田侃達(dá)　張輔超

摘 要：傳統(tǒng)的礦井同行系統(tǒng)具有封閉性，相互之間不能兼容，所以必要進(jìn)行創(chuàng)新和改革。建設(shè)礦山通信網(wǎng)絡(luò)無線基站是數(shù)字礦山建設(shè)的重要部分，要想實現(xiàn)安全的井下采掘以及信息化、智能化的企業(yè)管理，就必須進(jìn)行相關(guān)的數(shù)字礦山建設(shè)。礦山企業(yè)的生產(chǎn)區(qū)域比較廣泛而且具有分散性，這對通信網(wǎng)絡(luò)無線基站建設(shè)增加了難度。隨著科技的不斷進(jìn)步，提出了基于WIFI數(shù)字礦山通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的策劃方案，設(shè)計開發(fā)并用于構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)的無線基站。該技術(shù)可以實現(xiàn)無線視頻監(jiān)視、無線通話、人員定位等多功能，為礦山資源開采提供相應(yīng)的技術(shù)支持，提高礦山開采人的安全性和效益。本文通過對無線基站設(shè)計、無線基站總體結(jié)構(gòu)、WIFI數(shù)字礦山無線通信電纜系統(tǒng)架構(gòu)以及無線基站的測試進(jìn)行了分析，旨在建立完善的數(shù)字礦山通信網(wǎng)絡(luò)無線基站的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：數(shù)字礦山 無線基站 總體結(jié)構(gòu) 通信電纜

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦山開發(fā)項目不斷增多，然而礦山事故卻不能避免。在2016年5月8日陜西銅川市照金煤礦透水事故發(fā)生，導(dǎo)致11名礦工死亡，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。長期以來，由于歷史和技術(shù)的原因，我國礦山企業(yè)所使用的各種通信系統(tǒng)比較落后、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)比較混亂，通信線路多切復(fù)雜，這是不能保障礦井安全和礦工安全的主要原因，所以必須要加強(qiáng)礦山的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，目前WIFI無線接入技術(shù)成為數(shù)字礦山通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要任務(wù)。

一、WIFI數(shù)字礦山無線通信電纜系統(tǒng)的建構(gòu)

礦山通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中使用了光纖通信技術(shù)合WIFI技術(shù)，它主要是由千兆光纖骨干網(wǎng)、100M光釬分行網(wǎng)絡(luò)、以及地面之間的服務(wù)器構(gòu)成。千兆光纖交換機(jī)和光電單模光纖復(fù)合電纜應(yīng)用互逆的雙回路網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成一個千兆光釬骨干網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)。該結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)大的故障自我恢復(fù)功能，這為系統(tǒng)的正常工作奠定了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。在骨干網(wǎng)絡(luò)上，光交換機(jī)將100M光纖快速分支網(wǎng)絡(luò)連接到骨干網(wǎng)，100M光纖快速通訊分支網(wǎng)絡(luò)的分支節(jié)點是一個通過多模光纖混合電纜連接的WIFI基站。由于礦井狀態(tài)和通訊信號的復(fù)雜性，所以需要將系統(tǒng)改變成環(huán)狀結(jié)構(gòu)或者樹型，最后的300m通訊距離使用WIFI無線通信技術(shù)通過WIFI無線基站與快速的100M分支網(wǎng)絡(luò)相連接。

1.可以實現(xiàn)無線語音和視頻通信功能。在現(xiàn)有的系統(tǒng)上，其中不添加任何設(shè)備，就可以將很方便的把IP語音技術(shù)加入系統(tǒng)中，最終實現(xiàn)無線語音和視頻通信功能，從而保證礦井人員的和操作安全性。在礦井中通過使用網(wǎng)絡(luò)攝像頭來監(jiān)控井下操作，使井下工作得到了安全的保障并且也滿足了工作上的要求。在地面上通過利用無線局域網(wǎng)可以看到地下工作的情況，從而能夠指導(dǎo)井下工作的開展。

2.實現(xiàn)人員的精確定位。通過WIFI數(shù)字礦山無線通信電纜系統(tǒng)的建構(gòu)可以對井下人員進(jìn)行精確定位，登入該系統(tǒng)的服務(wù)器的視頻監(jiān)控服務(wù)部分，就可以對井下人員發(fā)號指令和指出修改之處，從而使企業(yè)井下管理更加的科學(xué)化。

