素。它不仅关注传输延时，还考虑了节点的剩余能量以及传输过程中的能耗。这些因素共同构成了一个复合指标，用于评估和选择最佳的多跳转发路径。这种综合考虑使得LRWF能够在保证通信效率的同时，最大化节点的生命周期，降低整个网络的能量消耗。 OMNET++仿真实验结果显示，LRWF协议相比于传统的矿井WSN路由协议，表现出更低的延迟，这意味着数据能够更快地传输到目的地，这对于实时性要求高的矿井监控至关重要。此外，LRWF的高能量有效性意味着网络可以运行更长时间，减少了频繁更换电池或维护网络的需要，适应了矿井环境的苛刻条件。 LRWF是一种针对矿井环境优化的WSN路由协议，其分层分簇策略和综合路径选择机制，为矿井监控系统提供了更加稳定、高效且节能的数据传输解决方案。通过这种创新方法，矿井的安全性和生产效率得到了提升，同时也为未来类似的复杂环境下的WSN应用提供了有价值的参考。