华为智能矿山融合IP工业网解决方案 2023

11.1煤矿智能化业务发展趋势 11.2煤矿智能化给网络带来的挑战 4 62.1方案简介 6 13 143.1网络切片 143.2智能选路 163.3随流检测 173.4Wi-Fi6覆盖 203.5本质安全 21 234.1山西S煤矿：NetEngine打造智能矿山工业一张网 234.2山西X煤矿：OptiXPT 274.3山东N煤矿：业界首款万兆本安路由器，万兆到工 294.4安徽Z煤矿：Wi-Fi6全覆盖，通信实时可达 32 355.1NetEngine系列路由器 355.2OptiXPTN系列产品 395.3AirEngine无线局域网 425.4iMasterNCE网络控制器 45 46 471趋势与挑战趋势与挑战煤矿是我国重要的矿山资源，当前煤矿行业发展面临煤炭开采危险性高、从业人员老龄化问题严重等诸多挑战。为推动煤矿行业高质量发展，国家不断推出政策，加快煤矿智能化发展。目标到2035年各类煤矿基本实现智能化，建成煤矿智能化体系。本章主要介绍煤矿智能化业务发展趋煤炭行业作为我国重要的传统能源行业，是我国国民经济的重要组成部分，不仅对我国人民群众的生活有着直接的影响，而且对社会的经济发展发挥着直接的推动作用。2趋势与挑战从我国目前的状况来看，煤矿开采一般是地下作业，地下地质条件复害多发，大量煤矿富含瓦斯，发生事故的风险很高，生产安全形势严政策的驱动下，已经有了大幅的改善，但受既有井下设备智能化不足收难，人才队伍呈现青黄不接的态势。从普通员工到管理人员，无论据《2016-2021年中国煤炭行业发展趋势与投资决策分析报告》显示，中国大型煤企的平均劳动生产率远低于国际先进水平，中国的大型煤炭集团人1730吨，只相当于美国的5.6%、印尼的20.6%。中国整体煤炭行业人均年产量更低，仅为630吨，而发达国家为一万吨。我国煤矿企业与国外先进企业存在巨煤矿信息化基础设施建设，是推进煤矿行业信息化和工业化融合发展以及煤炭企业数字化转型的重要基础，是“双碳”背景下推动煤炭工业高质量发展的必然选择，更是煤矿行业贯彻落实能源安全新战略的重要举措，为此，国家出台了多项政策驱动煤矿l2016年国家发展改革委、国家能源局发布的《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》中明确提出：到205山技术体系，实现煤炭安全绿色、高效智能生产。l2017年国家能源局发布的《能源技术创新“十三五”规划》中明确提出：掌握煤矿无人化开采技术，实现综采工作面无人开采，实现工作面设备远程协同控制和故障自诊断。研发掘、支、运一体化快速掘进系统、智能化综采工作面成套装备、无人工作面巡检机器人、矿井设备协同控制及故障远程诊断系统、基于大数l2020年3月，国家发展改革委、国家能源局等八部门印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》中明确指出：坚持以科技创新为根本动力，推动智能化技术3趋势与挑战与煤炭产业融合发展，提升煤矿智能化水平，促进我国煤炭工业高质量发展。到2035年，各类煤矿基本实现智能化，构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化划》，规划目标：到“十四五”末，矿山安全法规标准体系更加完备、安全生产责任体系更加健全、安全预防控制体系更加科学、安全监管监察体制更加完善、信息化智能化水平大幅提高、基础保障能力明显增强、监管监察效能显著提升，矿山安全综合治理效能取得重大进展，事故总量持续下降，重特大事故得到有效煤矿智能化发展是当前煤炭行业的重要趋势。随着人工智能技术、物联网技术、云计算技术等新兴技术的不断发展和应用，煤矿l智能化开采：智能化开采是煤矿智能化建设的核心，通过采用l物联网技术的应用：物联网技术在煤矿中的应用越来越广泛，通过在煤矿中应用l云计算技术的应用：云计算技术在煤矿中应用越来越广泛，通过将煤矿中的数据l安全监测：煤矿智能化建设中，安全监测是非常重要的一环。通过应用先进的安煤矿智能化的目标是安全生产，效率提升，井下无人少人。煤矿煤炭生产的安全性是至关重要的。减少井下作业人员可以有效提升煤炭生产的安全性。要把工作场所从井下移到地面，就需要能够在井上对井下的各个工作场景看得清，看得全，尤其是采煤工作面、掘进工作面、主运皮带等。通过部署系 头，结合全景视频算法、人工智能算法，可以很好地实现综采面的远 控、掘进面作业序列的监测、主运皮带的智能监测。为井下集控中心4趋势与挑战维护中心的工作人员真实地还原综采面和掘进面的作业现场，帮助井下存在大量的移动场景，包括综采面/掘进面远控、机器人巡检、基于智慧矿灯和智能终端的人员安全保障等。通过5G网络，在综采面和掘进面靠性高。通过Wi-Fi网络全覆盖，降低部署成本，实现巡检机器人代替人工在井下巷道、硐室进行巡检，视频、环境数据实时回传；工人借助Wi-Fi智慧矿灯，传统煤矿采煤工作面机械噪声大、粉尘浓度高、事故发生频繁，人重威胁。通过先进的ICT网络技术，实现煤矿智能化意味着煤矿生产、管理和监控将更加自动化和数字化。