基于WIFI技术的井下无线调度通信系统的实现方案.doc

基于WIFI技术的井下无线调度通信系统的实现方案喜看稻菽千重浪，遍地英雄下夕烟。持之有故，言之成理。黯然销魂者，惟别而已矣。着意栽花花不发，无意插柳柳成阴。射人先射马，擒贼先擒王。 本文由merelei贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 西安科技大学 硕士学位论文 基于WIFI技术的井下无线调度通信系统的实现方案 姓名：候振 申请学位级别：硕士 专业：电子与通信工程 指导教师：李白萍 20090423 论文题目：基于技术的井下无线调度通信系统的实现方案 专 业：电子与通信工程 硕士生：侯振 指导教师：李白萍 刘春龙 摘要 煤炭是我国重要的能源之一，煤炭安全生产事关重大。随着国家对煤炭企业安全生 产的不断重视和煤矿生产信息化、自动化技术的进步，工业以太网技术已经应用于井下 生产，新型的无线技术越来越多地服务于煤矿井下，开发建设煤矿井下无线调度通信系 统已成为实现煤炭安全生产调度和保障生产人员安全的迫切需要。 本文根据煤矿对井下无线调度通信系统的需求，提出了将无线技术与技 术结合以实现井下无线调度通信系统的方案。在分析协议的结构、和 技术的原理的基础上，确定作为实现的标准，并对电话调度系统的结构进 行了详细地分析。根据系统的需求和目标建立了井下无线调度通信系统模型，并对模型 进行了分层分析。针对赵楼煤矿工业以太网的现状，设计了基于的井下无线调度 通信系统，提出了的井下组网方案；在对系统的组成和调度系统的 架构进行分析的基础上，提出了调度系统的实现方案。最后对、矾井下无线调度通 信系统方案实施效果进行了检验，对井下无线网络、的通话功能、系 统的调度功能均进行了测试，测试结果符合方案的设计目标，功能符合系统的要求。 关键词：技术；技术；井下无线调度通信系统 研究类型：应用研究 ： 科 锣： ： （） （） （） ： 理黟 印 趾 ， 邪 玛 匝 嘶 ， 印 协 、， 锄 、， 、， ， 铲 锄 ? ，： 肌 唱， 堋 觚 印 仔锄、 、 ： ， 印 （ ， 航 ， 如 、， 向 谢 ： 啪 ： 姿料技大学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文加以标注和致谢的地方外，论文?，不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使过的材料。与我。同作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者舭像中吼，夕石，旷 绪论 绪论 选题的背景及研究意义 由于煤炭矿井生产环境的特殊性，井下作业对生产管理有非常高的实时性要求，作 为生产管理人员、电机车司机、皮带维护工和其它流动人员应能够与生产调度室及时取 得联系，将生产一线的各种情况上报，实现统一指挥统一调度。虽然煤炭企业对生产安 全都非常重视，但事故的发生是不确定性的，事故发生后必须依据当时情况，采取果断 的措施进行处理，对井下人员进行紧急抢救但井上。对井下人员的监控由于受各种条件 的限制还很不完善，对于井下人员的情况不能及时反映，导致事故发生时，不能及时、 准确的得到井下人员的信息，无法做出正确的决策，以致会造成抢险不及时，有可能贻 误对生命的抢救。 近年来我国煤矿事故攀升趋势严重，国家煤矿安监局发出紧急通知，要求必须安装 井下通讯系统，然而井下的有线通信远远不能适应井下大量流动作业人员及其管理上的 需要，一套完善、可靠的井下无线通信系统对于煤矿提高效率和实现安全生产至关重要。 煤矿井下无线通信系统，可以实现生产管理人员、一线工作人员及调度人员之间的 实时联系，并可以对煤矿入井人员进行实时跟踪监测和定位，随时清楚掌握每个人员在 井下的位置及活动轨迹。如果发生灾变，还可立即从监控计算机上查询事故现场的人员 位置分布情况、被困人员数量、遇险人员撤退线路等信息，为事故抢险提供科学依据。 同时，也可利用系统的日常安全管理功能，对矿井人员进行安全管理。 作为国有现代化的各大型煤炭企业，兖矿集团对煤矿生产安全及生产调度一直是非 常的重视，投入了大量人力物力开发建设。