基于802.11ah井下監測傳感網的RAW重分組研究

楊俊秋， 王艷芬， 王倩玉， 陳曉晶， 劉豐禎， 孫彥景

(1.中國礦業大學 信息與控制工程學院， 江蘇 徐州 221116;2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州 213015)

0 引言

煤礦安全開采需要對井下溫濕度、有害氣體濃度、煤層壓力等數據進行采集與監測。早期煤礦監測系統通常采用有線通信方式，布線復雜、網絡結構相對固定且容易被破壞。無線傳感網用于井下監測[1-3]解決了上述問題，提高了煤礦安全監測和危險預警水平。目前井下無線傳感網通信技術雖然已初具規模，但仍存在不少缺陷，如：ZigBee技術雖具有復雜度、功耗、成本低，網絡容量大等特點，但其井下傳輸距離不到100 m，且傳輸速率較低；UWB(Ultra Wide Band，超寬帶)技術與ZigBee相比傳輸速率高，且抗干擾性好，多徑分辨能力強，但傳輸距離僅為10 m左右，多用于井下定位，不適用于煤礦環境監測；WiFi技術雖然能提供較高的傳輸速率，但其覆蓋范圍與接入設備數量受限。

2016年12月，IEEE發布了802.11ah協議[4]。該協議采用900 MHz頻段，與傳統的2.4，5 GHz WiFi協議相比，其在井下的穿透能力強，有更廣的通信范圍(理論上可達1 km)。該協議支持最多8 191個設備接入、150 kbit/s～78 Mbit/s傳輸速率選擇，且功耗小，滿足井下無線傳感網對傳輸范圍、功耗、網絡容量、傳輸速率等的要求，可用于煤礦井下復雜環境監測與預警系統。

IEEE 802.11ah協議在MAC層引入RAW(Restricted Access Window，限制接入窗口)機制，將無線終端節點分為多個RAW組，為每組分配1個時間窗口，在該時間窗口內只允許組內節點采用EDCA(Enhanced Distributed Channel Access，增強型分布式信道訪問)機制接入信道，其余節點不能接入，大大減少了大規模無線傳感網中節點間碰撞和干擾。……