新一轮科技革命和产业变革正在加速煤炭产业与信息技术进行深度融合，智能化煤矿建设的步伐不断加快，少人或无人开采将成为现实，再加上安全风险管控技术和措施的不断完善，为矿矿山生产网络全面连接“采、掘、机、运、通、排、洗、选”等生产系统，支撑现场生产、安全监测，是智能化矿山实现少人无人现场作业的关键。智能化矿山业务的发展，对基础网络联接也提出了更高的要求，矿山存量网络亟需升级换代，构建智能化当前视频监控、生产控制、机电监控等不同业务系5趋势与挑战当前环网大多只有千兆带宽，部分新建的视频监控智能分析、智能决策，逐步实现井下少人无人，井下综采面和掘煤矿行业现网多为工业交换机组网，经常发生网络风暴，长时间影响行，并且在业务低时延保障、高精度时钟同步等能力上存在限制，无法满足5G智能化作业、远程控制、无人驾驶等新业务缺乏广覆盖的无线网络，网络覆盖的缺失也影响了工作的安全性署的Wi-Fi4/Wi-Fi5网络带宽小，时延大，无法满足新涌现的移动智能应用，智能化应用的增加推动网络规模持续扩张，传统网络障往往需要运维人员下井插拔端口排查故障，故障定位时间以小几天的时间才能排除问题，故障定位期间生产不能全速进行甚至6 本章主要介绍华为智能矿山融合IP工业网解决方案的总体架构，应用针对煤矿井下生产与地表洗选网络面临的诸多挑战，华为推出了智能矿山融合IP工煤矿井下生产网络，联通井下所有业务终端，承载越来越多的智能化应用，基于网络切片和Wi-Fi6技术构建满足未来演进的先进井下工业网络，方案架构如图2-1所示。7整体网络通过NetEngine系列路由器或OptiXPTN系列产品实现地面与井下的高速互联，通过网络切片技术完成多业务一网综合承载，不同切隔离无干扰，保障控制业务的低时延和高可靠。NetEngine与PTN两者都支持5G基站接入和切片技术，主要是在底层隧道技术上略有差别，可以根据客户的-基于NetEngine系列产品实现业务承载网络业务由SRv6（SegmentRoutingoverIPv6，基于IPv6的段路由）隧道承载，包括两种：SRv6BE和SRv6TEPolicy。两种模载传统业务，比如L3VPN、EVPNL3VPN、EVPNVPLS、EVPNVPWS、对于重要业务，比如综采面远控，建议采用SRv6TEPolicy方式，可以基8SRv6BE类似于MPLS网络中的LDP（LabelDistributionProtocol，标签分发协议是指基于IGP（InteriorGatewayProtocol，内部网关协议）最短路径算法计算得到最优SRv6路径，仅使用一个业务SIDIdentifier，段标识）来指引报文在链路中的转发，是一种尽力而为的工作模式。其没有流量工程能力，一般用于承载普通VPN（VirtualPrivateNetwork，虚拟专用网）业务，用于快速开通业务。SRv6TEPolicy利用SegmentRouting的源路由机制，通过在头节点封装一个有序的指令列表（路径信息）来指导报文穿越网络。SRv6TEPolicy用于实现流量工程，提升网络质量，满足业务的端到端需求。其和SDN-基于OptiXPTN系列产品实现业务承载SPN（SlicingPacketNetwork，切片分组网络）是中国移动联合华为面向5G承载提出的创新技术体系。SPN旨在满足5G时代承载网大带宽、低时延、高可靠、高精度时钟同步、易于运维、灵活管控、支SPN引入SR-TP（SegmentRoutingTransportProfile，面向传送的分段路由技术）实现可管可控的底层隧道，构建端到端业务部入集中管控的控制平面。SPN通过管控融合SDN（Software-DefinedNetworking，软件定义网络）平台，实现对网元物理资源（如转发，计算，存储等资源）进行逻辑抽象和虚拟化，形成虚拟资源，成虚拟网络，呈现一个物理网络、多种组网架构的网络形态整体网络，通过50GE/100GE组主干环，万兆本安做接入，满足井下未来业务演通过Wi-Fi6技术，实现井下高质量无线覆盖。井下环境恶劣，建议选用本安款型，覆盖范围内单站吞吐率>100Mbps，并且最大覆盖距离不小于400米半径，可与UWB（Ultra-WideBand，超宽带）实现同覆盖，实现无线数据传输和人员高精度定位一站部署，同站址、共传输，提高部署和维护效率。Wi-Fi6基站具备2.4GHz和5GHz射频接入能力，支持新旧多种终端接入。9Wi-Fi6网络针对不同的无线业务，设置不同SSID，划分不同逻辑网络。如果有井上集控中心部署网络核心节点和安全边界，以及iMasterNCE网络控制器。整体网络支持SDN管控析融合架构，具备网络设备统一管理和拓扑呈现能力，实现业务部署和运维的自动化，同时，可以对整网进行在线健康监测，健康运行，并通过随流检测等技术，实现业务端到端检测、可视和保速定位。生产网和办公网之间建议通过网闸/防火墙隔离。煤矿地表洗选网络，联通厂区内部所有业务终端，承载越来越多的智能化应用，基于网络切片和Wi-Fi6技术构建满足未来演进的先进井下工业网络，方案架构如图2-2洗选网络通过切片实现全业务一网承载，能最大化地降低网络部署及网络维护的复杂度和成本。