基于WiFi的智能矿灯设计及负载均衡切换研究

摘要

随着国家对煤矿安全生产的重视,煤矿综合化系统逐渐应用于井下,在一定程度上控制了煤矿灾害的发生,但仍存在很多问题。针对这些存在的问题,本文将无线WiFi技术引入煤矿有线通信系统,研制出一款集照明、周围环境感知、定位、人机交互以及预警等多种功能于一体的智能矿灯,实现井下的安全生产和高效管理。
　　论文结合煤矿井下特殊的物理环境,对WiFi技术井下适用性进行了分析,确定 WiFi技术为井下无线通信方案,并设计出适合智能矿灯使用的矿山 WiFi网络传输系统结构。智能矿灯采用模块化设计架构,由智能矿灯主板、传感器板、电源模块组成。文章分别介绍了智能矿灯主板、传感器板、电源模块的硬件电路原理图和软件程序实现。
　　煤矿井下为受限、长链状的巷道,热区效应明显,AP的接入负载有限。智能矿灯在AP切换过程中,并未考虑负载均衡问题,会影响WiFi网络的整体性能。本文结合煤矿巷道典型场景和影响负载的主要因素,提出了基于 RSSI、吞吐量和错误率的负载均衡权值函数和负载均衡切换机制。通过将本文提出的负载均衡算法与基于 RSSI、STA数目的负载均衡算法中吞吐量,负载均衡指数的比较,验证本文提出的负载均衡机制可有效地提高网络吞吐量和网络的性能,实现网络负载均衡。

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1绪论

1.1 研究背景和意义(Research Background and Significance)

1.2 智能矿灯研究现状(Research Status of Smart Terminal)

1.3 负载均衡机制(Load Balancing Mechinism)

1.4 课题研究内容和章节安排(Research Contests and Structure)

2 智能矿灯网络架构

2.1 WiFi简介(Introduction of WiFi)

2.2 WiFi 网络组成以及拓扑结构(The Component and Topology of WiFi)

2.3 WiFi网络建立过程(The Setup Process of WiFi Network)

2.4 无线通信方案的选择(The Choose of Wireless Transmission Scheme)

2.5 矿山 WiFi 网络系统架构(The System Architecture of Wi-Fi Network in Coal Mine)

2.6 本章小结(Summary)

3智能矿灯硬件设计

3.1 智能矿灯设计架构(Architecture of Smart Miner's Lamps)

3.2 智能矿灯主板硬件设计(The Hardware Design of Main Board of Smart Miner's Lamps)

3.3 智能矿灯传感器板硬件设计(The Hardware Design of Sensor Board of Smart Miner's Lamps)

3.4 电源模块设计(The Design of Power Supply Module)

3.5 本章小结(Summary)

4智能矿灯软件设计

4.1 软件框架(Architecture of Software)

4.2 RS485通信接口设计(The Design of Communication Interface of RS485)

4.3 智能矿灯主板软件设计(The Software Design of Main Board of Smart Miner's Lamps）

4.4 智能矿灯传感器板软件设计(The Software Design of Sensor Board of Smart Miner's Lamps)

4.5 本章小结(Summary)

5.智能矿灯负载均衡切换机制研究

5.1 无线网络负载均衡机制(Wireless Network Load Balancing Mechinism of Wireless network)

5.2 智能矿灯负载均衡方案(Load Balancing Scheme of Smart Miner's Lamps)

5.3 巷道中AP典型场景(Typical Scenario of AP in Roadway)

5.4 智能矿灯负载判定指标(Load Determining Index of Smart Miner's Lamps)

5.5 智能矿灯负载均衡切换机制(Load Balancing Switch Mechanism of Smart Miner's Lamps)

5.6 负载均衡性能仿真(Performance Test of Load Balancing)

5.7 本章小结(Summary)

6总结与展望

6.1 总结(Conclusion)

6.2 展望(Outlook)

参考文献

作者简历

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