房少宗 高 明

（1.山东矿业管理服务集团有限公司，山东 泰安 271000；2.山东新巨龙能源有限责任公司，山东 菏泽 274000）

1 系统介绍

1.1 无线局域网WLAN

无线局域网WLAN是20世纪90年代计算机与无线通信技术结合的产物，是以无线信道为传输媒介来实现短距离内无线网络通信的计算机局域网。WLAN又被称之为802.11系列标准,以802.11g标准为例,该标准于2003年7月正式批准,占用2.4G自由频段,无需申请频段即可直接使用,采用了传输速率较高的OFDM(正交频分复用)和CCK(补码键控)调制,通信速率最大可达54Mbps。而且,通过规定两种无线调制方式, 使得802.11g成为一种混合标准,既能适应传统的802.11b标准,又能符合802.11a标准。WLAN具有以下技术特点与优势:

（1）灵活。利用电磁波发送和接收数据,通信范围不受环境限制,可拓宽网络传输范围。

（2）便捷。可免去网络布线,组建、配置和维护较容易。

（3）安全。WLAN中所有网络合法用户设备的ID都记录在网管中心,设置数据加密方法,即使信号被盗听也难理解内容。

（4）经济。尽管WLAN硬件投资比有线高,但它减少布线费用,适合需要频繁移动、作业地点多和空间分散、变化的环境。

（5）可扩充性强。可组成多种拓扑结构,支持多种类型的终端设备接入。

（6）容量大。支持2.4GHz频带下13个子信道,每个信道占有22MHz 带宽,同时拥有3个完全独占的子信道,每个子信道内依据11位随机码元对各基站用户编码分址、多用户频道复用。

（7）兼容性强。同国际标准兼容,可和获得Wi-Fi认证的无线产品互操作, 并与Ethernet及Token Ring网络无缝连接。

（8）高移动性。WLAN建成后,只要在AP(Access Point)范围内,配有无线网卡的终端设备可以自由移动,实现随时随地接入。

1.2 系统网络拓扑结构

基于WLAN的矿井综合无线接入系统平台网络由骨干以太网、分支以太网和WLAN无线局域网三部分组成,其网络拓扑结构如图1所示。

图1 网络拓扑图

骨干以太网是由1000M的单模光纤和工业核心交换机组成的工业环网,矿井中所有的信息均通过骨干以太网和地面交换。骨干以太网的基本节点是千兆光交换机，交换机之间由单模光纤沿主要的巷道(主井、辅井和风井)铺设,构成互逆双环自愈的架构。分支以太网由复合电缆和智能无线通信基站(无线接入点)组成,复合电缆的传输介质是

100M的单模光纤。分支以太网通过骨干以太网上的光交换机和骨干以太网互联。分支以太网的基本节点是智能无线通信基站, 各智能无线通信基站之间通过光电复合电缆连接。WLAN接入是智能无线通信基站最重要的功能,它将各种无线终端设备通过WLAN和分支以太网连接,再由分支以太网连接到骨干以太网,形成完整的通信链路来实现无线通信功能。

2 研究内容

2.1 建设开放、高速的矿山无线综合通信系统

利用WLAN的开放、高速等特点，建设矿井统一信息接入平台，解决有线通讯中线路重复投资建设、布线繁琐、开放性差等问题，从而改变目前矿山多种系统线路或无线覆盖区域各自为政、难以维护的实际情况，构建一套集无线语音、视频、设备数据接入控制，甚至矿井移动办公、人员定位等系统为一体的矿山无线综合通信系统。

2.2 实现多个AP多信道桥接

通过WDS(WDS，Wireless Distribution System)技术实现无线AP桥接，增加扩展服务区覆盖范围，减少巷道中通讯线缆的使用量。合理组织桥接线路上的无线AP，分配使用无线信道，降低桥接过程中相邻AP信号覆盖区域相互交叉重叠产生的干扰。