实现下井作业人员与调度管理员的实时通讯， 使井上人员及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，开发建设煤矿井下无线调度通信 系统已成为兖矿集团实现煤炭安全生产调度和保障生产人员安全的迫切需要。 国内外研究现状 由于煤矿井下的特殊性，制约了井下无线通信系统的发展，我国井下无线通信系统 一直主要靠引进吸收国外的相关技术，但随着近年来地面无线技术的快速发展以及我国 科技研发的不断投入，新型的无线技术越来越多的服务于煤矿井下。目前可用于煤矿井 下的无线系统主要有：漏泄通信技术、透地通信技术、井下小灵通技术、技术。 漏泄通信技术 漏泄通信不同于一般的无线通信，漏泄通信技术是通过在巷道中架设一条特制的同 西安科技大学工程硕士学位论文 轴电缆（漏泄电缆）代替基站的普通天线，每隔一段距离在电缆上开一个槽孔，利用泄漏 出的电磁场实现移动台与移动台之间以及移动台和固定台之间的远距离通信。它是实现 井下巷道内无线传输的一种较理想方式。漏泄通信系统具有受巷道形状、截面、粗糙程 度、分支、拐弯、倾斜、围岩构造与介质、支护等影响较小，信道较稳定，电磁干扰较 小等特点。因此，漏泄通信在我国和美国等国家得到了较为广泛的应用。 漏泄通信系统采用超高频进行无线通信，具有信道稳定、电磁干扰较小等优点。但 也存在以下缺点： （）系统可靠性较差，抗故障能力差。任意中继器和电缆故障将会造成该中继器以下 的部分瘫痪；并且，随着中继器的增加，噪音易累加，信号易失真。 （）各个通道指定用于固定的设备，信道利用率不高。当井下各种监测监控系统和通 信系统都要接入漏泄系统传输时，会出现某些信道长期空闲不用而总的信道数又不够使 用的状况。 （）维护和管理的成本高。移动台接收距离通常限制在距漏泄电缆的范围内， 并且耦合技术复杂，漏泄电缆架设要求高。 透地通信技术 透地通信是以大地为电磁波传播媒介、无线电波穿透大地的无线电通信方式。目前 实用的透地通信系统有澳大利亚开发的（ ）井下无线通信 与急救系统。该系统由位于地面的信息输入设备、大功率发射机、天线和工作人员携带 （也可固定放置或机载）的传呼机组成。主要应用于井下急救，即在紧急情况发生、其它 通信方式完全中断时，通过发射系统，使其超低频信号穿透岩层到达井下任何位置， 从而可以迅速有效地与井下人员进行通信。 由于系统的信息输入装置、发射机和发射天线均置于地面，当井下发生灾变 时，不会影响系统正常工作，系统可靠性高。但在实际使用过程中，也存在以下缺点： （）信道容量小。为避免较大的传输衰减，透地通信的工作频率一般选择为数百至数 千赫兹的特低频。因此，不能用于语音等需要较大信道容量的通信，只能用于传呼、简 单遥控等。 （）电磁干扰大。煤矿井下空间狭小、机电设备相对集中，特别是采掘运输设备的功 率较大，负载不稳定，造成井下电磁干扰严重，特别是工频干扰对特低频透地通 信干扰严重。 （）应用范围受限制。透地通信系统需要在地面架设长达数千米的天线，限制了该方 法的应用。 （）单向通信。由于透地通信工作频率较低，因此，要求天线发射尺寸较大，不宜架 设在井下。特别是较大的发射功率，使发射机和发射天线难以制成本质安全型防爆电气 绪论 设备，这就进一步限制了在井下的使用。因此，透地通信只适用于地面发送、井下接收 的单向通信。 井下小灵通技术 井下小灵通技术是最近几年开始应用于井下的，与其它井下的无线通信技术有完全 不同的设计理念。井下小灵通技术是基于井下无线通信应用研究的基础上，一改传统思 路，把目前在全国各大中小城市中应广泛应用的公众通信系统（亦称小灵通）按“煤 安标办”标准做了安全技术处理、移植、延伸到煤矿井下，从而作为井下无线通信网络 服务平台，系统能够同时服务于地面、井下的个人无线通信系统或生产调度系统。像杭 州北辰的、中兴通讯的、大唐电信的都是基于小灵通技术的矿用无 线通信系统，其特点： （）改变传统单工、模拟通话，实现双工、数字通话。 （）防爆区域内调度系统和办公生活区通信系统的一体化无缝连接。 （）手机通话质量可靠、语音清晰、待机、通话时间长、机身小巧、携带方便。 （）支持图像传输，使远端无人职守区情况一览无余。 （）对人员具有跟踪、识别、定位等功能。 小灵通技术发展时间长，系统成熟可靠，造价低，近年来许多矿井都采用了此类的 矿用无线通信方案。