用户可以根据网络承载业务类型自定义不同的业务切片，通过控制器下发配置到网络设备，实现网络和业务发放自动化，同时基于VPN技术，实现多网、多业务的统一承载，减少网络重复建网，降低建网投资与-有线、无线与物联网融合，满足接入终端及业务多样化华为交换机通过融合无线接入控制器WAC（WLANAccessController实现有线无线深度融合，为用户提供有线和无线一致化的管理过融合用户认证和管理功能及策略联动功能，为有线无线用户证和接入策略控制，管理员可以获得一致的用户管理体验，简-全场景WLAN，满足客户差异化的接入需求针对厂区室内、室外场景以及密集房间等多种场景，采用最新Wi-Fi6AP、高密AP和分布式Wi-Fi方案，实现高密度无死角的WLAN覆盖以及接入-物理网络自动化：设备预配置，即插即用。通过iMasterNCE-Campus控制器图形化界面，完成设备即插即用自动化开局和Underlay网络路由编排、-用户策略自动化：以用户、业务、体验为中心，用户策略随行，业务体验随身；通过iMasterNCE-Campus规划用户组及组间策略，自动下发策略至网络设备。用户认证通过之后，当用户在不同地点，使用不同终端接入时，控制器会自动识别用户身份，并向网络中相应执行设备下发策略，从而达到接入无差别和体验有保障的效果。不论用户在什么位置接入，都将通过采用华为智能网络控制器对交换机+Wi-Fi网络进行有线无线智能化运维，实时检测网络健康状态以及终端在线状态，快速定位网络故障，提高网络运维效率，同时控制器可提供海量告警压缩，简化运维难度。并可提供全生命理，充分分析网络可靠性瓶颈或提前预验证网络变更方案，降低网络的运行风险。华为智能矿山融合IP工业网解决方案提供有线和无线全连接，可以应用在远程控制、基于确定性网络切片技术和5G承载网进行建设，形成有线无线一张网融合。可以实现各种工业设备（采煤机、掘进机、液压支架、研磨机等）泵房、排水点，瓦斯抽采钻场，车场的前部井下无轨胶轮车、电机车、单轨吊等场景，可以采用基于Wi-Fi6技术结合有线确定性网络切片技术进行远程无人监控。变电所，水泵房，皮带机，的移动巡检业务，同样可以采用基于Wi-Fi6的零漫游技术实现自动巡检。通过Wi-Fi6提供高可靠、低时延、大带宽的无线网络，支持单兵装备的无线数据回煤矿人员定位系统具有监测井下人员位置、携卡人员出/入井时间、以及在重点区域和限制区域的出/入时间、人员工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等功能。基于Wi-Fi6的远距离覆盖实现Wi-Fi6基站与UWB共部署，同时实现人员定位数据回传和井下全无线覆盖。基于Wi-Fi6的语音/视频煤矿行业需要物联传输数据的系统还有顶板离层监测、地压监测系统系统、电力监控系统、立斜井及井筒安全监测系统、设备故障诊l网络切片，一网多用：多网合一，统一承载5G、视频监控、生产控制等业务，l超大带宽，弹性扩展：支持组建50GE/100GE主干环网，在现有万兆环网基础上带宽提升了10倍，满足矿山未来5-10年的带宽增长需求，有力地保障了综丢包率等指标实时可视；并可以基于业务指标，动态调整业务路径，保障业务可靠性；支持50ms倒换，业务不中断。l品质无线，全面覆盖：5G和Wi-Fi6协同，实现无线全覆盖，广泛联接摄像头、车辆、生产设备、传感器等终端，解决布线复杂，光纤易折损，部署难华为Wi-Fi6具有信号强，超低时延，无损漫游等亮点，保证机器人巡检、远程l智能运维，快速定障：华为管理-控制-分析系统iMasterNCE三维一体，实现网络可视、可管、可控；利用数字地图，全面展示网络物理拓扑、逻辑拓扑、切片拓扑、业务拓扑，实现网络分层可视，业务SLA实时监控，配置自动下发；通14本章主要介绍华为智能矿山融合IP工业网解决方案的几个关键技术：网络切片、智能选路、随流检测、Wi-Fi6覆盖、本质安全。煤矿网络，综合承载远控、视频、定位、通信等业务，虽然节省成本、方便运维，但是可能带来业务间相互影响，尤其远控业务，通信指令需要确定性，而视频业务数据量大，又容易突发，频繁挤占带宽。通过网络切片技术，可以保障远控业务的确定性网络切片是通过网络资源预留的方式，实现业务隔离的一种网络虚拟化技术。我们经多，城市道路变得拥堵不堪，为了缓解交通拥堵，交通部门需要根据不同的车辆类型、运营方式进行车道划分和车流量管理，比如设置快速公交通道、非机动车专用通道等。网络亦是如此，通信网络也对网络实行“车道网络切片是指在同一个共享的网络基础设施上提供多个逻辑网络（切片每个逻辑网络服务于特定的业务类型。每个网络切片都可以灵活定义自己的逻辑拓扑，SLA（ServiceLevelAgreement，服务水平协议）需求、可靠性和安全等级，以满足不同业务的差异化需求，从而根据业务需求进行资源预留。资源预留技术是网络切片提供差异化SLA保障的关键。资源预留技术将物理网络中的转发资源划分为相互隔离的多份资源，分别提供给不同的网络切片使用，保证网络切片内有满足业务需求的可用资源，同时避免或者控制不同网络切片之间的资源竞争与抢占。网络切片中常用的资源预留技术，包括FlexE接口和信道化子接口。