無線通訊系統(tǒng)設計方案.docVIP

無線通訊系統(tǒng)設計方案目 錄1概述22KT106系統(tǒng)技術優(yōu)勢33系統(tǒng)組成44傳輸平臺55組網方式66設備部署67系統(tǒng)主要功能91 概述長久以來，國內外礦井的無線通訊技術一直停留在窄帶低速范圍內，普遍存在設備復雜、功能單一、無法復用通道，重復布線的問題。重慶分院在進行大量的前期調研、資料收集、分析研究總結的基礎上，利用目前國內外成熟的Wi-Fi技術，結合廣泛應用的RFID技術，通過技術改進、本質安全設計，開發(fā)出了適應煤礦特殊環(huán)境的KT106礦井無線通訊系統(tǒng)。KT106礦井寬帶無線通訊系統(tǒng)作為新一代的礦井無線傳輸系統(tǒng)，采用Wi-Fi與RFID技術相結合，在煤礦井下實現了通過一套系統(tǒng)實現語音和人員定位數據傳輸。是我院最新研究的產品。突破傳統(tǒng)系統(tǒng)結構模式，無線通訊及人員定位共用一套傳輸線路，具有很高的性價比。系統(tǒng)網絡結構將采用以工業(yè)以太網為主干的星型結合總線型的網絡結構方案，以工業(yè)以太網交換機作為星型的中心點，基站之間采用串行連接方式?；就瑫r具有語音通信和定位功能，定位終端包括帶定位功能的手機和專用的定位卡兩種。系統(tǒng)采用本質安全供電的方式，使設備達到在回風巷道和工作面使用的安全等級和技術要求。本系統(tǒng)通過配套的管理軟件、工業(yè)以太網、PBX網關等設備，形成一套完整的以礦井工業(yè)以太環(huán)網為傳輸主干，無線信號進行空間覆蓋的礦井無線通訊系統(tǒng)，使煤礦無線通訊技術躍上一個新的臺階，并處于國內外技術領先水平。本系統(tǒng)是重慶研究院歷時5年，經過不斷探索和完善，為煤炭行業(yè)研制出了能夠實現井下無線語音通話功能的最新技術裝備，并能夠24小時對煤礦出入井人員進行實時跟蹤監(jiān)測和定位，隨時清楚掌握每個人員在礦井下活動軌跡，是煤礦最新一代安全生產管理系統(tǒng)。KT106無線通訊系統(tǒng)結構如下：2 KT106系統(tǒng)技術優(yōu)勢KT106礦用無線通訊系統(tǒng)集無線通訊技術、射頻技術、網絡排布及管理技術、計算機技術和安全電源管理技術為一體，是既符合中國國情的又具有世界領先地位的適用于礦井的無線通訊系統(tǒng)。這套系統(tǒng)有效利用了井下工業(yè)以太網的寬帶優(yōu)勢，將高速無線通訊技術引入了煤礦井下。與現階段市場上的煤礦無線通信系統(tǒng)比較有以下優(yōu)勢：1) 更可靠的安全性煤礦產品首先要具有可靠的安全性。KT106系統(tǒng)的使用的各種設備都經過了專門的防爆處理，保證在煤礦井下安裝和使用的安全；基站、手機、定位卡全部采用本質安全型設計?；九c交換機、基站與基站全部采用本安信號輸出。2) 更先進、更實用的技術Wi-Fi作為新一代的2.4G無線通訊技術，是與藍牙同時代的產物。與藍牙相比，它具有更快、更遠、更便捷的特點。通過煤礦現場試驗，2.4G在礦井下具有更好的抗干擾和反射、折射能力，在巷道環(huán)境良好時覆蓋距離可達到500米。系統(tǒng)全部信號設備采用IP管理方式，操作簡單，具有很強的網絡管理功能，稍微具備網絡知識的人員都能熟練管理維護系統(tǒng)?；静捎幂d波調制方式，實現了電纜遠距離傳輸高速信號，擺脫了光纜的束縛，更適應煤礦井下的實際需要。其次，KT106井下無線通信系統(tǒng)，可利用強大的無線通信和人員定位功能來實現煤礦生產物資、人員的調度，保證了調度信息的準確性和及時性，對提高煤礦的生產效率起到明顯的作用。再次，本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的無線通信功能，對于煤礦生產過程中的一些突發(fā)事件，提供了井下和地面的即時通信交流，大大縮短對突發(fā)事件的反應和處理時間，從而確保井下生產安全，防止意外事故的發(fā)生，減少意外損失。