矿井无线通信系统功率分配优化算法.pdf

2016年 9 月 重庆文理学院学报 Sep . , 2016 第 35卷 第 5 期 Journal of Chongqing University of Arts and Sciences Vo . 35 No . 5 矿井无线通信系统功率分配优化算法 许艳英\包宋建2 ，张 郭 1 (1.重庆科创职业学院机电工程学院，重 庆 永 川 402160; 2.重庆文理学院电子电气工程学院，重 庆 永 川 402160) [摘要]针对矿井无线通信系统中主、次级信号传输存在相互干扰等问题，提出了集中式功 率分配算法，建立了功率分配系统模型，列出了中继节点处功率分配的目标函数，以此来最大 化系统加权速率以及最小化系统加权功率，并对集中式系统的功率分配进行分析，把问题转化 为特定的最小化和最大化问题求出最优解，使信号间的干扰最小化.算法应用于实际矿井通信 测试并对测试数据进行仿真分析，表明该分配方案正确、可行. [关键词]矿井通信;功率分配；算法优化 [ 中图分类号] TN923 [ 文献标志码] A [ 文章编号] 1673 -8004(2016)05 -0041 -0 4 煤矿矿井无线通信系统属于煤矿通信六大 中，传输信号通过中继节点中转至目的节点[4]. 系统之一[1]，用于生产、调度、管理、救援等各个 现有的参考文献中，在中继节点处对接收到的各 环节中，在煤矿作业中占有非常重要的位置.煤 种信号主要采用等功率分配方案进行信号中转. 矿通信系统包括有线通信系统与无线通信系 该方案能够保证各信号的传输，但对信号间的干 统[2]，其中无线通信系统早已成为煤矿信息化及 扰问题不能很好地解决.本文提出一种改进的功 生产安全管理的重要途径.煤矿井下通过无线传 率分配方案，分别来最大化系统加权速率以及最 输的信号很多，在此把需要不间断传输的信号定 小化系统加权功率，同时最小化信号间的干扰. 以一个基于中继的矿井无线Mesh网络为例. 为主级别信号，而其余信号定为次级别信号.井 下环境监测信号可认为是主级别信号.当主、次 假设存在W 个次级信号，每个次级信号均包括一 个 网 络 发 射 源 节 点 E !1 2，,…，則 ）与一个 级别信号同时传输时，为减少二者之间的干扰， 目标节点A G e !1 2，,…，則 ），且共存在r 个 需要严格控制各自的发射功率，而控制功率又会 对无线网络系统的吞吐量造成一定的影响[3].因 中 继 节 点 E 丨I 2，,…，；H ) ，用来向目标节 此，如何保证主、次级别信号的传输质量与传输 点传递次级信号.在次级信号建立源节点与目的 速率是通信网络需要解决的问题. 节点初始阶段就开始选取中继节点，选取方式为 RSi = max | |CflSiBJ 2| ⑴ 1 功率分配模型建立 其中，“ 丨1 ,2 ,…，A?丨 E |l 2，，-，r 卜用集 煤矿井下的作业环境极其恶劣、复杂，导致 合 = !民|/^ = R ,丨表示在中继节点RSi 矿井内的通信具有移动速度慢、传输衰耗大、设 处被中继的源节点的集合.一个中继节点可以中 备体积小、发射功率小等特点.在无线 M esh 网络