基于Wi—Fi的无线通讯系统在矿井中的应用

摘 要 通过使用基于wi-fi的无线通讯系统，可以为煤矿提供54M宽带的无线传输平台，在井下实现无线数据的高速远距离传输，该系统是一个集语音、视频、跟踪定位和环境监控为一体的综合性通讯系统。系统通过地面服务器管理矿用本安手机、固定电话等终端设备，使其达到群呼、组呼等功能，井上系统对井下手机进行语音调度，井下人员也可以完成对井上系统的信息反馈。

【关键词】Wi-Fi 无线通讯系统 矿井 应用

近年来，矿井的无线通讯技术存在很多的问题，比如：窄带低速、设备功能单一、重复布线、无法复用通道等。无线通讯系统充分利用现在比较成熟的WIFI技术，再结合目前广泛应用的TCP/IP技术，再加以技术改进，可以实现在矿井中进行无线数据的远距离高速以太网传输，达到54M的语音及数据传输，为煤矿提供一个宽带无线传输平台。

1 基于Wi-Fi的无线通讯系统的功能介绍

本系统充分利用了现在的高新技术，集无线通讯技术、射频技术、网络管理技术为一体，充分利用了矿井工业以太网的宽带优势，在矿井下引入高速无线通讯技术。该系统与现阶段市场上的其他通信系统比较具有如下优势：

1.1 更可靠的安全性

该系统的手机和信号基站均采用本质安全设计。基站与基站、基站与交换机全部采用本安信号输出。手机采用新型锰酸锂电池，安全性更高。

1.2 更实用、更先进的技术

Wi-Fi技术是与蓝牙同一时代的产物，它的常见传输频段是2 .4GHz，在煤矿的现场试验中，辐射的面积更广，距离更远，速度更快，且在矿井中具有更好的折射能力与更强的搞干扰能力，发射功率不超过50mW，覆盖距离可超过500米。

该系统的信号设备都分配有唯一的IP地址，这对于管理人员来说，操作非常简单，只需稍懂网络管理的知识都能进行维护，信号基站采用LRE驱动技术，实现了网线远距离传输高速信号，摆脱了光缆的束缚，更适应煤矿井下的实际需要。

1.3 更低廉的系统成本

本系统可以与其它系统复用工业以太环网作为传输主干，在原有工业以太环网上只需增添电源箱和信号基站即可实现信号覆盖。信号基站在系统中起到转发信号的作用，由于它的覆盖面积较大，可减少设置基站的数量。基站之间采用网线串连，可最大限度地节约线路成本。

2 基于Wi-Fi的无线通讯系统的特点

（1）系统可与其它设备复用井下工业以太环网的高速信息传输平台，具有高可靠性，良好的稳定性，且不用架设专门的主干通道；（2）系统在矿井下引入了54Mbps带宽的无线通讯技术，可以实现井下高速数据的传输；（3）系统采用开放的TCP/IP协议，便于管理，操作简单，可以方便接入任何符合协议的标准设备，除了无线通信功能以外，该系统还可以系统升级打开人员定位、车载通信等功能；（4）由于系统具有54Mbps的带宽，每台基站可以最大限度地支持多用户同时通讯；（5）系统的通讯设备采用远程本质安全供电的方式，在矿井的回风区域与工作面上均能覆盖基站信号；（6）系统的拓扑结构采用的是星型与树型结合，使信号的传输更加地便捷；（7）系统中的专用网关设备与PSTN语音调度系统能进行有机地结合。

3 基于Wi-Fi的无线通讯系统的设备构成

该系统的主要设备有PBX网关设备、井下无线信号基站、矿用手机、井下以太网交换机、地面管理主机及软件、井下防爆兼本安直流稳压电源、井下车载无线电话。整个系统的结构可简单分为管理部分、数据部分和电源部分。地面管理主机PBX网关（可选）连通调度电话以太网交换机无线信号接点远程本安供电管理部分数据部分供电部分

3.1 矿用无线通讯基站

信号基站能对有线信号与无线信号进行相互转换，便于对整个矿井巷道进行信号的覆盖。其特点为：（1）基站采用TCP/IP接入方式，通过地面服务器进行远程管理与控制；（2）基站采用Wi-Fi无线接入技术，充分利用带宽的优势；（3）基站全部采用本安型设计，充分考虑了安全性；（4）基站采用LRE（Long- Reacher Ethernet）长线以太网驱动技术，可通过阻燃网线连接，使基站间的有效距离达到1千米。

3.2 矿用本安手机

矿用本安手机是本系统的语音终端设备，终端设备通过基站信号的转发进行语音通讯，在系统配备网关设备后可以与连通的其它语音网络中的终端设备通讯。其特点为：（1）手机具有网络管理和测试功能；（2）手机具有一键报警功能；（3）手机能够根据网络繁忙程度自动获取或放弃连接，提高资源利用率；（4）手机具有来电显示和短信功能；（5）可显示系统中其他手机是否正在使用；（6）手机具有适时定位功能，便于了解井下人员的具置；（7）手机的电源使用新型锰酸锂电池作为，更加可靠安全。井下矿用手机采用节电设计，外观精美，体积小重量轻。音量大使用方便。并采用了防尘防水及本质安全设计，符合煤矿安全规程中对井下本质安全型设备的相关要求，适合在煤矿井下环境中使用。

3.3 PBX网关与井下以太网交换机

PBX网关是用来将KTW106系统与矿井原来的PSTN通信系统进行无缝连接的网关设备，支持NO.1，NO.7，PRI等各种通用信令，与全国各大程控交换机厂家设备均有联网成功案例，它可根据用户需要选配数字信号连接或模拟信号连接。井下以太网交换机已经是很成熟的产品，在煤矿中得到很好的使用，目前主要的产品有KJJ103百兆交换机和KJJ103A千兆交换机。

4 基于Wi-Fi的无线通讯系统的工作原理

系统中的每一台本安手机都有一个唯一的IP地址，可以在管理系统中为其注册成为合法的用户，只有成为合法用户的手机才能正常进行语音通话，当手机拨打电话时，设置的基站将无线信号转发，地面上的管理服务器就可以通过工业以太网交换机接收到信号，服务器处理后，再送到覆盖呼叫目标所在区域的基站，调制成语音给与持机者，这样就完成一次通话。

5 结束语

基于Wi-Fi的无线通讯系统具有成本低、质量好、安全性高、联网方便、扩展性好、灵活组网、安装维护容易、使用方便等优点，通过本系统的应用，对井下人员进行精确地定位，从而确保了人身安全。并能在一些紧急情况下迅捷、可靠、准确地作出反应，及时协调和处理其他各系统的工作，以达到及时、合理监控矿井的目的，实现对煤矿生产安全的“管控一体化”。

参考文献

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作者单位

重庆工程职业技术学院信息工程学院 重庆 400037