3) 更低廉的系統(tǒng)成本無論是地面還是井下無線系統(tǒng)，信號基站和線路都占到成本的很大部分。KT106系統(tǒng)可以與其它系統(tǒng)復用工業(yè)以太環(huán)網作為傳輸主干。在原有工業(yè)以太環(huán)網上只需增添信號基站和電源箱即可實現信號覆蓋。信號基站在系統(tǒng)中起到基站的作用，它的覆蓋距離遠，可減少基站數量?；局g采用電纜串連，可大大節(jié)約線路成本。3 系統(tǒng)組成本系統(tǒng)由三部分構成：第一部分：地面管理中心。通過設置在地面的管理主機，可實時對系統(tǒng)進行監(jiān)控和管理，實現數據管理、錄音、強拆、短信群發(fā)等功能。包含的主要設備為管理主機、管理軟件和機房配套設備。第二部分：數據傳輸部分。數據傳輸部分主要由工業(yè)以太環(huán)網平臺、防爆電源、無線通信基站等組成。通過RJ45端口就近接入工業(yè)以太環(huán)網交換機。第三部分：數據終端。數據終端部分的作用是實現無線信號覆蓋和無線通訊，它所包含的主要設備包括本安手機和人員定位卡。礦用網絡交換機是礦井工業(yè)以太環(huán)網的信息搭載設備，它采用以太網技術并針對井下惡劣工業(yè)環(huán)境進行了特殊設計，使其在實時性、運行穩(wěn)定性、可靠性、故障冗余特性、環(huán)境適應性、通訊抗干擾、接入擴展能力等性能方面較傳統(tǒng)的技術有顯著提高，并能很好適應煤礦井下惡劣的生產環(huán)境。因此，選擇礦井工業(yè)以太環(huán)網作為寬帶無線通訊系統(tǒng)的主干傳輸平臺對系統(tǒng)本身來講可以顯著提高穩(wěn)定性和可靠性。地面管理軟件為適應煤礦管理的特殊需要，對其在數據結構、實時處理、存儲方式、軟件功能、控制邏輯、網絡功能、圖文顯示等主要部分進行了全面優(yōu)化設計。系統(tǒng)軟件采用Linux平臺開發(fā)，比常規(guī)軟件有更強的防錯、防病毒、糾錯能力，運行穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)軟件在開發(fā)中采用多線程并行通訊，異步通訊等先進技術，為煤礦用戶量身定做，采用Web界面操作，使用簡單、界面簡捷明朗。通過網關設備可方便的實現無線通訊系統(tǒng)與原有有線電話系統(tǒng)的無縫連接，具體連接門數和網關型號可根據用戶需要選擇。4 傳輸平臺通過礦井工業(yè)以太環(huán)網的建設，將礦井各環(huán)節(jié)系統(tǒng)（采掘、供電、 運輸、通風、排水等）的設備工作狀態(tài)信息、生產信息、安全信息實時傳遞到礦井生產安全調度指揮中心，為礦井的綜合自動化系統(tǒng)提供一個高速、安全、可靠的信息傳輸平臺，為礦領導的指揮和管理提供充分的、實時的信息依據，為礦井建設先進的管控一體化平臺提供基礎平臺。綜合自動化系統(tǒng)傳輸平臺，主要任務之一是建立高速的工業(yè)以太環(huán)網，解決所有子系統(tǒng)傳輸物理通道。傳輸平臺的建設遵循數字化、高速化、智能化、標準化，安全可靠、易擴充升級的原則進行設計。根據煤礦行業(yè)的特點決定整個系統(tǒng)必須具有很高的可靠性和可用性，以此保障生產活動的正常進行和井下工作人員的生命安全。因此比選方案選用的設備技術的在冗余性以及所組建網絡的穩(wěn)定性，出錯處理和容錯方面的能力，能夠適應井下惡劣的工作環(huán)境和防爆要求。4.1 環(huán)網平臺拓撲結構設計本方案設計的網絡拓撲結構是在調度指揮心布置兩臺支持三層動態(tài)路由功能的核心交換機。整個環(huán)網平臺通過核心交換機的環(huán)間耦合技術和聚合技術、雙鏈路冗余連接互為備份的整體。使得多環(huán)網通信的故障切換時間得以保證，故障切換時間短。地面調度指揮中心的各種服務器、上位機、操作站、工程師站等均直接接入中心的兩臺核心交換機上，其它設備通過交換機連接到核心交換機上。井下各監(jiān)控設備就近接入環(huán)網交換機。