可靠通信保证性可重配置路径机制的矿井容迟移动网络模型与协议栈研究

The applied basic research of using wireless networks to meet the demand of underground mine monitoring and controlling highly reliability specifications can be attributed to the problems of the optimized connectivity solution in time-varying delay tolerant mobile networks with uncertainty process and performance requirements while the network spatial structure known and the node mobility law relatively fixed. The essentials of the research are the mobile wireless network model in underground communication and the reconfigurable optimally reliable routing protocol stack model with intrinsic reliability requirements of communication quality. This project intends to establish a delay tolerant wireless mobile network communication model based on spatial and temporal dependence to adapt to the underground mine environmental conditions, to research the adaptive transmission mechanism and dynamic queue management strategy to ensure the reliability of data transmission in the state of the unstable and weak connective network condition and provide the MAC layer guarantee for intrinsic reliability communication, to research the algorithms of network hole detection and uniformly optimally reliable spanning tree calculation as well as the reconfigurable optimally reliable routing protocol stack to automatically adjust optimized reliable routing path under the weak connective network condition to provide the routing layer guarantee for intrinsic reliability communication. The project has great significance to the research of improving the delay tolerant mobile wireless network performance and lays the foundation for the application of the highly reliable communications with wireless networks in underground mine.

无线网络用于满足矿井监测监控通信规范的高可靠通信，其应用基础研究可归结为在网络空间结构已知和节点移动规律相对固定条件下，对一类具有不确定性过程和性能指标要求的容迟移动时变网络端到端节点路径优化求解难题，其核心是对矿山井下无线网络通信模型和对通信质量有本质可靠性要求可重配置最优可靠路由协议栈模型研究。本课题拟建立一种基于时空依赖的容迟移动无线网络通信模型,以期在井下移动节点动态变化和延迟容迟状态下保证网络连通性；研究自适应数据传输机制和动态缓存队列管理策略，以期在不稳定和弱连接网络状态下保证数据传输的可靠性，为本质可靠通信提供数据链路层保证；研究网络空洞检测和一致最优可靠生成树求解算法及可重配置最优可靠路径路由协议栈，以期在网络弱连接时自动调整最优可靠路由路径，为本质可靠通信提供路由层保证。本课题为提高容迟移动无线网络性能研究提供思路，并为矿井高可靠性无线通信网络的应用奠定基础。

实现具有本质可靠通信和符合安全监测要求的矿山井下移动无线网络在以下三个方面依然面临着巨大的挑战：(1)如何对具有移动性特征的网络节点建立网络通信模型，以保证矿山井下通信数据的可靠传输；(2)如何在不稳定和弱连接的网络状态下保证不同分类和不同优先级要求的数据传输实时性和可靠性；(3) 如何在存在覆盖空洞且不断变化的网络中寻找最优可靠路由路径，以维持矿山井下网络通信的连通性，从本质上保证通信的可靠性。为此，本课题探索具有可靠性要求的井下无线网络传输模型及方法，对由此引出的科学问题及关键技术开展深入系统的研究。本课题具体的研究工作将围绕此核心问题展开，研究容迟移动无线网络空间依赖通信模型；自适应数据传输机制和空洞检测算法以及可重配置的最优路由协议。目前研究结果为建立了建立具有空间依赖性的前进组移动模型和节点连通性检测方法；基于初始感知帧和接收方发起传输的自适应数据传输机制；基于网络边界节点集合凸包分布式求解的空洞检测算法和试用于此环境下的能量优先的泛洪路由协议；提出了无线中继网络中的跨层资源分配模型，证明了此种网络环境下多锚节点的资源分配问题是NP-Hard问题，并提出了多项式时间的次最优近似算法；针对井下无线网络中节点弱连接、空洞存在的环境，提出了结合空洞检测和MDS方法的节点定位算法。在执行期内，项目执行良好，并取得了丰富的成果。共发表论文14篇，其中SCI检索论文4篇，包含JCR一区杂志一篇，二区杂志一篇，并向SCI检索的杂志投稿3篇，包含JCR一区杂志一篇。申请相关发明专利5项，目前已授权2项，已进入公开阶段3项。