Ｃｏｌｕｍｎ专栏 无线以太网技术在煤矿通信 系统中的应用 煤炭是我国主要的能源支柱，也是我国 安全事故频发的高危行业。分析近年来发生的 多起恶性的大型煤矿安全事故，我们可以看到 即使在国有的大型煤炭企业中，井下应急通信 技术仍基本处于空白。灾害发生后的及时全面 地通知、应急预案的迅速下发、井下情况的及 时上报、各部分之间的协同通讯等均缺乏有效 的通信技术手段与装备，许多事故中都有矿工 张锋 并非死于灾害的第一现场，而是死于回撤的途 中或次生的灾害中的悲剧发生。 通股份有限 为此，国家安监总局提出了到２０１５年中国 总经理，高 所有煤矿都将建立“监测监控”、“人员定位”、 师． “紧急避险”、“压风自救”、“供水施救”和“通 信联络”等安全避险六大系统的要求。 顾伟 迄今为止，我国煤矿井下通信系统主要 北京中电 有限公司 以有线通信为主，无线通信为辅。井下的无线 通信方式主要有漏泄通信、透地通信、ＰＨＳ （小灵通）通信、ＣＤＭＡ（大灵通）通信、以 及无线以太网（ＷＬＡＮ）通信系统等。其中， 无线以太网（ＷＬＡＮ）是有线以太网（ＬＡＮ） 的无线扩展，具备协议标准化好、小型灵活、 低成本、抗干扰性强、高带宽的优势，其传输 吞吐率可达：５Ｍｂｐｓ（８０２．１ｌｂ）、２０Ｍｂｐｓ （８０２．１ｌｇ）、１５０Ｍｂｐｓ（８０２．１Ｉｎ），可以承载 语音、数据、视频业务的传输。 笔者认为从煤矿无线通信与应急通信的 特殊性来分析，漏泄通信、透地通信、ＰＨＳ（小 灵通）通信、ＣＤＭＡ（大灵通）通信、以及 基于瘦ＡＰ（Ｆｉｔ）架构的无线以太网（ＷＬＡＮ） 通信均存在着如信道容量小、网络不具备冗 专栏投稿邮箱： 灾能力、系统依赖地面的中心语音或无线交 ｉｅｈｉｎａ＠ｉｃｈｉｎａ．１３ｅＩ．ｃｎ 换机、频率管制、缺乏的后背电源等局 ７２中国信息化Ｉ ２０１１．３．２０ 文ｌ张锋．顾伟 限，不适宜作为煤矿井下无线通信技术的选择。 无线以太网在煤矿通信领域的应用前景广 阔，包括移动通信、系统组网、应急救援通信、 视频监控、工业自动化、安全监测监控、人员定 位与管理等领域。 移动通信：使用无线以太网技术做煤矿话 音的移动通信应用起始于２００７年，目前在国内 已建设有数十套系统，采用ＶｏＩＰ的技术， 随着ＶｏｌＰ在无线以太网中应用（ＶｏｗＬＡＮ）的 技术进步，通话质量、无缝漫游等原来困扰无线 以太网语音通讯的问题已逐步得到解决，新一 代的融合调度通信技术已经可以实现无线／有 线一体化行政／生产一体化的调度通信功能。 系统组网：在系统组网方面，井下的通信系 统原来以链型或星型网络拓扑结构为主，各子 系统自成网络，系统带宽低、可靠性低、不具备 冗灾性能。近年来，随着工业以太环网技术在煤 矿的广泛应用，井下通信系统的可靠性得到了 一定的改善，但现有的工业以太网技术均采用 有线传输的方式，难以面对井下复杂、狭小且不 断移动的生产环境。 Ｍｅｓｈ网络即“无线网格网络”，它是一个无 线自组网网络，是一个动态的可以不断扩展的 网络架构，Ｍｅｓｈ ＷＬＡＮ网络要比单跳网络更加 稳定，这是因为在数据通信中，网络性能的发挥 并不是仅依靠某个节点。在传统的链型或星型 网络中，如果固定的节点或线路发生故障，那么 该节点下所有的无线设备都不能进行通信。而 在Ｍｅｓｈ ＷＬＡＮ网络中，如果某个节点发生故 障，可以重新再选择另一个节点进行通信，数据 仍然可以高速地到达目的地。Ｍｅｓｈ ＷＬＡＮ技 术使无线节点具有自动配置网络，并使网络效率 最优化的特性．提供自我组织，自我修复，更新动 态网络连接，确保网络安全等等功能。 