煤矿物联网中感知信息的可靠传输机制研究

Reliability of transmission in coal mine Internet of Tings is lower because it affected by resource-constrained and harsh environmental factors. Most of the existing reliable transmission systems for wireless sensor networks are heuristic algorithm. The separation between network mechanism and optimization theory makes the cost of subsequent evolution implementation increases and also sets a problem for the protection of the quality of service. Considering the characteristics of the coal mine IoT, three contents will be researched such as: (1) Build a reliable data transmission assessment model and a dynamic assessment framework for wireless sensor networks. (2) Optimize transmission reliability under the constraints of energy and delay, utilize the improved optimization algorithm to address the reliability-redundancy allocation problems. (3) Put the redundancy of optimizing as the parameters of the adaptive adjustment, utilize the technologies of network coding and collaborative transmission to research the reliable transport mechanism for wireless sensor networks based on multi-source and multi-relay model of networks. The project will combine optimization theory and transport mechanism, making reliable transmission mechanism of perceptive informatics in Coal Mine IoT has sufficient theoretical basis from design to evaluation and management.

煤矿物联网井下的无线通信受到恶劣环境影响、资源受限等约束导致网络传输的可靠性较低，现有的无线传感器网络可靠性传输机制往往从启发式设计开始，网络机制与优化理论的偏离使得后续演进的实施代价增高，也为服务质量的保障设下了难题。本课题针对煤矿物联网的自身特性，主要研究三个内容：(1）无线传感器网络传输任务可靠性的评估模型和动态评估框架；(2）在能量及时延约束条件下对传输任务进行可靠性优化，利用改进的进化算法求解可靠性-冗余分配问题；(3）以优化的冗余数量作为自适应调整的参数，采用网络编码和协作传输技术研究基于多源多中继网络模型的煤矿物联网可靠传输机制。本项目将优化理论与传输机制结合，使得煤矿物联网中感知信息的可靠传输机制从设计、评估到管理都有充分的理论依据。

煤矿监控系统高可靠性的需求、狭长、受限的异质空间以及恶劣的通信环境为井下信息的可靠传输提出了较大的挑战。为了保证煤矿物联网中感知信息的可靠传输，本课题旨在从无线传感器网络传输的可靠性评估模型、约束条件下无线传感器网络最优可靠性设计、基于多源多中继网络模型的自适应可靠传输机制三个方面进行研究。.1）井下感知信息传输的可靠性评估模型和动态评估框架.根据煤矿井下多信息源的特征，从任务可靠性角度来评估煤矿物联网信息传输的可靠性。建立满足实际需要的评估模型、设计可以根据评估者的需求定制并且能随着网络变化动态更新的动态评估框架。该评估结果可作为反馈变量为无线传感器网络的可靠传输提供决策支持。.2）约束条件下煤矿物联网最优可靠性设计.结合任务可靠性目标以及能量、时延约束, 构建符合煤矿物联网安全监控需求的可靠性优化模型，采用启发式算法来求解最优的路径冗余数或最优的数据冗余数量，研究基于可靠性优化理论的可靠传输机制，以达到可靠传输与能耗高效的平衡。.3）基于多源多中继网络模型的自适应可靠传输机制.结合煤矿井下无线网络结构，在多源多中继网络模型基础上研究基于网络编码和协作传输的自适应可靠控制机制。.项目研究过程中共发表论文7篇，其中SCI检索论文3篇，EI检索论文2篇，国内期刊2篇，已投在审状态的论文3篇。共培养研究生8名，已毕业学生4名，毕业论文与本项目直接相关的学生3名，达到了预期目标。.可靠性理论与传输机制的结合使得煤矿物联网的可靠传输机制从设计、运行到优化管理都有充分的理论依据，对完善煤矿物联网可靠性规划设计、提高网络生命周期、安全生产和决策管理等具有十分重要的理论意义和实用价值。