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矿山安全监测对保障矿山安全和生产起着重要作用,其复杂环境下难以保证各类数据信息高效稳定的传输,需要改进信息网络分布的合理性和适应环境变化,保障网络稳定、可靠、高效的传输性能。无线传感器网络作为智慧矿的一个重要技术平台,在网络底层实现目标的监测与控制,有效地解决无线传输最后一公里的应用目标。其价格低廉,易于部署,快速组网的特点使其更加适合井下复杂环境的应用。本文针对煤矿井下环境特征及无线传感器网络在井下应用需求,结合无线传感器网络的自组织性特点,运用跨层设计技术对井下网络组网和路由技术进行研究,使其更加适应井下环境变化对网络的影响和用户应用需求,提高网络系统数据传输的效率。主要研究工作包括:1)针对井下巷道窄长的空间结构和复杂的环境特征,从数据传输不对称性方面分析无线多跳网络数据传输时出现的“能量空洞”问题,提出一种能耗均衡跨层WSN路由协议(EBUCR)。通过建模计算部署于巷道内的簇首有效生成密度,运用跨层设计将下一跳路由节点的链路可用带宽和节点负载容量作为选取路由节点的重要因素。从网络上层骨干节点的拓扑结构和路由节点选择两个方面来均衡数据传输。仿真实验表明,EBUCR协议实现了簇首节点的非均匀分布,均衡网络不同区域内的能量消耗,提高了网络吞吐量和传输率,更适应于井下巷道内大规模部署的传感器节点数据传输。2)针对采煤工作面严重的无线信道衰落特征,提出一种适应信道衰落的分簇协议(PEAFC-CL)。首先,动态调整节点随机生成数的窗口,保证每轮簇首数目最优;其次,通过探测帧获取节点与基站间的信道效率,联合节点剩余能量信息,作为簇首选则的判断依据,设计一种自适应信道衰落的分簇协议。最后,通过衰落储备法调节节点不同时期的发送功率。仿真结果表明,PEAFC-CL协议中网络拓扑比较稳定,在信号衰落环境下适应性强,有效的延长了网络生命期,降低了网络丢包率。3)为了满足井下多种业务类型的数据传输需求,适应复杂环境对网络的影响,提出基于直觉模糊集的多QoS属性约束下的多径路由决策协议(FMQMRP)。运用跨层技术在多径路由基础上保障最低限度满足QoS需求,发现维护多条传输路径。通过直觉模糊集理论将多个参数在多路径中的优劣进行模糊集规范化,建立多参数多径路由决策矩阵。利用信息熵理论客观计算各个参数权重,利用TOPSIS法决策多路径的优劣。结果表明,FMQMRP协议有效地解决多参数约束下多路径寻优问题,计算复杂度低,网络控制开销不高,更加适应于网络拥挤环境下QoS保障的多业务需求。