29基于WIFI技术的井下无线调度通信系统的实现方案

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ⅥＦＩ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ＷｉＦｉ无线技术与ＶｏＩＰ技术结合以实现井下无线调度通信系统的方案。在分析８０２．１１ｂ协议的结构、ＷｉＦｉ和ＶｏＩＰ技术的原理的基础上，确定ＳＩＰ作为实现ＶｏＩＰ的标准，并对ＩＰ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ＷｉＦｉ的井下无线调度通信系统，提出了ＦＩＴＡＰ的井下ＡＰ组网方案；在对ＩＰＰＢｘ系统的组成和调度系统的架构进行分析的基础上，提出了ＩＰ调度系统的实现方案。最后对、矾Ｆｉ井下无线调度通信系统方案实施效果进行了检验，对井下ＷｉＦｉ无线网络、ＶｏＩＰ的通话功能、ＩＰＰＢｘ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：ＷｉＦｉ技术；ＶｏＩＰ技术；井下无线调度通信系统研究类型：应用研究Ｓｕｂｊｅｃｔ：ｌｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｃｈｅｍｅｏｆＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓＳｃｈｅｄｕｌｉｎｇＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＷＩＦＩＴｅｃｈｎｏｌｏ科ＳｐｅｃｉａＩ锣：ＮａｍｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｚｈｅｎ：Ｈｏｕ（Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）（Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）（Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）Ｉｎｓｔｒｕｃｔｏｒ：ＬｉＢａｉｐｉｎｇＬｉｕＣｈｕｎＩｏｎｇＡＢＳＴＲＡＣＴＣｏａｌｉｓｉｓｏｒｌｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｎｅ理黟ｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙａＩｌｄｎ’ｓｓｅｃｕｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｗｉｔｈｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｂｅｉｎｇｐａｉｄｏｆｔｏｓａｆｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｎｃｏａｌｅｎｔｅ印ｒｉｓｅｓａＨｌｄⅡｌｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｄｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔｍｉｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉⅢ．ｏｎｎａｔｉｏｎａｌ趾ｄａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｔｅｃｌｕｌｏｌｏｇｙ，Ｅｔｈｅｒｎｅｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈ邪ｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｔｏｕｎｄｅ玛ｒｏｕｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．ＮｅｗｔｙｐｅｓｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｔｅｃｌｌＩｌｏｌｏｇｙｓｅⅣｅｃｏａｌｍｉＩｌｅｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅ．ＴｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｃｏｍｍｕｌｌｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎｃｏａｌｍｉｎｅｂｅｃｏｍｅｓｕｒｇｅｎｔｎｅｅｄａＩｌｄｔｈｅｓｔａ］匝Ｂａｓｅｄｏｎｔｏａｃｌｌｉｅｖｅｓｅｃ嘶ｔｙｏｆｃｏａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｍｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｍａｎａｇｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｍｅｐ印ｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓｉｔｓｉｍｐｌｅｍｅｎ协ｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｃｏｍｂｉｎｉｎｇＷｉＦｉａｎｄ、，ｏＩＰｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆ锄ｌｙｚｉｎｇｔｌｌｅｃｏｎｓｔｎＪｃｔｉｏｎｏｆ８０２．１１ｂｐｒｏｔｏｃｏｌａＩｌｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＷｉＦｉａｎｄ、ｂＩＰ，ｔｈｅＳＩＰｉｓｕｓｅｄａｓｓｔａｌｌｄａｒｄｆｏｒｔｈｅａｃｌｌｉｅＶｅｍｅｎｔｏｆ、，ｏＩＰａＩｌｄｔｌｌｅｃｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎｏｆＩＰｔｅｌｅｐｈｏｎｅｄｉｓｐａｔｃｌｌｉｎｇｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓａ１１ａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．ＢａＳｅｄｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｇｏａｌｓｏｆｔｈｅＳｙｓｔｅＩｎ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｌｌＩｌｄｅｒ铲ｏｕｎｄｗｉｒｅｌｅｓｓｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄＡｉｍｉｎｇａｔａＩｌｄ锄ａｌｙｚｅｄｂｙａｎｄｌａｙｅｒ．ｔｈｅｃｕｒｒｅｍｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｅｔｈｅｍｅｔｏｆＺｈａｏ?Ｌｏｕｃｏａｌｉｒｌｄｕｓｔｒｙ，ｔ：ｈｅｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓ肌ｌｕｌｄｅ唱，ｏｌｌｒｌｄｗｉｒｅｌｅｓｓｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｃｏｍｍ堋ｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＷｉＦｉｐｒｏｐｏｓｅｓ觚ｕｎｄｅｒ｜印ｕｎｄｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅ仔锄ｅ、ＶｏｒｋｕＩｌｄｅｒｇｒｏｕｎｄｗｉｒｅｌｅｓｓＡＰｎｅｔ、ⅣｏｒｋｉｎｇｓｃｈｅｍｅｏｆＦＩＴＡＰ：ＡＲｅｒｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＩＰＰＢＸｏｆｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｐ印ｅｒｍａ｜（ｅｓｏｎａｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｌａＩｌｏｆＩＰｏｆｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．ＡｔｌａＳｔ，ｗｅｍａｋｅｓｏｍｅｔｅｓｔｓｔｈｅｅ航ｃｔｓＷｉＦｉｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｃｏｍｍｕｍｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅＷｉＦｉｗｉｒｅｌｅｓｓｓｙｓｔｅｍ，ｃａｌｌａｒｅ如Ｉｌｃｔｉｏｎｏｆ、，ｏＩＰａｒｌｄｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ向ｎｃｔｉｏｎｏｆＩＰＰＢＸｓｙｓｔｅｍａｌｓｏｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｃｃｏｒｄ谢ｔｈｏｕｒｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｉｍｓａＩｌｄｔｈｅｆｈｎｃｔｉｏｎｓｍｅｅｔｍｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｏｕｒｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＷｉＦｉｔｅｃｌｌｎｏｌｏｇｙＶｏＩＰｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ啪ｄｅｒｇｒｏｕＩｌｄｗｉｒｅｌｅｓｓｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ１ｙｐｅｏｆＴｈｅｓｉｓ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔｕｄｙ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Ｔ作及其取得研究成果。尽我所知，除了文『｛ｌ加以标注和致谢的地方外，论文?ｌ，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ＪｆＪ过的材料。与我。‘同－Ｔ作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文ｔｌ｜做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者舭像中吼ｃ，夕．石，旷１绪论１绪论１．１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。１．２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、ＷｉＦｉ技术。１．２．１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：（１）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。（２）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。（３）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３０ｍ的范围内，并且耦合技术复杂，漏泄电缆架设要求高。１．２．２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ＰＥＤ（ＰｅｒｓｏｎａｌＥｍｅｒ－ｇｅｎｃｙＤｅｖｉｃｅ）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ＰＥＤ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ＰＥＤ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：（１）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。（２）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５０Ｈｚ工频干扰对特低频透地通信干扰严重。（３）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。（４）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２１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。１．２．３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ＰＨＳ（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