然而今年月工信部门发文，明确要求所有频段无 线接入系统应在年底前完成清频退网工作，所使用的频段也将被收回用于使用， 该技术的后续发展不容乐观。 技术 ，全称 ），实际上是无线局域网联盟（）的一个 商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系。 但是后来人们逐渐习惯用来称呼协议。规定的发射功率不可 超过毫瓦，实际发射功率约毫瓦，使这类设备可以设计成符合煤矿安全要求 的本质安全型设备。 其整个系统以无线网络和协议为基本架构，以矿井工业以太环网为整 个系统的主干传输平台，形成有线主干与无线终端相结合的方式，覆盖矿井部分或全部 巷道及地面相关区域，最终实现煤矿宽带无线通讯。 系统工作原理简单来说就是位于地面的管理主机通过交换机为进入到无线信号覆 盖区域的每一台手持机分配一个地址，并自动为其在管理软件中注册，将数据存入 数据库。注册后的手持机即可正常通话。呼叫时节点收到手持机发出的无线信号，并将 其调制打包后通过矿用网络交换机送到地面管理主机，经软件处理后又经矿用网络交换 西安科技大学工程硕士学位论文 机送到覆盖被呼叫手持机所在区域的节点，呼叫目标手持机接收信号后经过振铃提示并 调制成语音给与持机者，完成一次通话。 系统基于局域网技术，组网方便，易于维护，使用的频段为公用频段（频 段），无须在无委会备案，不用缴纳费用，便于地面无线网络的覆盖使用，能避免将来 出现不必要的麻烦；技术先进，符合发展趋势，可利用井下工业环网，不用单独建 网，通话信道较小灵通更多，系统功率可根据环境自动调整，更能保证通话质量，系统 建成后带宽可满足将来无线视频等井下其它应用，扩展能力强。 课题研究的内容及论文结构 本课题研究的内容是以兖矿集团赵楼矿需求为背景，为井下设计建设一套无线调度 通信系统。针对当前赵楼矿工业信息化的建设情况，对无线技术及技术进行 了研究分析，采用将无线技术与技术有效结合的方式，提出了基于技 术的井下无线调度通信系统的实现方案，并对方案进行具体的应用分析、设计和研究。 论文主要分为六章，各章内容安排如下： 第一章主要介绍选题的背景知识、研究现状、课题研究的主要内容。 第二章主要分析了无线技术及技术的原理，以及调度系统的结构。 第三章根据系统的需求和目标建立了井下无线调度通信系统模型，并对模型分层进 行了分析。 第四章在赵楼煤矿的工业以太网现状的基础上，进行了井下无线系统的设计， 在对电话调度系统进行分析后，提出了调度系统的设计和实现方案。 第五章分别对井下的无线系统、电话系统及其调度管理功能进行实际的应 用测试。 第六章对本文的工作内容进行归纳，总结了研究工作的收获与不足之处，提出了未 来的研究方向。 无线技术及技术分析 无线技术及技术分析 无线技术分析 （ 够）又称为标准，使用直接序列扩频，最大传输速 率为，并可根据信号强弱调整传输速率，在频段上免许可，具有成本低、 终端便携、宽带等特点。技术在地面的短距离无线通讯中已有多年的应用，相对其 他无线宽带技术来说比较成熟可靠。 晰网络的基本内容 （）协议的基本内容 协议是 工作组定义的第一个被国际认可的无线局域网协议。跟传 统的有线局域网相比，基于协议的无线局域网具有可移动性，动态拓扑结构和易 搭建的特点。因此用户可以根据需求和环境选择合适的局域网技术来构造自己的网络。 从无线局域网协议出台到今天的十年发展中，该组织相继对协议进行了完善高 速协议的提出，用来对协议进行补充，在的和速率下， 又增加了和两个新的网络吞吐速率，后来又演进到的， 直至今天的。 协议的规定了的基本网络结构包括物理层、介质访问接入控制层（ 层）及逻辑链路控制层（层）。其三层结构可如图所示。 一甲一一” 翮 崦埘翩 釉 一 ” ” 一。一一 秘五 ，州?。蓦。，目 抛哪 嗣臣鼹 麓幺 。 罐 姒聊睡 鼹 夏“ 联潞 珏明麟 。一 ； 嗍 窜啪翻叫嚏！ 一，；罐 舅幽触 眦 ，”蠢妇 图 协议的三层结构 物理层；由图可以看到，定义了工作在的频段上总数据传输 率设计为的物理层；定义了一个工作在的频段上总数据传输 率设计为的物理层；最近的定义了工作在的频段上总数据 西安科技大学工程硕士学位论文 传输率设计为的物理层。 层；标