实际部署时，可基于不同的业务诉求选择合适的资源预留lFlexE（FlexibleEthernet，灵活以太）技术通过把物理接口资源按时隙池化，在现对接口资源的灵活、精细化管理。每个FlexE接口之间带宽资源严格隔离，等同于物理口。FlexE接口相互之间的时延干扰极小，可提供超低时延。l信道化子接口采用子接口模型，结合HQoS（HierarchicalQualityofService，分层服务质量）机制，通过为网络切片配置独立的信道化子接口实现带宽的灵活分配，每个网络切片独占带宽和调度树，为切片业务提供资源预留。信道化子接口相当于设备为每个网络切片划分独立“车道”，不同网络切片的“车道”之间是实线，业务流量在传输过程中不能并线变换“车道”，从而确保不同切片的业务在设备内可以严格隔离，有效避免流量突FlexE接口和信道化子接口相比，在硬件层面做了时分复用，具有更好的隔离效果。信道化子接口在转发层面是隔离的，但物理出口是共享的，所以FlexE接口在保证业务时延和抖动上，具有更好的效果。一般在其他切片拥塞情况下，FlexE接口下的业务最大抖动可以控制在10us以内，信道化子接口下的业务最大抖动控制在100us以内。FlexE技术对IP设备自身能力要求较高，FlexE切片最小带宽粒度为1G；而信道化子接口应用相对简单，信道化子接口可实现1M带宽粒度的切片。通过构筑端到端切片网络，可以实现不同业务统一承载，并对不同业务进行精细化管理，实现矿山业务“一网打尽、一切到底”，如图3-1所示。在综采面远控场景，从业务角度来看，既需要部署大量摄像头做监控，又需要保障远控指令不受视频突发的影响，两个业务一个是大带宽、高突发诉求，另一个是低时延、高可靠诉求。通过在一张网上部署两个切片，一个承载视频监控业务，另一个承载采煤远控业务，可实现二者业务流量转发过程中物理隔离，视频监控的流量突发，不会对远控业务产生影响。煤矿井下环境恶劣，光纤在部署和设备运行中容易故障，比如井下安装拉扯、车辆剐蹭等情况都可能造成光纤损伤。当链路质量差，时通时断，会严重影响远控业务的可靠性。SRv6提供了智能选路的能力，提高业务可靠性，减SRv6简单来讲即SR（SegmentRouting，段路由）+IPv6，是新一代IP承载协议。其采用现有的IPv6转发技术，通过灵活的IPv6扩展头，实SR的核心思想是将报文转发路径切割为不同的分段，并在路径头节点往报文中插入分段信息，中间节点只需要按照报文里携带的分段信息转发即可。这样的路径分段，l面向业务的网络可编程，SID不仅可以指示网元节点或链路，还可以指示业务功l可靠性高，SRv6的TI-LFA机制，实现IGP域内任意拓扑任意故障的本地快路由，提供小于50ms的故障恢复性能。l协议简化、弹性扩展，SRv6的段ID采用IPv6地址格式，当井下光纤损伤，可靠性较低时，整体网络除了提供对于重要的业务，比如采煤机，掘进机，液压支架等设备的远程控制，应该有更智能的手段去保障。整体网络通过SDN控制器进行业务路经规划和管理，使用SRv6技术，在IPv6扩展头中添加业务节点，形成SRv6路径；当检测到业务通信质量开始劣化，就及时调整路径，保证远控类业务的可靠性和连续性。如图3-2所示。煤矿井下环境复杂，故障排查费时费力，人员上下井一次，在途时间就要2~3个小时；同时，井下通信故障后，没有很好的定位手段确认故障点，故障恢复时间长。基于IFIT技术，可以实现流量精准画像，获得真实的业务质量情况。在远程控制等场景下，了解网络质量，提前进行故障排查和处理；当存在任意报文丢包时，能准确感IFIT（In-situFlowInformationTelemetry，随流检测）是一种通过对网络真实业务流进行特征标记，以直接检测网络的时延、丢包、抖动等性能指标的检测技术。相对尤其适用于高可靠业务的质量保证和快速定位。如图3-3所示。智能运维系统通过真实业务的异常主动感知、故障自动定界、故障快速定位和故障自愈恢复等环节，构建一个自动化的正向循环，适应复杂多变的网络环境。IFIT与Telemetry（Telemetry，遥感勘测）、大数据分析以及智能算法这四大技术相结合，可共同构建智能运维系统。基于IFIT构建闭环的智能运维系统如图3-4所示。19从上述过程中可以看出，在整体智能运维系统中，IFIT根据网络质量实现从端到端法分析的数据来源，也是实现智能运维系统故障精准定界定位和故障快速自愈能力的基石。除了IFIT随流检测以及Telemetry高速采集外，大数据平台通过秒级查询、高效处理海量IFIT检测数据的能力，并且单节点故障不会导致数据丢失，保障数据高效可靠地分析转化；智能算法支持将质差事件聚类为网络群障（即计算同一周期内质差业务流的路径相似度，将达到算法阈值的质差业务流视为由同一故障导致，从而定位公共故障点识别准确率达90%以上，可以提升运维效率，有效减少业务受损时间。通过IFIT等四大技术共同保障智能运维系统闭环，推进智能运维方案优化，可以很好地适应未来网络的演进。