一种应急救援传感网络试验平台及其试验方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种试验装置，特别是一种应急救援传感网络试验平台及其试验方法。

背景技术

针对煤矿井下重大灾害，建立应急救援信息支持系统，可以及时获取灾害信息、对事故发生地的准确定位以及与被困人员的应急通讯，对井下事故救援具有重要意义。

当前的煤矿信息传输系统大多采用有线方式，信息传输不灵活，局限性大，难以起到信息通讯和救援导航的作用。而无线传感器网络具有自组织、易扩展、独立供电等特点，能够在复杂环境中工作，具有构建应急救援信息支持系统的潜力。

当煤矿井下发生重大灾害时，无线传感器网络节点通常会离开原来固定的位置，被煤岩覆盖，或者处于移动过程中，如此情况下，无线传感器网络节点之间的通信质量对于应急救援信息支持系统的正常工作有着重大的影响。

针对以上问题，需要设计一种应急救援传感网络试验平台，为构建应急救援信息支持系统提供试验基础，本试验平台可研究应急救援传感器网络节点在灾变情况下的通信能力，进而为无线传感器网络节点的设计与灾后的重部署提供试验指导。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，本发明采用的技术方案是：

一种应急救援传感网络试验平台，包括传感器节点、煤岩覆盖装置和移动装置，所述传感器节点包括固定传感器节点和移动传感器节点，所述固定传感器节点设置在煤岩覆盖装置内，所述移动传感器节点设置在移动装置上；所述煤岩覆盖装置包括底板、顶板、弧形侧板和驱动部；所述弧形侧板设置在底板和顶板之间，所述底板和顶板通过连接件固定连接，所述弧形侧板之间依次活动连接形成环形结构，所述环形结构的内径随弧形侧板的移动改变，所述一个弧形侧板对应一个驱动部，所述驱动部一端固定连接在顶板上、另一端穿过顶板与弧形侧板连接。

优选的，所述弧形侧板一端设置圆柱体、另一端设置空心圆柱体，所述弧形侧板内侧开设有弧状槽，所述空心圆柱体外侧设置有凸起，所述弧形侧板通过凸起沿相邻弧形侧板的弧状槽移动，所述凸起限位于相邻弧形侧板的弧状槽内；所述驱动部包括第一电机、齿轮、齿条、弧状导轨、移动柱和移动柱配件；所述第一电机底部固定在顶板上、顶部与齿轮连接，所述齿轮与齿条啮合传动，所述顶板上开设有多组弧条状通孔、多组弧条状通孔形成环形，所述弧状导轨固定在顶板的弧条状通孔之间，所述移动柱插入空心圆柱体的空心槽内，所述移动柱配件套设在弧状导轨上并沿弧状导轨移动，所述移动柱配件的顶部与齿条固定连接、底部穿过弧条状通孔与移动柱顶端的定位块连接。

优选的，所述移动装置包括水平向移动部和竖直向移动部，所述竖直向移动部底部与水平向移动部连接，所述移动传感器节点固定在竖直向移动部上。

优选的，所述竖直移动部包括第二电机、导轨支撑板、带轮、皮带、导轨、导轨滑块和节点支撑结构；所述导轨固定在导轨支撑板一侧，所述带轮固定在导轨支撑板另一侧的上下两端，所述皮带套设在两端的带轮上且与带轮啮合，所述第二电机与导轨支撑板底部固定连接，所述第二电机的转轴与带轮连接，所述导轨滑块套设在导轨上且与皮带连接，所述导轨两端设置有限位挡块，所述节点支撑结构固定在导轨滑块上，所述移动传感器节点固定在节点支撑结构上；所述水平向移动部包括车体、电源、第三电机、减速器和移动轮，所述电源设置在车体内，所述第三电机固定在车体两端，所述第三电机通过联轴器与减速器连接，所述移动轮内的轮毂电机通过连接杆与减速器连接。

一种基于所述应急救援传感网络试验平台的试验方法，包括如下步骤：

S1：制定试验方案，确定被煤岩覆盖的固定传感器节点的位置、固定传感器节点之间的距离、每个固定传感器节点上方煤岩的覆盖高度、每个固定传感器节点距离煤岩覆盖装置外壁之间煤岩的覆盖厚度参数；

