wifi在礦井移動通信系統中的應用

引言

　　煤礦井下發生事故后，井下人數不詳、被困人員位置不清、被困人員生死不明是災后應急救援急切解決的問題。因此，有必要研究抗災變能力強、具有人員位置監測等多功能煤礦井下無線通信系統。本文研究將低成本的新技術——Wi-Fi應用于井下，構建一種新的礦井移動通信系統。

　　1 Wi-Fi技術簡介

　　Wi-Fi(WirelessFidelity)，即無線保真或無線相容性認證，是一種無線局域網數據傳輸的技術與規格，也就是IEEE所定義的無線通信標準IEEE802.11。無線局域網是有線局域網的擴展和替換，是在有線局域網的基礎上通過無線HUB、無線訪問節點(AP)、無線網橋、無線網卡等設備使無線通信得以實現。IEEE802.11標準發表于1997年，其中定義了介質訪問接入控制層(MAC層)和物理層。隨后，IEEE又發布了一些補充協議，包括物理層的補充協議IEEE802.lla/b/g和其它一些服務相關協議。總的來說，Wi-Fi屬于短距離無線技術，覆蓋范圍可達幾百米，使用的是2.4GHz附近的頻段。Wi-Fi有著“無線版本以太網”的美稱，世界上至少有80%以上的局域網采用以太網技術，其幾乎可以視為以太網標準在無線領域的延伸。

　　2 Wi-Fi與相關技術比較

　　目前國內外礦井無線通信方式主要有漏泄通信、感應通信、透地通信、PHS(小靈通)通信、3G(大靈通)通信系統等。

　　漏泄通信系統存在著抗災變能力差、大量的串聯中繼設備導致可靠性差、系統不具備冗余功能等問題，通信終端存在功能單一、信道容量小的缺陷。感應通信系統存在著體積大、重量重、信道容量小、通信距離短等問題。透地通信系統存在著設備體積大、重量重、信道容量小、地面設備功率大、地面天線布置困難、單向通信(地面向井下)等問題。PHS(小靈通)通信系統與3G(大靈通)通信系統存在著基站控制器和基站非本質安全型防爆、系統不具備冗余功能、抗災變能力差、井下基站至地面最大通信距離不滿足井下通信10公里的要求等問題，通信終端存在功能單一、信道容量小的缺陷。

　　WiMAX與Wi-Fi最明顯的區別是覆蓋范圍存在很大差別，WiMAX通常可以覆蓋3～5km，而且WiMAX的安全系數更高，但是WiMAX的組網成本要比Wi-Fi大的多。考慮到礦井下的特殊性和經濟性，還是選用Wi-Fi更適合井下局域網的環境。

　　3 系統需求分析

　　所要研究設計的礦井移動通信系統主要由地面監控系統、井下分站和移動通信終端組成。地面監控系統負責整個系統的管理與控制，通過地面監控系統可以對井下人員以及相應設備進行實時的監控。地面監控系統任務可由一臺多功能計算機并配有相應數據庫管理軟件完成。井下分站為整個系統的關鍵部分并負責多項功能。系統應滿足：

　　(1)在礦井事故前后，地面監控系統能得知井下工人所在的位置;

　　(2)井下工人與地面監控系統以及井下工人之間能隨時進行雙向數據通信;

　　(3)地面監控系統能隨時、直接與任何井下工人進行雙向數據/語音通信;

　　(4)井下工人之間能進行雙向窄帶語音通信;

　　(5)井下通信網為由若干個分站組成的網狀網絡;

　　(6)分站能收發無線電信號，為了有較強的穿透能力，采用適合礦井傳輸的波長。

　　4 方案設計

　　系統以光纖有線網絡為骨干，以無線網絡為延伸，在井下設立若干礦用分站，通過無線局域網絡覆蓋井下巷道，利用礦用本安手機(IP終端接入設備)來實現群呼、組呼等功能，從而實現井上對井下的語音調度以及井下對井上的數據和語音雙向通信。地面通信與監測中心的軟件能分析、處理和顯示人員位置、生命狀態，可實現人員位置和生命狀態顯示報警和存儲，從而全面實現煤礦安全生產、調度通信、應急救援、安全監控與督察。

　　4.1 系統架構

　　系統分為井下設備和井上設備，如圖1所示。

　　圖1 系統組網拓撲圖