203.4Wi-Fi6覆盖在矿山生产无人化、少人化的大趋势下，煤矿智能化终端越来越多，光纤部署复杂、难度大、易损坏，希望减少线缆；同时为了井下保障人员安全，要精确定位井下人员位置，所以，对无线通信和高精确人员定位的诉求越来越强烈，需要有一个全覆盖的Wi-Fi6是下一代802.11ax标准的简称。Wi-Fi6继承了Wi-Fi5（802.11ac）的特lOFDMA频分复用技术：OFDMA是通过将整个信道资源划分成多个子载波（也可称为子信道子载波又按不同RU类型被分成若干组，每个用户可以占用一组或多组RU以满足不同带宽需求的业务。RU数量越多l上/下行MU-MIMO技术：MU-MIMO使用信道的空间分集来在相同带宽上发送独立的数据流，与OFDMA不同，所有用户都使用全部带宽，从而带来多路复用增益。实现同一时刻AP与多个终端之间同时传输数据，大大提升了吞吐量。Wi-Fi6标准允许OFDMA与MU-MIMO同时使用，但OFDMA与MU-MIMO技术是有区别的。OFDMA支持多用户通过细分信道（子信道）来提高并发效率；MU-MIMO支持多用户通过使用不同的空间流来提高吞吐量。l更高阶的调制技术(1024-QAM)：Wi-Fi5采用的256-QAM正交幅度调制，每个符号传输8bit数据（2^8=256Wi-Fi6采用1024-QAM正交幅度调制，每个符号位传输10bit数据（2^10=1024）。从8到10提升了25%，也就是相对于Wi-Fi5来说，Wi-Fi6的单条空间流数据吞吐量又提高了25%。Wi-Fi6带来更大的覆盖范围和带宽，以实现AP和UWB基站同覆盖；大容量、高可靠的Wi-Fi6无线网络和高精度UWB定位系统结合，实现无线数据通信系统和高精度人员定位系统，共电源、共传输、共站址，减少运维设备数量，减少故障点，满足井下人员定位、巡检机器人、单兵装备、井下打车等井下智能化应用的网络诉求，如图3-5所示。煤矿井下在采煤过程中，经常会伴生瓦斯等可燃气体，所以，所有在煤矿井下应用的电气设备具备防爆能力，避免设备产生的电火花、电弧及高温造成爆炸、火灾等严重l隔爆型：是隔离存在的点火源，在设备正常运行时，将能产生引爆源的部件放入隔爆外壳体内，隔爆外壳能承受内部的爆炸压力而不致损伤，并能防止爆炸传播l本质安全型：是限制点火源的能量，通过相关技术限制电路能量，使电气设备中因为隔爆型和本质安全型的技术差异，对应设备的具体形态也有差异，总体上说，隔爆产品比较笨重，安装、搬迁困难；日常维护，断电才能开箱；部署位置受限，比如回风等场所不能使用。本安产品重量轻，安装、搬迁方便；可带电开箱操作，运维方对于井下整体网络来说，主干节点要求功能丰富、端口多，且设备部署在硐室，硐室环境较好，有较大的空间和良好的供电，以及稳定的硐室环境，所以主干节点一般采用隔爆设备；接入节点对端口数量要求不高，但是会部署在工作面、巷道等环境恶劣22的地方，建议采用本安款型，有更好的安全性和可运维性。有线接入，建议选择万兆接入本安路由器，可实现端到端切片和5G边缘接入，建议采用千兆本安Wi-Fi6AP，巷道内800米覆盖，覆盖范围内带宽不小于100Mbps，满足移动业务诉求，和本安UWB基站结合，形成一体化综合分站，进行23方案应用华为智能矿山融合IP工业网解决方案，已在多个省市，多家煤矿落地，本章主要介绍该方案在山西S煤矿、山西X煤矿、山东N煤矿和安徽Z煤矿的成功应用，主要从业务挑战、解决方案以及方案价值几个维度进行介4.1山西S煤矿：NetEngine打造智能矿控、设备管控、GIS一张图”五个方面建设，以实现“安全生产和减人提效”的长期24方案应用山西S煤矿现用环网建于2008年，主干采用千兆断增加，带宽流量越来越大，同时为了煤矿生产智能化建设，实现井下无人少程控制，就需要在煤矿井下部署大带宽、低延时、高可靠的网络。原有网络主要面临l网络可靠性低，远控业务缺乏保障：井下环境恶劣，光纤可靠性不足；当前的二层环网容易出现环路，导致广播风暴，长时间影响业务；业务质量未知，不确定l网络带宽小，且不支持5G业务承载：传统环网采用二层网络技术，只的二层打通，不满足5G承载的要求；同时现有千兆环网带宽也不满足未来智能l运维定位困难：多环网独立维护，运维压力大；故障处理，事件触发，没有手段监控网络状态；网管功能弱，发生故障逐段排查，很难定界，井下问题定位耗时在业务发展过程中，针对煤矿智能化发展中的网络挑战，针对性地采用华为推出的智能矿山融合IP工业网解决方案，采用SDN架构，使用路由器构建超宽的井下生产环网，主干网络带宽50Gbps，可保障5~10年井下各类高清视频的回传所需的带宽。为了实现业务隔离和高可靠，智能矿山融合IP工业网解决方案采用SRv6、切片等“IPv6+”技术，为煤矿生产提供可靠、高效的联接，实现井下业务的可靠通信。方案架构如图4-1所示。25方案应用l超宽承载：通过NetEngine8000M6/M8构建一张井下井上50GE主干环网，实现井下业务自动化、智能化、无人化，各类智能应用持续发展。另外，智能矿山融合IP工业网解决方案支持5G基站26方案应用lSRv6统一承载，切片保障业务：SRv6是“IPv6+”的基础承载技术，支持业务路径调优、切片等能力，是5G承载的标准配置之一，和5G基站有成熟的同步机制和保护方案，可发挥5G最大的优势。