S2：在空旷环境下按照S1中确定的位置及距离参数放置煤岩覆盖装置；

S3：将固定传感器节点放置在各个煤岩覆盖装置内部中心位置；

S4：调节煤岩覆盖装置的宽度进而改变固定传感器节点距离弧形侧板的距离，当达到S1确定的覆盖厚度参数时，停止调节；

S5：通过落料机将煤岩注入煤岩覆盖装置，当S1确定的覆盖度参数中高度达到要求时，即停止落料，实现煤岩定量覆盖；

S6：进行固定传感器节点之间组网通信，测试通信质量。

优选的，所述步骤S4煤岩覆盖装置可对覆盖厚度进行连续调节，通过驱动部带动弧形侧板移动，当弧形侧板向煤岩覆盖装置中心移动或者远离中心移动，固定传感器节点距离弧形侧板的距离变化，以进行固定传感器节点在被覆盖厚度不断变化条件下的通信质量测试。

一种基于所述应急救援传感网络试验平台的试验方法，包括如下步骤：

S1：制定试验方案，确定移动传感器节点的移动速度、距离及位置参数；

S2：按照S1确定的位置参数放置移动装置；

S3：将移动传感器节点设置在各个移动装置上；

S4：开启移动装置，按照S1中确定的移动速度、距离及位置参数进行运动；

S5：进行移动传感器节点之间的组网通信，测试通信质量。

一种基于所述应急救援传感网络试验平台的试验方法，包括如下步骤：

S1：制定试验方案，确定被煤岩覆盖的固定传感器节点的位置、固定传感器节点之间的距离、每个固定传感器节点上方煤岩的覆盖高度、每个固定传感器节点距离煤岩覆盖装置外壁之间煤岩的覆盖厚度参数；确定移动传感器节点的移动速度、距离及位置参数；

S2：在空旷环境下按照S1中确定的位置及距离参数放置煤岩覆盖装置，按照S1确定的位置参数放置移动装置；

S3：将固定传感器节点放置在各个煤岩覆盖装置内部，将移动传感器节点设置在各个移动装置上；

S4：调节煤岩覆盖装置的宽度进而改变固定传感器节点距离弧形侧板的距离，当达到S1确定的覆盖厚度参数时，停止调节，通过落料机将煤岩注入煤岩覆盖装置，当S1确定的覆盖度参数中高度达到要求时，即停止落料，实现煤岩定量覆盖；开启移动装置，按照S1中确定的移动速度、距离及位置参数进行运动；

S5：进行固定传感器节点和移动传感器节点之间的组网通信，测试通信质量。

优选的，所述制定试验方案为根据拓扑结构布置传感器节点，所述拓扑结构包括星型、网状型和链状型。

本发明具有如下有益效果：

应急救援传感网络试验平台的煤岩覆盖装置可以模拟煤矿井下灾变时传感器节点被煤岩覆盖的场景，通过放入一定量的煤岩模拟不同的覆盖高度和厚度，而且可以通过调节弧形侧板实现煤岩覆盖厚度的连续调节，极大地降低了人为实现不同传感器节点煤岩覆盖试验环境搭建的难度，且减少了人力物力财力的开销，节省试验经费；移动装置可实现传感器节点的移动，模拟动态环境下不同传感器节点之间的通信质量；两种模式结合实现模拟多种环境，可实现试验环境的多样化搭建，应用范围广。

本发明的应急救援传感网络试验平台为了适应更普遍的情况，可以将煤岩替换成其它一些介质，进而可以实现被不同介质覆盖的无线传感器节点通信质量的测量，甚至可以研究不同介质的材料属性，为其他学科提供同样的试验环境。

附图说明

图1是煤岩覆盖装置结构示意图；

图2是移动装置结构示意图；

图3是驱动部爆炸结构示意图；

图4是弧形侧板连接结构示意图；

图5是弧形侧板结构示意图；

图6是竖直向移动部结构示意图；

图7是A处放大结构示意图；

图8是B处放大结构示意图；

图9是C处放大结构示意图；

图10是固定传感器节点之间通信实验布置示意图；

图11是移动传感器节点之间通信实验布置示意图；

图12是固定传感器节点、移动传感器节点之间通信实验布置示意图；

图13是星型拓扑结构布置示意图；

图14是链状型拓扑结构布置示意图；

图15是网状型拓扑结构布置示意图；

其中有：1.传感器节点；2.煤岩覆盖装置；3.移动装置；4.固定传感器节点；5.移动传感器节点；

6.底板；7.顶板；8.弧形侧板；9.驱动部；10.连接件；11.圆柱体；12.空心圆柱体；701.弧条状通孔；801.弧状槽；121.凸起；122.空心槽；901.第一电机；902.齿轮；903.齿条；904.弧状导轨；905.移动柱；906.移动柱配件；907.定位块；

