wifi在礦井移動(dòng)通信系統中的應用

引言

　　煤礦井下發(fā)生事故后，井下人數不詳、被困人員位置不清、被困人員生死不明是災后應急救援急切解決的問(wèn)題。因此，有必要研究抗災變能力強、具有人員位置監測等多功能煤礦井下無(wú)線(xiàn)通信系統。本文研究將低成本的新技術(shù)——Wi-Fi應用于井下，構建一種新的礦井移動(dòng)通信系統。

　　1 Wi-Fi技術(shù)簡(jiǎn)介

　　Wi-Fi(WirelessFidelity)，即無(wú)線(xiàn)保真或無(wú)線(xiàn)相容性認證，是一種無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)數據傳輸的技術(shù)與規格，也就是IEEE所定義的無(wú)線(xiàn)通信標準IEEE802.11。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)是有線(xiàn)局域網(wǎng)的擴展和替換，是在有線(xiàn)局域網(wǎng)的基礎上通過(guò)無(wú)線(xiàn)HUB、無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)節點(diǎn)(AP)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡等設備使無(wú)線(xiàn)通信得以實(shí)現。IEEE802.11標準發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)接入控制層(MAC層)和物理層。隨后，IEEE又發(fā)布了一些補充協(xié)議，包括物理層的補充協(xié)議IEEE802.lla/b/g和其它一些服務(wù)相關(guān)協(xié)議?？偟膩?lái)說(shuō)，Wi-Fi屬于短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)，覆蓋范圍可達幾百米，使用的是2.4GHz附近的頻段。Wi-Fi有著(zhù)“無(wú)線(xiàn)版本以太網(wǎng)”的美稱(chēng)，世界上至少有80%以上的局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)技術(shù)，其幾乎可以視為以太網(wǎng)標準在無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域的延伸。

　　2 Wi-Fi與相關(guān)技術(shù)比較

　　目前國內外礦井無(wú)線(xiàn)通信方式主要有漏泄通信、感應通信、透地通信、PHS(小靈通)通信、3G(大靈通)通信系統等。

　　漏泄通信系統存在著(zhù)抗災變能力差、大量的串聯(lián)中繼設備導致可靠性差、系統不具備冗余功能等問(wèn)題，通信終端存在功能單一、信道容量小的缺陷。感應通信系統存在著(zhù)體積大、重量重、信道容量小、通信距離短等問(wèn)題。透地通信系統存在著(zhù)設備體積大、重量重、信道容量小、地面設備功率大、地面天線(xiàn)布置困難、單向通信(地面向井下)等問(wèn)題。PHS(小靈通)通信系統與3G(大靈通)通信系統存在著(zhù)基站控制器和基站非本質(zhì)安全型防爆、系統不具備冗余功能、抗災變能力差、井下基站至地面最大通信距離不滿(mǎn)足井下通信10公里的要求等問(wèn)題，通信終端存在功能單一、信道容量小的缺陷。

　　WiMAX與Wi-Fi最明顯的區別是覆蓋范圍存在很大差別，WiMAX通?？梢愿采w3～5km，而且WiMAX的安全系數更高，但是WiMAX的組網(wǎng)成本要比Wi-Fi大的多?？紤]到礦井下的特殊性和經(jīng)濟性，還是選用Wi-Fi更適合井下局域網(wǎng)的環(huán)境。

　　3 系統需求分析

　　所要研究設計的礦井移動(dòng)通信系統主要由地面監控系統、井下分站和移動(dòng)通信終端組成。地面監控系統負責整個(gè)系統的管理與控制，通過(guò)地面監控系統可以對井下人員以及相應設備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控。地面監控系統任務(wù)可由一臺多功能計算機并配有相應數據庫管理軟件完成。井下分站為整個(gè)系統的關(guān)鍵部分并負責多項功能。系統應滿(mǎn)足：

　　(1)在礦井事故前后，地面監控系統能得知井下工人所在的位置;

　　(2)井下工人與地面監控系統以及井下工人之間能隨時(shí)進(jìn)行雙向數據通信;

　　(3)地面監控系統能隨時(shí)、直接與任何井下工人進(jìn)行雙向數據/語(yǔ)音通信;

　　(4)井下工人之間能進(jìn)行雙向窄帶語(yǔ)音通信;

　　(5)井下通信網(wǎng)為由若干個(gè)分站組成的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò );

　　(6)分站能收發(fā)無(wú)線(xiàn)電信號，為了有較強的穿透能力，采用適合礦井傳輸的波長(cháng)。

　　4 方案設計

　　系統以光纖有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )為骨干，以無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )為延伸，在井下設立若干礦用分站，通過(guò)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )覆蓋井下巷道，利用礦用本安手機(IP終端接入設備)來(lái)實(shí)現群呼、組呼等功能，從而實(shí)現井上對井下的語(yǔ)音調度以及井下對井上的數據和語(yǔ)音雙向通信。地面通信與監測中心的軟件能分析、處理和顯示人員位置、生命狀態(tài)，可實(shí)現人員位置和生命狀態(tài)顯示報警和存儲，從而全面實(shí)現煤礦安全生產(chǎn)、調度通信、應急救援、安全監控與督察。

　　4.1 系統架構

　　系統分為井下設備和井上設備，如圖1所示。

　　圖1 系統組網(wǎng)拓撲圖