同时，采用EVPN+SRv6，兼容井下二层和三层业务，统一承载。可实现最优路径转发，并基于实时SLA监控，路径自动调整，保证远程操控等重要业务的丢包、时延、抖动等业务质量。并通过lSDN架构，可管可视：iMasterNCE管控析平台+随流检测技术实现业务配置自动下发，业务质量实时可视，网络故障快速定位。工作人员不仅可以从网管大屏上看到井下网络设备的利用率，以及各种告警信息，还可以实时看到各种煤矿业务的时延、丢包、抖动的情况，全网状态一目了然。一旦业务的传输质量下降，工作人员还可以进行预测性的分析维护，分钟级定位网络故障，大大提升了网络50GE/100GE超宽环网，支持5G等新技术承载，满足智能化建设日益增长的带网络切片实现业务安全隔离；SRv6路径基于业务l智能运维，效率提升30%管-控-析一体，图形化管理，简单易维；随流检测，故障精确定位，业务质量可27方案应用4.2山西X煤矿：OptiXPTN综合承载使山西X煤矿作为煤炭行业无人化和智能化建设的积极响应者，提早规划建设国内5G+智能化煤矿，实现了井下部分工作的可视化、自动化、少人化。l井下多张网络并存，维护点多、成本高。目前井下有综合监控系统网络、一钻一视频网络、EPON视频网络、漏话通信网络等多张物理网络，每个更新、安全保障都需要相应的人力物力财力的投入，出现故障不便排查和维修，l原有井下工业环网不支持5G。原有二层环网采用二层网络技术，只是做数据的二层打通，不满足5G承载的要求，且容易产生网络风暴，l不支持高清视频等更大带宽应用和业务发展诉求。随着煤矿的数字化建设和智能化升级，需要传输的数据量也越来越大，现有网络不满足5G业务和其他智能化针对山西X煤矿智能化发展中面临的业务挑战，华为推出了智能矿山融合I解决方案，为煤矿生产提供高效连接，让井下生产端的数据上的去，让数据端的智能下的来，其方案架构如图4-2所示。28方案应用l50GE超宽环网，满足未来5年网络需求，并支持向100GE平滑演进。整体网络分为一个井上50GE的SPN工业环、两个井下50GE的SPN工业环。网络按照“一张网”要求进行规划，综合承载不同业务（有标准或特殊规定需要物理隔离lSPN综合承载，实现多网合一。通过网络严格隔离的逻辑平面。可以保障工业控制、语音通信等时延敏感业务流量不受其l支持5G承载。SPN是中国移动提出的面向5G承载的创新传送网技术，并在中国移动5G建网中大规模商用，方案成熟度高，且会随数据通信行业发展持续演29方案应用l通过随流检测技术，实现网络的管理。基于SDN架构，引入了随流检测技术，网络的健康度、业务流量的传输质量都可以在集控中心的大屏上看得清清楚楚。一旦业务的传输质量发生劣化，工作人员还可以进行预测性的分析维护，分钟级定位网络故障位置，无需运维人员下井逐一插拔光模块查找问题，极大地提升了l超宽环网兼容现网，平滑升级：支持煤矿现有工业以太环网接入，保护客户投资。l面向未来统一规划，节省建网成本：1GbpsFlexE切片粒度，5倍于业界精细度；FlexE一网多平面，承载5G、视频监控、生产控制等多种业务，安全隔离，节省建网成本，真正实现“一张网”，解决多张网络带来的维护困难、升级困难等问l成熟的5G承载技术：在运营商获得大规模商l业务可靠性高，运维更高效：简化网络架构，多业务严格隔离，可靠性高，运维器，万兆到工作面山东N煤矿通过新的网络和生产技术，对煤矿进行智能化升级改造。他们坚持以点30方案应用l工作面带宽不足：人工智能实现井下少人无人，井下综采面和掘进面需要高清摄像头的大规模部署，但是井下网络带宽的压力越来越大，比如工作面全景视频，l接入设备本安化：煤矿井下防爆类型中，本质安全型防爆安全性最好，隔爆款型设备笨重安装难。在接入侧需要设备本安化l网络运维困难：智能化应用的增加推动网络规模持续扩张，井下多厂商设备分割承载；传统网络管理手段单一，故障定位手段欠缺，运维人员只能依赖告警和业决方案，首先在试点工作面为，依托智能化升级改造人工干预控制为辅”的中厚煤层智能化开采方式，部署全景化视频监控系统，承载综采面摄像头，直观监控现场作业环境，加大安全隐患排查力度，对生产进行实时监督考虑到井下面临瓦斯、一氧化碳等易燃易爆物的风险，山东N煤矿应用万兆本安路从接入路由器到主干路由器开通端到端切片，统一承载监控视频、移动通信、人员定位等业务，解决井下系统多、网络结构复杂，业务混杂无保障的难题，为井下多元数据融合，安全生产提供支撑。山东N煤矿综采工作面架构如图4-3所示。方案应用l井下综采面摄像机，以及机电设备通过万兆本安路由器接入主干环网，并通过井上的核心节点与矿山调度中心形成传输链路，将摄像机监控到的数据信息传输至l井下50GE主干环网由NetEngine系列路由器组成，既满足上行大带宽，又可通过网络切片技术，实现井下多业务高质量综合承载，主要包括井下远程控制、通信定位、视频监控、5G等业务。liMasterNCE对井下主干设备和接入本安设备进行统一管理，对于三方设备也可以基于SNMP纳管，实现全网拓扑统一可视；并对井下网络状态统一监控，对32方案应用l支持网络切片，引领矿山建网标准。支持端到端网络切片，业务严格隔离，一网l具备5G基站承载能力。