智慧矿山中无线网络节点部署方案研究

2019-12-26王凤舞

世界有色金属 2019年18期

王凤舞

（甘肃省定西市临洮农业学校，甘肃定西 730500）

1 智慧矿山中无线网络节点部署方案

1.1 无线Mesh网络AP及网关部署模型

智慧矿山的无线Mesh通信网络对匹配着一个极其复杂的网络拓扑结构，该拓扑结构可以用G(V,E)代表，网络内所有客户端的节点组建的点集设为V(G)。当任意节点的vi与vj间的距离小于客户端通信半径r时，用dist(vi,vj)＜r表示，两节点在定义上划分为邻接节点，即e(vi,vj)∈E(G)代表邻接节点间的距离权重为1，也可以称自为邻接节点间的一跳链接，E(G)则代表网络图所有节点的数据集合，以公式（1）表示：

普通AP节点的选择主要是按照矿山中各个工作区域内的人口流动量、客户端访问量、数据流量以及总人口统计等指标来确定[2]。由于AP主要为客户提供终端接入服的，因而其部署位置必须尽量靠近矿山的热点区域，即人口密集区，使工作人员可以随时对网络进行访问。为此，下面假设AP节点的组成即代表一个随机网络。

一般情况下，无线网络需要为客户端节点安装网关为其提供网络服务，客户端节点会选取其距离最近的网关作为其服务网关。假定在规模为n的网络G中设定K个网关节点，K的邻近矩阵用A=(eij)n×n表示，最短距离用D=(dij)n×n表示，dij则代表网关节点从vi路由至vj路由所需的最少跳数，最短距离可用Floyd算法获得。节点vi选取网关uj作为其服务网关的情况下，就必须满足公式（2）：

此时，代表vi涵盖在网关uj的服务集合uj中，即vi∈Uj。uj和服务集Uj中网关节点间的最大距离设为

即代表网关uj的全覆盖半径，也称之为AP节点至网关节点集合的最长路径。网关节点集合的全覆盖半径作为网关部署的重要指标之一，全覆盖半径越小，其通信水平就越高。所以，无线Mesh网络节点部署的优化目标设为网关节点集合的全覆盖半径最小，即路径长度最大，其模型为公式（3）所示：

公式（3）中，R2代表网络所处的二维平面。

1.2 核心网设计

核心网的设计，主要内容包括核心网设备、网络仪器、网管平台以及智慧矿山的有关组建系统。核心网设备主要用于命令的发出和控制，且可以实现对数据的集中管理。利用与用户的有效连接，完成对网络的整体管理。网管平台主要用于对终端设备以及无线基站的基础配置。利用核心网平台，能够实现对矿山系统的有关组织管理、故障维修以及性能管理等诸多功能。终端利用无线频段，可以接入无线基站，再通过光纤导入核心网内交换机，进而实现核心网装备的全面管理。

1.3 无线基站设计

无线基站作为LTE无线网络专网的重要构建部分，其中包括eBBU、网络天线以及eRRU等设备。利用数据网络的结合，简称无线基站。

在实施过程中，借助多个设备的有机结合，能够实现网络的接入控制、用户信息的存储、无线资源的管理、移动网络的控制、终端接口的管理以及无线接入等功能。

eBBU主要作用是利用光纤传输，将有效数据接入核心网内；eRRU与网络天线设置在室外高处，能够实现对无线的全面覆盖。

1.4 移动节点优化

无线网络节点部署方案的部署原则是：在无线基站周遭区域之间的各个节点的设置距离要比较短，而距离无线基站距离比较远的节点，其设置就会相对平常，不过任何两个节点之间的距离都必须小于2倍的感知半径（即2r）。优化方案是，假设无线网络主要是由固定的和移动的网络节点一同组成，将这种无线节点利用随机方法部署在二维平面上，就必须在监测的区域内，对其进行监督管理。而通过节点部署模型可以了解到，这种节点部署方法对局部目标区域内所出现的网络节点会产生一定影响，造成网络节点的分布过于密集或疏散，这种情况的发生就会导致网络覆盖质量的下降，且网络连接比较差，还极易出现节点工作的不平衡负载。而通过节点感知模型的具体所在位置，对无线网络进行随机部署，就可以对将要进行观测的区域进行网络的全面覆盖，进而保证网络可以实现良好连接。