三．项目的技术可行性和成熟性分析
1．项目的技术创新性论述
（1）本项目的基本原理、关键技术内容及创新点。 项目原理：
“ZigBee无线瓦斯传感器”， 研制应用于煤矿安全监控的，具有人员定位功能的，以固定安装与人员携带移动方式相结合的无限传感器。该项目包括无线传感器节点的硬件设计，无线传感器节点的网络协议栈的设计、以及传感器系统软件控制软件的设计等。
其中，无线传感器节点是由瓦斯监测传感器、控制器单元，无线收发单元，存储器单元以及供电单元组成。
无线传感器节点的网络协议栈则是根据在IEEE发布的IEEE 802.15.4的基础上经ZigBee项目小组完善而成的协议族完成数据的传输。
控制器处理程序用C程序完成后留在控制器存储器中，一个功能是对传感传送的电子信号进行处理，得到煤炭瓦斯监测数据并贮存在寄存器中，另一个功能是设置传感器的参数，如传感器编号，用于识别矿井。
传感器节点的模型如图3.1所示：
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可探知数据区域传感器单元数/模 转换 控制器单元无线收发单元 电源模块 图3.1 无线传感器节点结构图
关键技术： 1）节点的能耗问题
无线传感器节点一般采用电池供电，因此可以使用的电量是很有限的，尤其是面对煤矿安全这种实时性强且要长期监控的需求，这就需要无线传感器节点的稳定感应传输时间要长达数月甚至数年。而网络节点的功耗的主要方面就是通讯消耗。因此，我们计划采用新型的无线通讯技术ZigBee技术，相比较，蓝牙只能工作数周、WiFi只可工作数小时，ZigBee技术使用2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。
2）无线通信协议：
物理层:研究在实际环境频繁变化和节点密集时，低功耗通信的复杂行为特征。MAC层:避免冲突的信道分配和调度机制，节省能耗的分布式MAC协议研究.路由层:高效、鲁棒的拓扑形成和控制协议，自适应网络覆盖算法，低功耗、实时、自组织的信息传输路径的建立机制，面向数据的传感网通信模式。根据上述各项要求，在综合了各
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个无线网络协议的基础上，计划采用由IEEE发布的IEEE 802.15.4标准，经ZigBee项目小组完善而成的协议族完成数据的传输。
3）数据聚合技术
节点冗余造成数据冗余。传感器节点在收集和转发数据的过程中，可以根据数据的特点和查询要求进行数据聚合，去除冗余信息，融合相关数据，挖掘高层知识。
4）自定位技术
传感器节点所采集的数据必须和位置相关对用户才有意义。传感器节点对监测到的事件也应该指出它所发生的位置。这将对于煤矿产量的位置监测起到很好得效果。
5）网络的可扩展性
无线传感器节点在网络组建过程中通过自组织的方式进行网络的自动生成，是完全自治的。在网络形成之后，如果在其中加入新的节点或者因为节点故障，电池能量耗尽等，这就要求传感器网络进行重新生成。因此节点的可扩展性体现了这个网络的健壮性。与以太网相比较，无线网因其自身的低成本特点，故障率是大于以太网的；再加上以太网在系统崩溃之后还可以通过重启来恢复，而无线网络只能通过自身的网络对系统进行修复了。针对此特点，我们计划采用定期查询策略，更新网络系统路由表，另外增加系统冗余来实现。
6）网络的快速收敛性
鉴于无线网络较之以太网故障率大的特点，在设置节点网络协议时，如何在某个节点失效之后，迅速进行调整，做出反应，使得网络传输不中断，这就必须对其进行快速收敛功能的强调。
7）覆盖控制技术
对于无线传感器网络中存在的冗余节点，如何利用节点的冗余特
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性进行休眠调度，延长网络生存时间，是一个重要研究内容。覆盖控制技术通过节点调度等手段，在不影响网络覆盖性和连通性的前提下，控制网络中活跃节点的数量，使冗余节点交替工作，从而达到延长网络生存时间的目的。
8）网络安全技术
无线传感器网络需要实现一些基本的安全机制：如机密性、消息认证、消息完整性鉴别、认证广播和安全管理等。虽然在安全研究方面，无线传感器网络并没有引入太多新的内容，但是无线传感器网络的特点决定了它的安全与传统网络的安全在研究方法和实现手段上存在明显的区别。
创新点：
1）研制可综合使用的固定安装传感器和人员携带移动传感器，使得侦测范围更广，数据更全面；
2）原有煤矿安全检测技术没有自定位功能，而人员定位系统也没有加上瓦斯监控单元，使得监控与定位两张皮，在此使用自定位技术加强对位置信息的跟踪；
3）节点按功能分别研制，包括协调器、路由器、FFD端设备和RFD端设备4种；
4）在使用了无线传感器网络之后，由其自组织的特性使得系统安全性更强，更加稳定；
5）利用了ZigBee新技术之后，使原来蓝牙，WiFi等能耗过大的问题得到了解决；
6）目前，使用ZigBee技术对煤矿的瓦斯监控尚处于研究阶段，本公司申请产品的研制与开发。 （2）项目的技术来源
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“ZigBee无线瓦斯传感器的研制”属企业自主开发项目，开发完成后具有自主知识产权。
（3）本项目国内外发展现状、存在的主要问题及近期发展趋势。 从21世纪开始，以无线方式传输的片上集成传感器技术便引起了学术界、军界和工业界的极大关注，美国和欧洲相继启动了许多关于无限传感器网络的研究计划。特别是美国通过国家自然基金委、国防部等多种渠道投入巨资支持传感器网络技术的研究。
美国国防部把Smart Sensor Web(SSW)定为国防部科学技术5个尖端研究领域之一。美国陆军提出了“灵巧传感器网络通信”计划。目标是建设一个通用通信基础设施，支援前方部署，将无人值守式弹药、传感器和未来战斗系统所用的机器人系统连成网络，以便成倍地提高单一传感器的能力，从而提高未来战系统的生存能力。美国能源部与美国Sandia国家实验室合作，共同研究用于地铁、车站等场所的防范恐怖袭击的对策系统。美国英特尔公司发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”，表明它将致力于微型传感器网络在预防医学、环境监测、森林灭火乃至海底板块调查、行星探查等领域的应用。
我国对新型片上集成无线传感器的研究启动较晚，因此在这个领域的研究相比与国外的程度较低。较早进行无线传感器网络相关研究的单位包括哈尔滨工业大学、清华大、湖南大学、复旦大学、南京大学、国防科技大学、东北大学、西北工业大学、北京理工大学、电子科技大学、浙江大学、中国科技大学、北京邮电大学和北京交通大学等院校，以及中科院软件所、计算所、电子所、自动化所、合肥智能机械所、沈阳自动化所近年来，更多院校和科研机构加入到无线传感器网络的研究工作中来。目前，国家973计划、国家自然科学基金和
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