灾后煤矿物联网网络空洞覆盖重构算法_中国煤炭行业知识服务平台

灾后煤矿物联网网络空洞覆盖重构算法

作者

胡青松范莘舸李鹤
单位

中国矿业大学地下空间智能控制教育部工程研究中心中国矿业大学信息与控制工程学院中国矿业大学徐州市智能安全与应急协同工程研究中心徐州燃烧控制研究院有限公司
摘要

灾后煤矿物联网因部分节点损毁或障碍物遮挡，会导致网络空洞问题，阻碍网络连通。现有网络空洞覆盖算法未考虑井下灾后地理环境因素，且未对修复后的网络进行优化，无法满足灾后煤矿物联网重构需求。针对该问题，提出了一种煤矿物联网灾后有障碍物情况下的网络空洞覆盖重构算法-NHCRA-O。建立了灾后煤矿物联网模型和节点感知模型，采用Delaunay三角剖分对网络中残存节点及障碍物角点进行区域划分，通过节点感知模型判断区域内是否存在网络空洞；计算Delaunay三角形质心位置，利用质心和Delaunay三角形顶点之间的距离确定虚拟修复节点位置；对虚拟修复节点和移动节点进行可视化判断，并基于距离因子和能量因子计算二者优先级，通过预剪枝操作删除部分计算结果来提高算法收敛速度，根据可视化判断结果和节点优先级进行虚拟修复节点和移动节点双向匹配，从而确定移动节点最终位置，完成网络空洞修复；融合剩余能量因子、节点连通度和方向介数计算节点优先级，根据优先级选举簇头节点，其他成员节点就近入簇，实现网络重构。采用Matlab2016a软件对NHCRA-O的节点匹配效率、网络覆盖效率和网络生存时间进行仿真研究，结果表明：NHCRA-O完成移动节点与虚拟修复节点匹配的次数较Gale-Shapley算法减少31.4%，网络覆盖率较C-V算法和PSO算法高且移动节点平均移动距离短，NHCRA-O重构的网络生存时间明显高于SEP算法和LEACH算法重构的网络。
关键词

煤矿物联网事故区域物联网网络空洞覆盖网络空洞修复网络重构节点可视化节点双向匹配
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金资助项目（51874299）；山东省重大科技创新工程项目（2019JZZY020505）；中国矿业大学“工业物联网与应急协同”创新团队资助计划项目（2020ZY002）；
文章目录

0 引言
1 系统建模
1.1 网络模型
1.2 节点感知模型
2 灾后煤矿物联网网络空洞覆盖重构
2.1 虚拟修复节点位置确定
2.2 基于优先级的双向匹配
2.3 网络重构
3 仿真与结果分析
4 结论
引用格式

胡青松,范莘舸,李鹤.灾后煤矿物联网网络空洞覆盖重构算法[J].工矿自动化,2022,48(05):39-45.DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.17885.