13.水平向移动部；14.竖直向移动部；131.车体；132.电源；133.第三电机；134.减速器；135.移动轮；136.联轴器；137.轮毂电机；138.连接杆；141.第二电机；142.导轨支撑板；143.带轮；144.皮带；145.导轨；146.导轨滑块；147.节点支撑结构；148.转轴；149.限位挡块。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1-9所示，一种应急救援传感网络试验平台，包括传感器节点1、煤岩覆盖装置2和移动装置3，传感器节点1包括固定传感器节点4和移动传感器节点5，固定传感器节点4设置在煤岩覆盖装置2内，移动传感器节点5设置在移动装置3上；煤岩覆盖装置2包括底板6、顶板7、弧形侧板8和驱动部9；弧形侧板8设置在底板6和顶板7之间，底板6和顶板7通过连接件10固定连接，弧形侧板8之间依次活动连接形成环形结构，所述环形结构的内径随弧形侧板的移动改变，一个弧形侧板8对应一个驱动部9，驱动部9一端固定连接在顶板7上、另一端穿过顶板7与弧形侧板8连接。

使用时，将固定传感器节点4放置在煤岩覆盖装置2内，然后将煤岩倒入覆盖固定传感器节点4实现模拟煤矿井下被覆盖的场景，调节驱动部9可以带动弧形侧板8之间相互移动，从而使其向内闭合或者向外张开，弧形侧板8与底板6底部严密接触，防止煤岩漏出；从而调节固定传感器节点4被覆盖的厚度，倒入的煤岩量可以调节被覆盖的高度，可以根据实验需要进行控制，将移动传感器节点5放置在移动装置3上，实现移动传感器节点5的移动，模拟动态环境下进行通信，煤岩覆盖装置2和移动装置3结合可以模拟多种场景，从而实现测试传感器节点1之间的通信质量。

进一步地，弧形侧板8一端设置圆柱体11、另一端设置空心圆柱体12，弧形侧板8内侧开设有弧状槽801，空心圆柱体12外侧设置有凸起121；弧形侧板8通过凸起121沿相邻弧形侧板8的弧状槽801移动，凸起121限位于相邻弧形侧板8的弧状槽801内；当空心圆柱体12靠近底板6中心移动，形成的环形结构内径减小；当空心圆柱体12远离底板6中心移动，形成的环形结构内径增大；驱动部9包括第一电机901、齿轮902、齿条903、弧状导轨904、移动柱905和移动柱配件906；第一电机901底部固定在顶板7上、顶部与齿轮902连接，齿轮902与齿条903啮合传动，顶板7上开设有多组弧条状通孔701、多组弧条状通孔701形成环形，弧状导轨904固定在顶板7的弧条状通孔701之间，移动柱905插入空心圆柱体12的空心槽122内，移动柱配件906套设在弧状导轨904上并沿弧状导轨904移动，移动柱配件906的顶部与齿条902固定连接、底部穿过弧条状通孔701与移动柱905顶端的定位块907连接；第一电机901带动齿轮902转动，齿轮902与齿条903啮合传动，齿条903带动移动柱配件906沿弧状导轨904运动，由于移动柱配件906底部与定位块907连接，所以带动移动柱905移动，移动柱905在空心圆柱体12的空心槽122内可以带动弧形侧板8移动，空心圆柱体12外侧设置的凸起121与相邻弧形侧板8内侧的弧状槽801配合，使凸起121卡入弧状槽801进行定位并沿着弧状槽801进行移动，从而使弧形侧板8之间相互移动使其向内闭合或者向外张开，改变厚度。

进一步地，移动装置3包括水平向移动部13和竖直向移动部14，竖直向移动部14底部与水平向移动部13连接，移动传感器节点5固定在竖直向移动部14上，移动传感器节点5可以在竖直向移动部14上进行竖直方向的移动，水平向移动部13带动竖直向移动部14和移动传感器节点5进行水平方向的移动，从而满足移动场景的要求进行多方位测试。

进一步地，竖直移动部14包括第二电机141、导轨支撑板142、带轮143、皮带144、导轨145、导轨滑块146和节点支撑结构147；导轨145固定在导轨支撑板142一侧，带轮143固定在导轨支撑板142另一侧的上下两端，皮带144套设在两端的带轮143上且与带轮143啮合，第二电机141与导轨支撑板142底部固定连接，第二电机141的转轴148与带轮143连接，导轨滑块146套设在导轨145上且与皮带144连接，导轨142两端设置有限位挡块149，节点支撑结构147固定在导轨滑块146上，移动传感器节点5固定在节点支撑结构147上；水平向移动部13包括车体131、电源132、第三电机133、减速器134和移动轮135，电源132设置在车体131内，第三电机133固定在车体131两端，第三电机133通过联轴器136与减速器134连接，移动轮135内的轮毂电机137通过连接杆138与减速器134连接；电源132驱动第三电机133带动移动轮135移动，减速器134可以控制车体131较为平稳的移动，第二电机141带动一端的带轮143转动，皮带144套设在带轮143上随意转动，导轨滑块146随着皮带144沿导轨142上下移动，移动传感器节点5在节点支撑结构147上随导轨滑块146移动，限位挡块149可以防止导轨滑块146脱离导轨142，可以设置第二电机141转向及转速满足移动传感器节点5在竖直方向移动参数的要求。