全網建成后的性能可以保證達到以下水平：全網交換機連接均可基于單、多模光纖或銅介質，可按需要任意選擇；光纖網絡中的任何位置發(fā)生一個斷點事故均可在瞬間內完成鏈路通信的恢復；全網基于統(tǒng)一、簡潔的網絡管理。4.2 設備布置請根據實際需求進行布置。 4.3 平臺功能特點1) 整個自動化綜合控制網采用赫思曼工業(yè)級的設備，實現井下高溫、高濕等惡劣環(huán)境的穩(wěn)定運行；2) 系統(tǒng)支持光纖冗余環(huán)網工作模式，接節(jié)故障不影響整個系統(tǒng)性能，故障自恢復時間短（0.05S），通信更加可靠；所有交換機采用高性能的赫思曼模塊化千兆交換機，避免網絡中部分節(jié)點故障，同時滿足以后的擴容和升級；3) 礦井工業(yè)以太環(huán)網光纖冗余環(huán)網傳輸平臺運行穩(wěn)定、可靠性好、線路機械強度高礦井工業(yè)以太環(huán)網光纖冗余環(huán)網傳輸平臺通訊協議采用標準的TCP/IP網絡協議；4) 平臺傳輸速率高、帶寬容量大、傳輸距離遠、抗干擾和雷擊能力加強。為數據、視頻、語音三網合一提供了足夠的帶寬；5) 整個網管系統(tǒng)可對所有的綜合自動化網的網絡設備進行實時監(jiān)控，出現故障實時報警；6) 在礦信息網與監(jiān)控網中采用網閘連接，監(jiān)控網與外網采用防火墻連接，實現監(jiān)控網的安全隔離；7) 采用先進的多主并發(fā)通訊模式，系統(tǒng)檢測速度快，實時性強。核心交換機提供OPC協議，支持監(jiān)控軟件的集成；8) 整個寬帶傳輸網徹底突破了低速總線下的技術瓶頸，系統(tǒng)節(jié)點容量大大增加，穩(wěn)定性提高；9) 由于以Internet/Intranet/Infranet為整體構架，具有開放的傳輸接入平臺，系統(tǒng)集成能力顯著提高，今后礦井各種自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)均可方便就近接入，易于擴展，無須重復布線，節(jié)約投資；10) 平臺同時支持光纖多模、單模、超五類雙絞線傳輸介質，結構靈活；可方便與局域網企業(yè)綜合管理信息系統(tǒng)連接，實現信息共享；11) 井下交換機經過防爆認證，具有MA，同時增加UPS電源保護，在停電后，可運行2小時以上；12) 支持多種網絡拓撲結構和多重冗余方式，如（單）環(huán)網冗余、單環(huán)雙節(jié)點冗余、雙總線冗余、雙環(huán)網冗余和環(huán)間冗余，本次投標方案采用單環(huán)單節(jié)點雙冗余環(huán)網；13) 環(huán)網核心交換機具有路由功能的卡軌式模塊交換機。核心交換機有相對獨立的模塊插槽，每個模塊插槽能夠配置一塊引擎模塊，引擎模塊上的子卡插槽，可以配置不同種類的網絡接口卡；14) 環(huán)網交換機支持多光口、電口混合連接，支持Web管理，支持SNTP簡單網絡時間協議，準確記錄故障時間；15) 交換機管理軟件要求能統(tǒng)一配置、管理、監(jiān)視所有交換機，可監(jiān)視所有具有SNMP(簡單網絡管理協議)功能的設備；支持通訊故障自診斷、定位、報警；在更改設備配置時只要在網管工作站對相關設備進行合適配置，通過網管工作站對網絡設備進行日常管理、流量統(tǒng)計、故障分析等；16) 交換機支持流量控制功能，防止廣播風暴；支持端口的優(yōu)先級劃分和VLAN劃分；支持端口和MAC地址的綁定，提高系統(tǒng)安全性。5 組網方式KT106系統(tǒng)組網是建立在TCP/IP網絡的基礎上，可搭載在煤礦工業(yè)以太環(huán)網上，提高以太環(huán)網的利用率，同時降低成本，減少施工量。KTW118K(B)基站通過普通以太網方式接入工業(yè)以太網交換機，傳輸距離不超過100m；基站之間是通過長距離以太網技術串聯，傳輸距離可到達1Km，串聯級數建議不超過5級。可根據井下交換機部署和巷道分布情況，靈活采用組網方式，實現井下主要巷道的覆蓋。6 設備部署整個系統(tǒng)分地面及井下兩個區(qū)域。