3.設(shè)備控制，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。數(shù)字礦山無線通信網(wǎng)絡(luò)可以對地下設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的操作和監(jiān)控，同時也可以對礦井下的環(huán)境進(jìn)行隨時的監(jiān)控，一旦設(shè)備有異常的情況，就會發(fā)出相應(yīng)的警報。2、無線基站設(shè)計。WIFI基站是百兆分支網(wǎng)的基本節(jié)點，它是在WIFI的WLAN接入有關(guān)的分支光纖網(wǎng)，從而在光纖網(wǎng)內(nèi)部以及光纖與WALN之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和交換。WIFI無線基站設(shè)計應(yīng)用了先進(jìn)的SOPC技術(shù)。SOPC技術(shù)主要是將存儲器、I/O接口、處理器，硬件協(xié)處處理器和普通的用戶邏輯等功能集成到一FPGA芯片里，從而建立一個可編程的片上系統(tǒng)。無線基站的主要硬件電路是由SOPC在FPGA芯片上配置32位的NiosII軟核處理器，Avalon總線和相關(guān)的接口模塊構(gòu)成，NiosII系統(tǒng)設(shè)計主要是以NiosII軟核為中心，將所有的接口都集成到一片F(xiàn)PGA上，機(jī)構(gòu)簡單明了，同時使用NiosII軟核可在線配置的優(yōu)點，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的升級和擴(kuò)展，使系統(tǒng)的開發(fā)周期大大縮短。

3.1無線基站站總體結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)處理單元、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測單元、電源管理單元、無線AP、人機(jī)交互單元等共同構(gòu)成了無線基站，如圖1所示

以FPGA為核心的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元，它一方面能夠滿足事務(wù)處理的內(nèi)容，另一方面又實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的功能。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測單元監(jiān)測的數(shù)據(jù)和RPID讀卡器獲取到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，會通過它處理然后再傳送給地面的服務(wù)器，同時使用它能夠控制人機(jī)交換單元把設(shè)備工作狀態(tài)顯示出來；當(dāng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時，一旦大發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時除了通過人機(jī)交互單元顯示報警消息之外，還會立即采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

二、無線基站測試

無線基站是通信網(wǎng)絡(luò)的基本節(jié)點，測試內(nèi)容主要包括單機(jī)測試和網(wǎng)絡(luò)測試，單機(jī)測試和網(wǎng)絡(luò)測試的方法和內(nèi)容都有所區(qū)別。網(wǎng)絡(luò)測試的基礎(chǔ)是單機(jī)測試，單機(jī)測試不但是網(wǎng)絡(luò)測試的前提，而且還可以監(jiān)測無線基站設(shè)計的合理性。單機(jī)測試中主要的參數(shù)有網(wǎng)絡(luò)延遲、信號量、抖動、吞吐量以及丟包率等。在測試無線基站主要是應(yīng)用的7db全向天線，測試的軟件工具主要NetIQ Chariot v5.4、局域網(wǎng)絡(luò)測試工具Qcheck以及無線網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度測試軟件Wirelessmon。測試的地點主要是與礦井環(huán)境相似的地方。利用無線基站單機(jī)進(jìn)行測試可以保證網(wǎng)絡(luò)的性能以及實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、視頻“三網(wǎng)合一”的功能，因此在數(shù)字礦山的通信網(wǎng)絡(luò)無線基站設(shè)計必須要重視無線基站的監(jiān)測，嚴(yán)格根據(jù)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和反饋。

三、結(jié)語

礦井通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對數(shù)字礦山的建設(shè)有重要的影響，礦井通信承擔(dān)著搶險救災(zāi)、技術(shù)指導(dǎo)、傳遞信息等重要的任務(wù)，為員工的人身安全和礦井生產(chǎn)技術(shù)提供了基本的保障。在礦山進(jìn)行開發(fā)生產(chǎn)的過程中，井下的工作面可能只是暫時的，隨著礦石采掘技術(shù)的要求需要進(jìn)行充填或者是廢棄使用，這就需要通信設(shè)備發(fā)揮相應(yīng)的作用。數(shù)字礦山的通信網(wǎng)絡(luò)無線基站設(shè)計可以實現(xiàn)無線語音、無線視頻便于對井下操作進(jìn)行指導(dǎo)，提高了礦山的開采效益，降低了礦山災(zāi)難的發(fā)生，保障了人民的生命安全，因此加強(qiáng)數(shù)字礦山的通信網(wǎng)絡(luò)無線基站設(shè)計是是目前的重要工作。

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