无线通信设计研究论文提纲

论文题目：基于RPL协议的朔州市Z煤矿井下无线通信系统设计研究

摘要：本论文以朔州市某煤矿为例,通过设计一个特定通信系统实现地面与煤矿井下采掘面智能设备的实时通信,并合理设定该系统的通信距离,确保通信的实时性和可靠性,以满足煤矿井下实际操作的需求。本次通信系统的电路部分包括WIFI蓝牙通信模块和HF-LPB100WI-FI通信模块,选择MSP430系列单片机控制整个通信电路,该类型单片机是由TI公司研发和生产的,功耗低、性能优良。本次通信系统的硬件电路设计部分包括PCB电路图和钻机通信系统原理图两部分。根据设计要求,本次通信系统的通用数据帧格式包括命令位、校验位、数据长度、命令类型和命令头五部分,并且钻机数据类型与命令格式是一一对应的,基于TCP协议和C#语言编程完成本系统通信协议的设计。由于煤矿井下环境恶劣,情况复杂,本次设计的应用程序均能在WINCE系统中完美运行,借助防爆PDA在很短距离内获取钻机内部的缓存数据。本论文通过改进RPL路由协议的父节点选择指数、节点Rank数值和STI计算方法形成CM-RPL协议,详细介绍CM-RPL路由协议的创新点及应用方案,并借助Cooja无线仿真平台完成整个仿真分析过程。本论文借助Cooja无线仿真平台完成CM-RPL路由协议的相关仿真测试,测试内容有井下通信延时、丢包率、传输误码率、井下无线通信距离,最后进行井下实际综合测试,并系统分析各项测试结果。根据测试结果发现,在未达到运行稳定的过程中,相比RPL路由协议,本次CM-RPL路由协议改变父节点的次数仅为原来的74.5%,在网路运行稳定阶段,剩余能量提高率达到23.4%,对于同一节点,相比RPL路由协议,本次CM-RPL路由协议下该节点的丢包率明显降低。

关键词：煤矿通信;通信协议;WIFI;蓝牙

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究的目的意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容

第二章 煤矿井下无线通信系统相关技术

2.1 井下以太网覆盖技术

2.2 WI-FI相关技术

2.2.1 IEEE标准

2.2.2 WI-FI

2.2.3 802.11 网络元素Station(STA)

2.2.4 802.11 数据传输机制

2.3 蓝牙相关技术

2.3.1 蓝牙技术

2.3.2 扩频跳频技术的抗干扰性

2.3.3 蓝牙基带协议的可靠性

2.3.4 蓝牙链路管理层(LM)可靠性

2.3.5 蓝牙文件传输协议RBTFT抗干扰性

2.4 Zig Bee技术

2.5 TCP/IP协议

2.6 RPL协议

第三章 井下通信系统设计方案

3.1 井下通信系统设计原则

3.2 井下通信系统硬件模块选择

3.2.1 低功耗嵌入式WI-FI模块HF-LPB100

3.2.2 WT11 蓝牙模块

3.3 软件开发工具选择

3.4 通信模块硬件电路设计

3.4.1 WIFI及蓝牙电路

3.4.2 本安型PCB电路设计

3.4.3 无线模块设置

3.5 通信协议设计

3.6 基于复合度量的RPL改进

3.6.1 链路瓶颈指标

3.6.2 Rank值计算

3.6.3 父节点选择指数PSI

3.6.4 基于复合度量的CM-RPL使用

3.6.5 基于改进RPL的系统路由架构

3.7 系统软件设计

3.7.1 嵌入式端程序设计

3.7.2 服务器端程序设计

第四章RPL协议改进与通信系统性能仿真测试

4.1 RPL协议改进效果仿真测试

4.2 通信功能仿真测试

4.2.1 仿真环境构建

4.2.2 传输误码率及丢包率的测试

4.2.3 实时通信延时测试

4.2.4 井下无线通信距离测试

4.3 性能稳定性分析

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