试析数字矿山的通信网络无线基站设计

田侃达　张辅超

摘 要：传统的矿井同行系统具有封闭性，相互之间不能兼容，所以必要进行创新和改革。建设矿山通信网络无线基站是数字矿山建设的重要部分，要想实现安全的井下采掘以及信息化、智能化的企业管理，就必须进行相关的数字矿山建设。矿山企业的生产区域比较广泛而且具有分散性，这对通信网络无线基站建设增加了难度。随着科技的不断进步，提出了基于WIFI数字矿山通信网络系统的策划方案，设计开发并用于构建通信网络的无线基站。该技术可以实现无线视频监视、无线通话、人员定位等多功能，为矿山资源开采提供相应的技术支持，提高矿山开采人的安全性和效益。本文通过对无线基站设计、无线基站总体结构、WIFI数字矿山无线通信电缆系统架构以及无线基站的测试进行了分析，旨在建立完善的数字矿山通信网络无线基站的设计。

关键词：数字矿山 无线基站 总体结构 通信电缆

随着经济的发展，矿山开发项目不断增多，然而矿山事故却不能避免。在2016年5月8日陕西铜川市照金煤矿透水事故发生，导致11名矿工死亡，造成了重大的经济损失。长期以来，由于历史和技术的原因，我国矿山企业所使用的各种通信系统比较落后、网络建设比较混乱，通信线路多切复杂，这是不能保障矿井安全和矿工安全的主要原因，所以必须要加强矿山的通信网络建设，目前WIFI无线接入技术成为数字矿山通信网络建设的重要任务。

一、WIFI数字矿山无线通信电缆系统的建构

矿山通信系统网络中使用了光纤通信技术合WIFI技术，它主要是由千兆光纤骨干网、100M光钎分行网络、以及地面之间的服务器构成。千兆光纤交换机和光电单模光纤复合电缆应用互逆的双回路网络的拓扑结构构成一个千兆光钎骨干网骨干网络。该结构具有强大的故障自我恢复功能，这为系统的正常工作奠定了稳固的基础。在骨干网络上，光交换机将100M光纤快速分支网络连接到骨干网，100M光纤快速通讯分支网络的分支节点是一个通过多模光纤混合电缆连接的WIFI基站。由于矿井状态和通讯信号的复杂性，所以需要将系统改变成环状结构或者树型，最后的300m通讯距离使用WIFI无线通信技术通过WIFI无线基站与快速的100M分支网络相连接。

1.可以实现无线语音和视频通信功能。在现有的系统上，其中不添加任何设备，就可以将很方便的把IP语音技术加入系统中，最终实现无线语音和视频通信功能，从而保证矿井人员的和操作安全性。在矿井中通过使用网络摄像头来监控井下操作，使井下工作得到了安全的保障并且也满足了工作上的要求。在地面上通过利用无线局域网可以看到地下工作的情况，从而能够指导井下工作的开展。

2.实现人员的精确定位。通过WIFI数字矿山无线通信电缆系统的建构可以对井下人员进行精确定位，登入该系统的服务器的视频监控服务部分，就可以对井下人员发号指令和指出修改之处，从而使企业井下管理更加的科学化。

3.设备控制，环境监测系统。数字矿山无线通信网络可以对地下设备进行严格的操作和监控，同时也可以对矿井下的环境进行随时的监控，一旦设备有异常的情况，就会发出相应的警报。2、无线基站设计。WIFI基站是百兆分支网的基本节点，它是在WIFI的WLAN接入有关的分支光纤网，从而在光纤网内部以及光纤与WALN之间进行数据的转发和交换。WIFI无线基站设计应用了先进的SOPC技术。SOPC技术主要是将存储器、I/O接口、处理器，硬件协处处理器和普通的用户逻辑等功能集成到一FPGA芯片里，从而建立一个可编程的片上系统。无线基站的主要硬件电路是由SOPC在FPGA芯片上配置32位的NiosII软核处理器，Avalon总线和相关的接口模块构成，NiosII系统设计主要是以NiosII软核为中心，将所有的接口都集成到一片FPGA上，机构简单明了，同时使用NiosII软核可在线配置的优点，实现系统功能的升级和扩展，使系统的开发周期大大缩短。

3.1无线基站站总体结构。网络处理单元、设备状态监测单元、电源管理单元、无线AP、人机交互单元等共同构成了无线基站，如图1所示

以FPGA为核心的网络数据处理单元，它一方面能够满足事务处理的内容，另一方面又实现网络通信的功能。设备状态监测单元监测的数据和RPID读卡器获取到电子标签的数据，会通过它处理然后再传送给地面的服务器，同时使用它能够控制人机交换单元把设备工作状态显示出来；当对数据进行处理时，一旦大发现数据异常时除了通过人机交互单元显示报警消息之外，还会立即采取相应的保护措施。

二、无线基站测试

无线基站是通信网络的基本节点，测试内容主要包括单机测试和网络测试，单机测试和网络测试的方法和内容都有所区别。网络测试的基础是单机测试，单机测试不但是网络测试的前提，而且还可以监测无线基站设计的合理性。单机测试中主要的参数有网络延迟、信号量、抖动、吞吐量以及丢包率等。在测试无线基站主要是应用的7db全向天线，测试的软件工具主要NetIQ Chariot v5.4、局域网络测试工具Qcheck以及无线网络信号强度测试软件Wirelessmon。测试的地点主要是与矿井环境相似的地方。利用无线基站单机进行测试可以保证网络的性能以及实现语音、数据、视频“三网合一”的功能，因此在数字矿山的通信网络无线基站设计必须要重视无线基站的监测，严格根据参数进行监测和反馈。

三、结语

矿井通信网络技术对数字矿山的建设有重要的影响，矿井通信承担着抢险救灾、技术指导、传递信息等重要的任务，为员工的人身安全和矿井生产技术提供了基本的保障。在矿山进行开发生产的过程中，井下的工作面可能只是暂时的，随着矿石采掘技术的要求需要进行充填或者是废弃使用，这就需要通信设备发挥相应的作用。数字矿山的通信网络无线基站设计可以实现无线语音、无线视频便于对井下操作进行指导，提高了矿山的开采效益，降低了矿山灾难的发生，保障了人民的生命安全，因此加强数字矿山的通信网络无线基站设计是是目前的重要工作。

参考文献：

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