BSC-MAC Protocol based Energy Efficient Mine Security System

Abstract

In this study, some advantages of Wireless Sensor Networks (WSN) like communication, transmission of the sensed data and easy self-organization among each other are utilized. Density of the methane gas which exists in mines and is life-critical for miners has been determined. A Mine Security System simulation has been performed to save time to miners for taking precautions as an early warning before the pre-determined density of the gas reaches to critical level that poisons the miners and causes explosion. In addition to the existing mine security systems, mobile and less number of sensor nodes have been used instead of large number of stationary nodes to minimize the total energy consumption in this study. Also, using BSC-MAC protocol provides less the energy consumption than IEEE 802.15.4 protocol. The existing studies in the field of Wireless Underground Sensor Networks (WUSN) have been examined in the scope of this paper. How and in which applications the WUSN are used in mines are tackled parallel to the purpose of this paper and an optimal solution has been proposed according to the obtained results. Several simulations have been performed with different topologies in Network Simulation-2 (NS-2) tool for the proposed study and the results are explained. 

Keywords

• Wireless Multimedia Sensor Networks
• Underground Networks
• BSC-MAC
• Mine safety system

BSC-MAC Protokolü Tabanlı Enerji Etkin Maden Güvenlik Sistemi

Abstract

Bu çalışmada, Kablosuz Algılayıcı Ağlar’ın (KAA), iletişim kurabilme, algılanan verileri iletme ve kendi aralarında kolayca organize olabilme gibi avantajlarından yararlanılmıştır. KAA’ın bu faydaları ile maden ocaklarında oluşan ve çalışan maden işçileri için hayati tehlikeye sebep olan metan gazının yoğunluğu belirlenmiştir. Belirlenen yoğunluğun, maden işçilerini zehirlemesi veya maden ocağında patlama düzeyine gelmesi durumlarından önce uyarı vererek maden işçilerine önlem almaları için zaman kazandırmak amacı ile Maden Güvenlik Bilgi Sistemi benzetimi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada bundan önce yapılmış olan maden güvenlik sistemlerine ek olarak; fazla sayıda düğüm kullanmak yerine, az sayıda ve hareket kabiliyeti kazandırılmış algılayıcı düğümler kullanılarak, harcanan toplam enerjiyi en az seviyeye indirilmesi sağlanmıştır. Ayrıca, BSC-MAC protokolü kullanılarak kullanılan toplam enerjinin IEEE 802.15.4 protokolüne göre daha az seviyeye getirilmesi sağlanmıştır. Çalışma kapsamında, Kablosuz Yer altı Algılayıcı Ağlar (KYAA) alanında yapılan çalışmalar incelenmiş. Bu çalışmanın amacına uygun olarak KYAA’ın maden ocaklarında ne şekilde ve hangi uygulamalarda kullanıldıkları ele alınmış ve elde edilen sonuçlara göre daha uygun bir sonuç önerilmiştir. Önerilen çalışma için Network Simulation - 2 (NS - 2)’de farklı topolojiler kullanılarak benzetim gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar açıklanmıştır.

Keywords

• Kablosuz Algılayıcı Ağlar
• Yer altı Ağları
• BSC-MAC
• Maden güvenlik sistemi

References

1. [1] I. F. Akyıldız, E. P. Stuntebeck, “Wireless underground sensor networks: Research challenges”. Ad Hoc Networks, c. 4, s. 6, ss. 669–686, 2006.[2] C. Qiang, S. Ji-ping, Z. Zhe, Z. Fan, “ZigBee Based Intelligent Helmet for Coal Miners”. WRI World Congress on Computer Science and Information Engineering, Los Angeles, California USA, 2009.[3] S. Toklu, O. Ayhan Erdem, “BSC-MAC: Energy efficiency in wireless sensor networks with base station control”, Computer Networks, c. 59, ss. 91–100, 2014.[4] The Advanced Aeration Group, “Gelişmiş Havalandırma Grubu”. http://www.advancedaeration.com (10.04.2017).[5] V. Parameswaran, H. Zhou, Z. Zhang, “Irrigation control using Wireless Underground Sensor Networks”. Sixth International Conference on Sensing Technology (ICST), Kolkata, West Bangal, India, 2012.[6] W. Longkang, N. Baisheng, Z. Ruming, Z. Shengrui, L. Hailong, “Zigbee-Based Positioning System For Coal Miners”. Procedia Engeniring, c. 26, ss. 2406–2414, 2011.[7] A. Sheth, K. Toyama, K. Tejaswi, P. Mehta, C. Parekh, R. Bansal, S. Merchant, T. Singh,U. B. Desai, C.A. Thekkath, “SenSlide”. Proceedings of the 3rd international conference on Embedded networked sensor systems-SenSys, USA, 2005.[8] K. Martinez, R. Ong, J. Hart, “Glacsweb: a sensor network for hostile environments”. First Annual IEEE Communications Society Conference on Sensor and Ad Hoc Com. and Networks, Santa Clara, California, 2004. [9] G. Werner-Allen, K. Lorincz, M. Ruiz, O. Marcillo, J. Johnson, J. Lees, M. Welsh, “Deploying a wireless sensor network on an active volcano”. IEEE Internet Computer, s. 10 c. 2, ss. 18–25, 2006.[10] H. Zemmour, G. Baudoin, A. Diet, “Soil Effects on the Underground-to-Aboveground Communication Link in Ultrawideband Wireless Underground Sensor Networks”. IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., c. 16, ss. 218–221, 2017.[11] G. E. Rolader, J. Rogers, J. Batteh, “Self-healing minefield”. 2004.[12] S. Kisseleff, X. Chen, I. F. Akyıldız, W. H. Gerstacker, “Efficient Charging of Access Limited Wireless Underground Sensor Networks”. IEEE Trans. Commun., c. 64, s. 5, ss. 2130–2142, 2016.[13] Z. Sun, I. F. Akyıldız, G. P. Hancke, “Dynamic Connectivity in Wireless Underground Sensor Networks”. IEEE Trans. Wirel. Commun., c. 10, s. 12, ss. 4334–4344, 2011.[14] A. Senturk, Z. K. Senturk, “Hareketli Kablosuz Yeralti Algilayici Aglar Kullanilarak Enerji Etkin Maden Guvenlik Sistemi Gelistirilmesi”, SAU Fen Bilim. Enstitüsü Dergisi, s. 19, c. 3, ss. 321-325, 2015.