支持SyncE（同步以太网）和IEEE1588v2（精准时钟l智能运维，提高运维效率。井下硐室主干设备、巷道本安设备、三方设备统一管4.4安徽Z煤矿：Wi-Fi6全覆盖，通信实安徽Z煤矿要求实现井下无线通信全覆盖，以保障井上井l部分区域无通信覆盖，威胁煤矿井下人员安全：井下人员由于违突发异常等情况，造成事故，部分区域无法通信，受伤后可能长时间得不到救援l有线接入成本高，作业不灵活：摄像头、传感器、有线电话等设备，通过有线部l无线接入带宽不足：当前井下摄像头清晰度不够，且数量有限，接入带宽制约高l缺少无线网络全覆盖：需要部署移动网络支撑机器人巡检、人员定位等新型移动33方案应用针对安徽Z煤矿智能化发展中面临的业务挑战，华为推出了智能解决方案，为煤矿生产提供高效无线连接。在安徽Z煤矿部署1XXX台Wi-Fi6AP，实现整座矿山关键区域100%Wi-Fi6覆盖，加强对环境的全面监控，使能安全煤矿安全生产。其方案架构如图4-4所示。通过Wi-Fi6AP构建井下无线网络，在巷道、硐室进行部署，通过现有井下环网做数据回传。考虑到大部分井下环境为长条形巷道，AP基站之间做不大于5方便设备部署。井下WLAN网络承载巡检、移动终端视频回传业务，支持有轨电机车、单轨吊、巡检机器人等数据的回传。UWB定位系统跟Wi-Fi6AP融合部署，实l单兵装备Wi-Fi接入：智能头盔、手机终端、手持巡检设备，随时随地接入网络。34方案应用l巡检机器人Wi-Fi接入：机器人巡检，无缝漫游，数据回传不卡顿。l数据回传Wi-Fi接入：摄像头/传感器监控数据，人员移动通话，业务流畅。l无线网络全覆盖，通信实时可达：关键区域（除回风巷外的）Wi-Fi全覆盖，井lUWB共站部署，总成本降低50%：Wi-Fi6+UWB融合，降低建网投资。l低时延大带宽无线网络，支撑智能化应用：100M边缘速率，满足无线视频、巡检机器人等业务需求；低至20ms的时延以及预漫游技术，帮助有轨电机车、单35本章主要介绍矿山融合IP工业网（煤矿）解决方案的主打产品：NetEngine系列路由器、OptiXPTN系列产品、AirEngine无线局域网系列产品和iMasterNCE网络控制器。5.1NetEngine系列路由器NetEngine系列产品，包含NetEngine8000和NetEngineA800两个系列，NetEngine8000系列产品带宽大、端口数量和种类多、特性丰富。在煤矿场景，建议井上核心选用NetEngine8000M8；井下基于业务诉求，选用NetEngine8000M6、NetEngine8000M1D-B、NetEngine8000M1C、NetEngine8000M1A，在硐室做主干环节点或汇聚节点；NetEngineA800系列产品中的NetEngineA831E是万兆本安款型，NetEngineA812E-S是千兆本安款型，体积小、重量轻，可以做接36NetEngine8000系列NetEngine8000系列路由器是华为公司推出的新一代高端景智能路由器产品，构建架构极简、智能联接和高可靠的智简IP承载网。NetEngine8000系列具备超宽的网络平台、基于SRv6的智能联接、全生命周期自动化三类型和高可靠的SLA质量，是企业客户数字化转型的最佳选择。华为智能矿山融合IP工业网解决方案中主要使用的NetEngine8000系列款型如图5-1所示。图5-1NetEngine8000系列NetEngine8000系列路由器具有如下优势和价值：超宽的融合承载平台，最大14.4T/slot，领先业界1.5倍以上，满足客户全场景、大容量业务接入需求，一网满足全业务融合承载，且支持设备向更大进。高密大容量和紧凑插卡盒式设备，满足客户需求的同时，极大节SRv6是面向未来的新一代极简协议，天然支持IPv6，满足海量地址空间接入；可以标识应用，实现时延、带宽等智能选路，保障协议，简化了配置。并通过iMasterNCE实现业务分钟级自动开通。37基于iMasterNCE+IFIT的精准随流检测，业务质量实时可视，分钟级快速故障NetEngine8000提供完善的网络切片功能，具有良好的网络资源分配能力，提NetEngine8000支持IPv6路由协议，包括静态路由、OSPFv3、IS-ISv6、BGP4+等协议，支持IPv6终端的接入、IPv6访问控制列表和基于IPv6的策略路NetEngine8000还支持IPv4和IPv6双协议栈和IPv4/IPv6过渡技术，解决IPv6与IPv4之间的互通及IPv6孤岛之间的互通，增强网络的可扩展NetEngineA800本安系列NetEngineA831E/A812E-S面向矿业能源推出的万兆/千兆本安路由器，NetEngineA831E支持高达41Gbps的端口容量，支持10GE、GE和FE接口，NetEngineA812E-S支持高达14Gbps的端口容量，支持GE和FE接口，灵活适配各种业务；无风扇、自然散热，配合本安箱保证业务安全，大幅降低投资成本。同时支持SRv6、网络切片、IFIT、Telemetry等丰富特性。