图2 全矿井总体拓扑WDS网络结构图

2.3 无线综合信息接入平台汇接及办公网络整合

在井下根据矿井实际通过AP间的桥接创建多个无线扩展服务区域，每个无线扩展服务区包含一个有线AP（光缆直连）及众多无线AP，覆盖范围从300m（工作面）到2000m（巷道）均可，多个扩展服务区在地面实现汇接，实现同网同段。有效利用矿井现有资源，通过矿井核心三层交换机完成与办公网络路由整合，建立真正的井上下统一接入平台。

2.4 井下巷道传播特性分析

矿井巷道没有室外传播环境开阔，研究井下无线传输受到巷道的截面尺寸、粗糙程度、拐弯、是否存在分支巷道的影响。对于分支巷道的部署，由于弯曲损耗的存在，需要在弯曲处布置AP接入点，直到找到一个可以接受的AP接入点部署设计。巷道AP布置示意图如图3。

2.5 视频子系统工作时的AP部署

研究802.11b+g的AP通过WDS组建的无线局域网的理论带宽及井下实际带宽情况，研究无线视频通信系统中采用H.264/AVC压缩标准的网络摄像头占用的网络带宽情况，对于执行CSMA/CD信令机制的无线局域网来说，合理规划单个扩展服务区中无线视频摄像头的安装个数，确保视频流畅，减少对其他应用接入的影响。

图3 巷道AP布置示意图

3 实施方案

3.1 完成工作面无线视频通信

目前在工作面布置四台无线摄像头，其中三台固定于工作面液压支架上，一台移动检查，无线视频通信既要求多个AP间的覆盖区域有重叠，又要避免多个AP工作于统一通道的情况下产生较大的干扰。目前，经过多次调整，三个固定摄像头所获取动态画面基本能够满足要求，安装完成后通过实际检测通讯过程中丢包率小于在2%，最大网络延时小于280ms，平均延时15ms以内，可满足我矿要求。

3.2 完成工作面无线语音通信

目前工作面语音通讯实验中我们采用了厂方提供的wif i手机，该手机功能较少，非智能机，实验中通话质量优于现在使用的小灵通。现在市场上支持WLAN的中高端智能手机较多，这类手机可利用WIFI /WAPI接入无线网络，实现VOIP通信，如果在此类手机上安装企业QQ则可完成通过手机对手机的井上下人员视频会话，实现调度指挥功能。

3.3 最后工作面数据接入平台完成测试

在完成工作面音视频服务的基础上，通过笔记本完成了工作面无线局域网覆盖情况测试实验，目前已经基本实现了工作面空间内的无线数据的全覆盖。

3.4 工作面WLAN实际网络状况测试

具体测试数据如下：

4 项目实施效果分析

（1）在工作面实现视频、语音的并行无线传输，实现了图像、语音传输的有效结合，不仅可以及时了解现场情况，方便调度，确保工作面高产高效；亦可为矿井应急救援提供图像、语音资料服务；其良好的兼容性亦可为工作面设备提供无线数据接入服务。符合当前矿山应急救援的发展趋势，为今后进行事故原因分析、总结抢险救灾经验教训提供基础资料。

（2）随着无线通信技术的发展，总的趋势是数据速率越来越高，安全性越来越好，服务质量越来越有保证。为以后矿井搭建统一的数据传输平台，改变目前我矿生产中使用的各种监测、监控与通信系统各自为政、开放性差、线路重复投资建设、维护困难等明显缺陷提供支持，同时全国范围内亦具有较好的推广前景。

（3）井上下形成高速无线局域网络，为矿井各种机电设备提供无线接入服务，完成与地面办公网络，互联网络汇接，形成井上下一网，从系统工程角度为建设数字化矿山提供必要的支撑。

（4）井上下采用基于标准协议栈的无线接入，摆脱线缆的束缚，有开放性高、安装周期短、维护方便、扩容能力强等特点。同时组网灵活，维护费用低，可根据矿井需要迅速将新的无线监控点加入到现有网络中。