一種煤礦井下無線自組網災后重構算法

胡青松， 王勝男

(1.中國礦業大學 地下空間智能控制教育部工程研究中心， 江蘇 徐州 221116； 2.中國礦業大學 信息與控制工程學院， 江蘇 徐州 221116； 3.中國礦業大學 徐州市智能安全與應急協同工程研究中心， 江蘇 徐州 221116)

0 引言

煤礦巷道中部署有大量有線通信網絡和無線通信節點，它們是地面與井下的信息傳遞橋梁，對于保障煤礦安全高效生產至關重要。在災害情況下，這些通信設施常受到不同程度的破壞，導致原有網絡拓撲損毀，無法快速準確感知、傳輸災情信息，使得救援工作難以開展或效率不高[1]。但此時仍有許多殘存節點可繼續工作，若能利用殘存節點和救援人員新布設的少量節點(簡稱新設節點)重構應急通信網絡，不但能夠感知災害現場態勢，而且可為確定受困人員位置提供條件[2]。其中，通過構造局部虛擬骨干網以輔助重構礦山救援網絡(Coal Mine Rescue Network，CMRN)[3]能夠顯著降低網絡能量開銷，增強連通覆蓋控制能力。

礦井通信系統通常包括1個骨干網、多個分支、若干專線。CMRN重構的目的是利用無線重構手段恢復網絡連通。需要說明的是，本文中虛擬骨干網與礦井通信系統中的骨干網概念不同。它是一種基于支配集的重構方法，旨在建立一種分層的拓撲關系，負責全網的路由分發和管理，使一些原本由有線骨干網處理的網絡功能轉為由無線通信節點來維護，從而恢復該部分網絡的連通性。虛擬骨干網的主要研究工具是圖論中的連通支配集(Connected Dominating Set，CDS)[4]。顧劍峰等[5]提出了一種基于代數連通度的虛擬骨干網構造算法，其核心是維護虛擬骨干網的穩定性。……