NetEngineA800系列本安路由器如图5-238图5-2NetEngineA800本安系列NetEngineA800本安系列路由器具有如下优势和价值：即插即用，业务自动部署；网络切片使能多业务一智能监测，网络服务质量可视，生产稳定可靠；一键运维，随流395.2OptiXPTN系列产品OptiXPTN900系列产品中，建议井上核心选用PTN990E，井下基于业务诉求，选用PTN980、PTN970C、PTN917-F，在硐室做主干环节点或汇聚节点，这些产品带宽大、端口和端口种类多、特性丰富；PTN91A-F是万兆本安款型，体积小、重量OptiXPTN900系列华为OptiXPTN900系列产品是面向分组传送的简易运维。PTN900系列具有全媒介接入、全媒介同步、全媒介管理等功能，可组建提高业务部署和网络运维效率。OptiXPTN900系列产品如图5-3所示。图5-3OptiXPTN900系列40路由协议，支持明/密文认证，具备快速收敛功能，保证在复杂路由环境下安全L2VPN、L3VPN业务，支持TE（TrafficEngineering）部署，支持灵活QinQ，强大的可扩展组播能力，支持丰富的IPv4/IPv6组播协议，包括SSM、IGMPv3，IGMPSnooping等特性，可以灵活承载IPTV等视频业务，可以满足各种规模的提供完善的网络切片功能，具有良好的网络资源分配能力，提供面向支持IPv6路由协议，包括静态路由、IS-ISv6等协议，支持IPv6访问控制列表和OptiXPTN91A-FOptiXPTN91A-F面向矿业能源推出的万兆本安路由器，可支持3*10GE光口，7*GE光口，4*GE电口，灵活适配各种业务；无风扇、自然散热，配合本安箱保证业务安全，大幅降低投资成本。同时支持网络切片、IFIT等丰富特性。OptiXPTN91A-F如图5-4所示。41图5-4OptiXPTN91A-FOptiXPTN91A-F具有如下优势和价值：l强大的业务承载能力，适应传统的接入需求和新兴的业务需求，满足多业务融合l全方位可靠性解决方案，从多个层面提供可靠性保护，包括设备级、网络级、业务级可靠性，形成了面向整个网络的解决方案，满足企业对各种业务的可靠性需求，99.999％的系统可用性是构筑企业业务可靠互联的基石。l高精度时钟解决方案，IEEE1588v2是网络测量和控制系统的精密时钟同步协议支撑大规模组网。外部时钟源可通过设置优先l智能网络控制器NCE，实现全网的实时可视化感知和全生命周期自动化；基于NCE+IFIT的精准随流检测，业务质量实时可视，分钟级快速故障定位。425.3AirEngine无线局域网AirEngine9700-M1是WLAN网络的控制器，通过控制器对AP进行管理，包括地址分配、配置、漫游等内容，部署于井上网络中心；AirEngine5761-11EI是本安型AP，替代前期隔爆款型AirEngine6760R-51E，具有更小的体积、更轻的重量，和更好的AirEngine5761-11EIAirEngine5761-11EI是华为发布的支持Wi-Fi6（802.11ax）标准的本安（本质安全）AP，如图5-5所示。支持2.4GHz（2x2）和5GHz（2x2）双频同时提供业务，整机 速率可达1.775Gbps。满足本质安全标准，具备电气防爆能力，工业级设计，高可靠，图5-5AirEngine5761-11EIAirEngine5761-11EI具有如下优势和价值：lWi-Fi6（11ax）标准802.11ax作为IEEE802.11最新一代Wi-Fi标准，可提升高密接入场景下用户接43支持2.4GHz和5GHz双频MU-MIMO，实现AP同一时刻向多个终端发送数据，支持1024QAM调制，数据传输效率相比802.11ac（256QAM）提升25%；支持OFDMA技术，在同一时刻利用不同的子载波向多个终端传输数据，减少延支持空间复用技术，通过BSS着色机制（BSScoloring）使AP和终端可以区分支持目标唤醒时间（Targetwaketime）机制，允许AP与终端之间协商休眠和唤醒时间，减少终端之间的冲突和不必要的唤醒次数，节省终端电l多入多出技术（MU-MIMO）支持MU-MIMO技术，最多支持4条空间流：2.4GHz频段支持2条空间流，5GHz频段支持2条空间流，MU-MIMO技术可实现AP同一时刻向多个终端发送数据，无线频谱资源利用率成倍提升，提高了接入用户数和带宽，全新的1024QAM调制、更多的子载波、更高效的Symbol调度等技术使得2.4GHz射频速率可达0.575Gbps，5GHz射频速率可达1.2Gbps，整机速率高达1.775Gbps。合法AP、非法AP以及非Wi-Fi形成的干射功率和信道，以保证网络处于最佳的性能状态，提升网络的可靠性和用户体验。AirEngine9700-M1AirEngine9700-M1是华为面向中大型网络推出的无线接入控制器，如图5-6所示。AirEngine9700-M1最大可管理2048AP，转发能力120Gbps。可灵活配置无线接44入点的管理数量。配合华为全系列802.11n/802.11ac/802.11ax无线接入点，可组建图5-6AirEngine9700-M1AirE