服務器設置在地面計算機中心，配備UPS不間斷電源和電源避雷器，避雷器需要可靠接地（接地線由礦方提供）?？刂平K端和服務器處于同一網段，以便對服務器進行設置和管理。E1網關通過E1連接線接入礦方電話交換機，信令方式采用NO.7或PRI方式，可實現礦用本安手機和有線電話系統(tǒng)的直撥通話。設計地面安裝3臺地面型基站，覆蓋地面辦公區(qū)。井下采用36臺KTW118K(B)礦用無線通信基站，36臺KDW660/18B(D)型防爆兼本安型穩(wěn)壓電源，10臺工業(yè)以太網交換機。實現對煤礦井下主要巷道的全覆蓋，實現煤礦井下手機漫游通話和人員定位。 4.4.1地面部分:地面主要覆蓋：a) 地面辦公大樓b) 地面工業(yè)廣場c) 井口及附近區(qū)域地面基站是用來覆蓋礦區(qū)地面的設備，采用的是采用了自適應波束賦形和空分多址技術的WBS-2400基站,著重提高了對建筑物內部信號的覆蓋和對弱信號的接收能力。該基站采用POE供電模式，發(fā)射功率100mw，該基站在空曠地帶覆蓋距離可達到1KM，但在建筑物密集的礦區(qū)地面覆蓋距離一般為半徑200m。4.4.2井下部分井下部分共安裝10臺工業(yè)以太網交換機，由與該礦井井下巷道復雜，彎曲較多，切部分新開辟巷道即將建成，因此在井下共布置46臺KTW118K(B)礦用無線通信基站，采用46臺電源箱供電；地面共布置2臺KTW118K(B)礦用無線通信基站，采用2臺電源箱供電. 總計：分站48臺，電源：48臺。具體設計如下：電源箱安裝在距離基站不超過10m的范圍內，每臺電源箱為一臺基站提供電源。由于無線信號覆蓋受現場環(huán)境影響較大，如要把無線覆蓋做的最好需在安裝時實地勘察布置?；驹诰轮饕锏栏采w距離技術特征（供參考）：l 采用15DBi定向天線進行井下無線覆蓋；l 人員定位讀卡距離最大不超過100m，一般取20m至30m范圍即可正常讀取，個別人員集中或環(huán)境復雜區(qū)域可調大讀卡范圍。l 無線信號的傳輸主要通過直射、折射和反射，因此巷道環(huán)境對無線傳播影響很大，一般來說，巷道壁平滑、巷道直徑均勻、無或只有較少金屬物的巷道傳播效果較好；l 在軌道巷、通風巷等主巷道（寬6m/高6m/巖石材質）時，無線傳輸距離較長，一般可達到400600m，甚至可達800m（需要根據實際勘查和測試結果確定）；l 在皮帶巷、工作面等小巷道（寬4m/高3m/鋼筋頂棚）時，無線傳輸受到屏蔽吸收，一般傳輸距離約200400m（要根據實際勘查和測試結果確定）；l 無線信號轉向特性，與覆蓋巷道成90度的無遮擋的巷道可延伸20米，小于90度可延伸10米，大于90度根據基站安裝位置的遠近從50米200米不等；l 在實際部署時基站無線傳輸距離需要考慮實際環(huán)境影響并進行勘測。KT106移動通訊系統(tǒng)安裝完以后取得效果：（1）KT106系統(tǒng)與調度機及交換機系統(tǒng)聯網以后，可以實現整礦有線通信與無線通信完美結合，只要用戶在信號覆蓋的巷道，可以通過網內的任何一部手機及固定電話找到在井下或地面攜帶手機的工作人員，反之井下使用手機的工作人員在任何有信號的地方可與網絡中任意一部手機或固定電話通話。（2）礦管理中心可通過分布在井上及井下的無線基站，實時了解每位下井員工的具體位置、運動軌跡和出入井時間。礦井一旦發(fā)生安全事故，管理中心在第一時間內可以知道被困人員的基本情況，便于事故救助工作的開展（3）作為生產管理人員、綜采工作面的工作人員和其它流動人員的主要通信手段，KT106礦用無線通訊系統(tǒng)保證了這些人員能夠與生產調度室及時取得聯系。系統(tǒng)能與礦井行政、生產通信系統(tǒng)實現組網，特別是當井下發(fā)生緊急情況時，可作為井下及時與地面聯系的工具，對搶險的組織非常有幫助。KT106礦用無線通訊系統(tǒng)作為生產調度通信系統(tǒng)的補充，在礦井生產安全等方面起著重要作用。（4）KT106搭載在工業(yè)以太網系統(tǒng)平臺上，減少了大量了線路鋪設和維護帶來的工作，提高了工業(yè)以太網系統(tǒng)平臺的利用率和礦井數字化程度。