工业自动化随着综合自动化技术在煤矿的 推广，目前煤矿各生产、监控子系统的自动化程 度越来越高，也越来越复杂，子系统数量、种类 不断增加，而现有子系统接人工业环网的传输方 无线视频监控系统与产品在地面的石油、电力、 等行业已经得到成熟的应用，无线以太网 的高带宽可以满足承载多路视频的传输的要求， 在煤矿井下的生产环境中，具备无线以太网传 输功能的无线摄像机以其灵活、可移动、可车 载等优势，将成为现有煤矿井下工业电视系统 的有益补充，尤其在综采工作面视频监控、井 式均以“星型”或“链型”网络拓扑结构采用有 线的传输方式接入，易受位置与现场环境， 需要架设线缆，移动不灵活，且缺少链路冗余， 存在“一碰就断”的不足。 而基于无线以太网技术的无线自动化接入适 配设备，面向网络侧采用无线以太网技术接人井 下工业以太环网；面向被控设备或子系统侧，可以 提供以太网等多种总线通信接口。采用无线以太 网技术的自动化接入适配设备，可以使各子系统 或设备的接人从线缆的束缚中走出来，实现便捷 的无线接人，也可构建“无线＋有线”或无线Ｍｅｓｈ 的多链路冗余传输机制，提高系统的可靠性。 应急通信：煤矿作为高危险行业，井下出现 紧急或灾害情况概率远大于其他工业环境，而在 应对紧急或灾害情况的时候，稳定畅通的通信是 非常重要的救援保障，应急通信功能是煤矿井下 无线通信的重点与难点。无线以太网的移动通信 技术，由于基于ＶｏＩＰ的通信机制，系统中的各 基站之间、各手机之间均可以实现脱网通信的功 能，即使与地面局端设备失连后，系统内部仍可 以互相通信；同时，由于基于无线以太网的移动 通信系统具备网络冗余的功能，系统中单点或单 边的设备、线缆损毁不影响整个系统的正常工 作，在救灾应急通信方面具有独特的优势。 基于无线Ｍｅｓｈ技术的煤矿应急通信系统采 用了无线／有线一体化，生产／行政一体化的融 合调度通信主机，采用具备无线Ｍｅｓｈ功能的胖 ＡＰ（Ｆａｔ）架构的无线以太网（ＷＬＡＮ）技术， 架构在工业以太环网平台之上，各基站均配置后 备电源，使用具备脱网通信功能的移动终端，即 能满足煤矿企业正常生产、管理的需要，又大幅 提高了系统的冗灾与应急通信能力。 视频监控随着生产自动化程度的提高与减 员增效的实施，企业生产管理对工业现场的视频 监控的要求也越来越高。基于无线以太网技术的 下机车视频监控方面更能体现无线系统的技术 优势。 安全监测监控：煤矿井下的安全监测监控 系统中存在大量的瓦斯、一氧化碳、粉尘等传 感器探头，目前这些探头均以有线传输的方式 连接监测监控分站，在传感器探头上增加无线 以太网传输模块，就可以实现传感器的无线接 入，方便其在井下的部署与移动。 煤矿井下普遍使用手持式瓦斯检测仪，目 前的手持式瓦检仪具备移动性能好、方便携带 的优势，但数据，不能共享与及 时上传 在手持瓦斯检测以上增加无 线以太网传输模块，就可以实现手持 瓦检仪的联网与数据实时上传功能。 无线以太网技术应用 人员与设备定位：目前煤矿应 将为我国煤炭企业提 用的人员定位系统大多使用ＲＦＩＤ技 高生产效率与增进安 术实现，需要建设的系统与网 络。近年来，基于无线以太网的定位 全生产管理水平起到 技术逐渐成熟，在医院、酒店、海关 良好的促进作用。 等领域逐步得到商用。基于无线以太 网的定位技术具备的优势包摇一是 协议标准化，无需单独构建的系统与网络， 可以与话音、数据、视频等业务共用同一个无 线以太网平台；二是定位精度高，基于场强与 信噪比的测量与计算，无线以太网定位系统的 精度优于ＲＦＩＤ技术。 总结来看，无线以太网（ＷＬＡＮ）以其协 议标准化、小型灵活、低成本、高带宽的优势， 在电信运营商、企业网、行业应用与个人ＩＴ终 端产品领域得到广泛的应用与蓬勃的发展，将 无线以太网技术应用在我国煤炭企业的通信系 统中具有广阔的技术与商业前景，将为我国煤 炭企业提高生产效率与增进安全生产管理水平 起到良好的促进作用。咂 ２０１１．３．２０ ｊ中国信息化７３