进一步地，圆柱体11和空心圆柱体12的底部突出弧形侧板8一定距离，使弧形侧板8在移动时不和底板6接触，从而减少摩擦；除本发明提到的移动装置3之外，任何可以实现移动传感器节点5移动要求的装置皆可达到试验目的。

实施例2：

如图1-10所示，一种基于所述应急救援传感网络试验平台的试验方法，包括如下步骤：

S1：制定试验方案，确定被煤岩覆盖的固定传感器节点4的位置、固定传感器节点4之间的距离、每个固定传感器节点4上方煤岩的覆盖高度、固定传感器节点4距离煤岩覆盖装置2外壁之间煤岩的覆盖厚度参数；

S2：在空旷环境下按照S1中确定的位置及距离参数放置煤岩覆盖装置2；

S3：将固定传感器节点4放置在各个煤岩覆盖装置2内部中心位置；

S4：调节煤岩覆盖装置2的宽度进而改变固定传感器节点4距离弧形侧板的距离，当达到S1确定的覆盖厚度参数时，停止调节；

S5：通过落料机将煤岩注入煤岩覆盖装置2，当S1确定的覆盖度参数中高度达到要求时，即停止落料，实现煤岩定量覆盖，可以在顶板7上设置传感器，通过上方的开口检测注料高度，当达到指定高度时，即停止落料；

S6：进行固定传感器节点4之间组网通信，测试通信质量。

进一步地，步骤S4煤岩覆盖装置2可对覆盖厚度进行连续调节，通过驱动部9带动弧形侧板8移动，当弧形侧板8向煤岩覆盖装置2中心移动或者远离中心移动，固定传感器节点4距离弧形侧板8的距离变化，以进行固定传感器节点4在被覆盖厚度不断变化条件下的通信质量测试。

实施例3：

如图1-9和11所示，一种基于所述应急救援传感网络试验平台的试验方法，包括如下步骤：

S1：制定试验方案，确定移动传感器节点5的移动速度、距离及位置参数；

S2：按照S1确定的位置参数放置移动装置3；

S3：将移动传感器节点5设置在各个移动装置3上；

S4：开启移动装置3，按照S1中确定的移动速度、距离及位置参数进行运动；

S5：进行移动传感器节点5之间的组网通信，测试通信质量。

实施例4：

如图1-9和12所示，在实施例2和3的基础上，测试传感器节点1在两种状态下的通信质量，一种基于所述应急救援传感网络试验平台的试验方法，包括如下步骤：

S1：制定试验方案，确定被煤岩覆盖的固定传感器节点4的位置、固定传感器节点4之间的距离、每个固定传感器节点4上方煤岩的覆盖高度、每个固定传感器节点4距离煤岩覆盖装置2外壁之间煤岩的覆盖厚度参数，确定移动传感器节点5的移动速度、距离及位置参数；

S2：在空旷环境下按照S1中确定的位置及距离参数放置煤岩覆盖装置2，按照S1确定的位置参数放置移动装置3；

S3：将固定传感器节点4放置在各个煤岩覆盖装置2内部，将移动传感器节点5设置在各个移动装置上3；

S4：调节煤岩覆盖装置2的宽度进而改变固定传感器节点4距离弧形侧板8的距离，当达到S1确定的覆盖厚度参数时，停止调节，通过落料机将煤岩注入煤岩覆盖装置2，当S1确定的覆盖度参数中高度达到要求时，即停止落料，实现煤岩定量覆盖；开启移动装置3，按照S1中确定的移动速度、距离及位置参数进行运动；

S5：进行固定传感器节点4和移动传感器节点5之间的组网通信，测试通信质量。

实施例5：

如图13-15所示，在实施例2、3和4的基础上，试验方案可以根据不同的拓扑结构布置传感器节点1，将传感器节点1根据需要进行放置煤岩覆盖装置2或者移动装置3上，确定固定传感器节点4和移动传感器节点5在拓扑结构中的位置，拓扑结构包括星型、网状型和链状型，移动传感器节点5在随着移动装置3移动过程中拓扑结构会随之变化，适应多样化的模拟实验环境。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。