（5）井下手機的號碼可自由設置，也可與固定電話同號。手機在覆蓋區(qū)域內可以互發(fā)短消息，當有信息需要大范圍通知時，地面管理員可通過群發(fā)短信的方式通知到和地面及井下人員；系統(tǒng)的可擴展性：KT106礦用無線通訊系統(tǒng)采用標準的通信格式和開放式的通訊協議，符合Wi-Fi標準的無線設備都可自由接入系統(tǒng)，正在開發(fā)的Wi-Fi終端包括利用KT106系統(tǒng)的高速無線數據傳輸平臺實現傳輸的瓦斯檢測設備、數據傳輸、圖像傳輸設備等。7 系統(tǒng)主要功能系統(tǒng)主要功能分為語音通訊和人員定位兩部分。語音功能：1. 在無線基站信號覆蓋范圍內可實現一對一方式的語音通訊、支持中文短消息；2. 無線基站和手機采用IP方式接入，基站支持遠程控制；3. 系統(tǒng)可通過網關設備與語音調度系統(tǒng)無縫連接，實現互通；4. 開關控制功能：系統(tǒng)管理員可以通過系統(tǒng)開關控制功能啟動和關閉管理系統(tǒng)；5. 狀態(tài)顯示功能：系統(tǒng)能顯示管理主機的配置和狀態(tài)；6. 號碼注冊管理功能：注冊管理功能能顯示管理主機的的注冊用戶信息，當管理系統(tǒng)收到注冊請求，管理主機能同步更新數據庫，管理員能手動刪除或添加注冊信息；7. 通話狀態(tài)顯示：通話狀態(tài)顯示功能應包括：參與通話號碼、通話發(fā)起者、通話相應者、通話開始時間、目前會話狀態(tài)；8. 通話日志功能：通話日志功能應能記錄一定期限的通話歷史記錄，含通話號碼、通話時間和通話時長等；9. 參數設置功能：參數設置功能包括：系統(tǒng)基本參數設置、系統(tǒng)配置設置，管理員登錄權限修改、密碼修改等。定位系統(tǒng)功能：1. 對井下人員可實時跟蹤監(jiān)測，位置自動顯示。2. 可實時跟蹤查詢、打印當前及某時間段井下人員數量、活動軌跡、軌跡再現及分布情況。3. 標識卡采用嵌入式微處理器，在嵌入式軟件的控制下，實現睡眠、喚醒、解碼、編碼、通信及信息碰撞處理等功能。4. 乘車出入的工作人員無需下車，在車輛進入監(jiān)測區(qū)域后，就可自動完成人員定位及考勤功能。5. 識別區(qū)域無方向性、無盲區(qū)，對人體沒有傷害。6. 目標識別器和標識卡具有完全獨立的發(fā)射與接收部件，其核心技術均由嵌入式微處理器和嵌入式軟件組成。7. 系統(tǒng)在進行實時數據采集時，可進行記錄、顯示、查詢、編輯、人工錄入、 網絡通信等。8. 分站具有顯示人員編碼和時鐘功能，可用遙控器查詢記錄。9. 系統(tǒng)可實現考勤作業(yè)的統(tǒng)計與管理等方面的報表資料，提高管理效益。10. 系統(tǒng)中心站及網絡終端可以聯網運行, 使網上所有終端在使用權限范圍內都能共享監(jiān)測信息，查詢各類數據報表。11. 礦井一旦發(fā)生安全事故，監(jiān)控中心在第一時間內可以知道被困人員的基本情況，便于事故救助工作的開展。無線通訊系統(tǒng)設備清單及預算（報價）序號名稱型號單位數量單價(萬元)復價(萬元)備注一工業(yè)以太環(huán)網1核心交換機MACH4002-24G-L3EHC（2個1000M光口、22個1000M電口）臺217.5000 35.0000 2地面環(huán)網交換機RS30（含機柜600mm*600mm*2000mm、UPS電源，配置：2個1000M光口、8個100M電口）臺25.0000 10.0000 3井下環(huán)網交換機KJJ137（MS4128-L2P模塊，2個1000M光口、2個1000M電口、4個100M光口、12個100M電口、4個485接口）臺20.0000 0.0000 數量根據實際需求確定4礦用阻燃光纜MGTSV-12B（12芯）Km350.7500 26.2500 5光纜接線盒FHJG-4個200.0550 1.1000 6網絡機柜圖騰42U個10.6600 0.6600 7輔材批10.6000 0.6000 小計（萬元）73.6100 二井下部署設備1礦用無線通信基站KTW11