关键词：WiFi无线接入技术；煤矿通讯系统
引言
随着国家能源市场化运作，煤炭在我国能源体系的战略地位越来越重要，国家于多年前就提出建设“数字化矿井”，即使用高科技的手段提高煤矿企业的安全生产。小灵通一度成为煤矿行业通信的统治者，很多业内人士担忧以前完全占据统治地位的小灵通的全身而退会对煤矿应用通信造成较大困扰，但WiFi无线网络技术却以其覆盖范围广、传输速度高、布网成本低的优势走入行业应用者的视线，成为当仁不让的替代技术。
1 WiFi网络结构
WiFi是由AP和无线网卡组成的无线网络。AP全称AccessPoint，一般翻译为“无线访问节点”或“桥接器”。其主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了AP就像有线网络的HUB一般，无线工作站可快速轻易地与网络相连，像手机或小灵通的基站，提供射频和空中接口的功能。无线网卡则是负责接收由AP所发射信号的CLIENT端设备。任何一台无线终端均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源。
2 基于WiFi技术的煤矿通讯系统
2.1系统组成
整个系统以矿井光纤网为整个系统的主干传输平台，以TCP/IP协议为基本架构，以WiFi无线网络为延伸，形成有线主干与无线终端相结合的方式，覆盖井下部分或全部巷道及地面相关区域，为实现人员的语音通讯、人员管理、数字化视频监控及环境监测等提供一个共用平台；也为实现生产调度、应急救援、安全监控与督察提供良好的应用基础。
WiFi无线通信系统由管理主机、UPS电源、语音网关、IPPBX、矿用网络交换机、矿用本安手机、矿用无线通信基站组成。可用于井上井下无线通信、人员定位、各类监测监控数据无线收发、视频等多媒体信号无线传输及构建井下无线局域网。系统组成框图如图2所示。
语音网关一侧连接已有数字程控交换机（PBX），一侧通过IP网络与IPPBX连接，实现IPP-BX与PSTN的互连互通，将IP网络与固定电话网络、移动网络完美结合，实现对公网、专网有线、无线用户的综合指挥调度。
IPPBX融合PBX、语音网关、IP路由和防火墙等多种功能，可直接连接IP语音网络，也可以直接连接模拟语音网络，将语音和数据通信服务融合到一个通信平台中。
井上基站（地面AP）是为了配合地面无线信号的覆盖，类似小灵通大基站，采用大功率基站来覆盖，除了能满足语音通信外，还能为地面办公室人员的无线上网、中短途数据传输等提供服务。
矿用本安交换机为解决井下IP数据汇聚传输的设备。矿用本安无线基站（井下AP）是无线网络的接入点、无线收发单元，是移动终端与矿用交换机之间的无线通信传输中转站。
矿用本安手机是本质安全型基于语音的无线IP电话，能提供VoIP功能，可共享IP网络，同时具有商用手机的各种功能。
2.2系统功能特点
（1）系统传输基于现在矿上已有的基于IP的工业以太网，基站的供电以集中远程为主，就地取电为辅，基站信号传输以铜缆为主，干线传输以光缆为主。系统通讯线路采用灵活方便的星型结合树型的混合拓扑结构，其中任一过程点出现异常，对其它基站没有影响；同时系统通讯设备采用标准TCP/IP协议，具有很强的网管能力。
（2）通过高性能语音网关作为中心语音网关设备，在组网能力、互通兼容性等方面都具有良好的支持，支持各级VoIP规模的产品，有E1语音模块，支持FXO、FXS等接口，连接PBX或普通电话，实现语音信号在传统电路交换网络和IP网络之间的转换，为煤矿企业提供高质量、低费用的语音互联。
（3）利用现成的工业以太环网为干线，对矿方用户综合成本低，维护及时；通过开放的WiFi协议，可方便接入符合WiFi协议标准的设备，将宽带无线通讯技术引入井下，实现矿井宽带无线数据通讯，系统可通过网关设备与调度系统无缝连接，实现全矿井安全生产各环节的无线数据传输。
（4）IPPBX融合TDM、VoIP、软交换等多种通信领域的先进技术，通过与模拟语音网络的连接，可保护原有投资和兼容传统语音网络，通过IP语音网络连接能有效地减少电缆的铺设，增加通信网络的可移动性、可扩展性；由于基站功率小，约3～5W，每对线路上电流可以很小，如用井下照明电127V，线路上可限制最大电流为40～50mA，施工及维护简单。
（5）基站中的AP设备网管和SIP数据以端口分开，SIP数据提供给IPPBX进行语音及短消息等处理。网管提供对AP的各参数设置，同时网管定时取AP中的终端用户数据，以AP的地址+SSID作为人员定位的依据。
2.3系统通讯过程
根据煤矿实际情况和需要，在井上、井下设立若干个无线通信基站（AP），建立WiFi网络覆盖井下巷道，系统通过带有WiFi模块的手机等WiFi终端设备来进行通信。位于地面的管理主机通过交换机分配给进入到无线信号覆盖区域的每台WiFi终端设备一个IP地址，同时存入数据库。在通电的情况下，AP会向周围发射信号，用以侦听带有WiFi终端设备的存在；WiFi终端设备每隔一定时间向AP主动发射信号，发射周期可根据用户实际需要自行设置，AP接收到WiFi终端设备发出的信号后并将信号矿用网络交换机上传到地面管理主机，这样管理主机就可判断并记录其具体分布位置等信息。
呼叫时AP收到WiFi终端发出的无线信号，并将其调制打包后通过矿用交换机送到地面管理主机，经软件处理后又经矿用网络交换机送到覆盖被呼叫WiFi终端所在区域的AP，被呼叫WiFi终端接收信号后经过振铃提示并调制成语音给WiFi终端持有者，完成一次通话。
结束语：由于WiFi的传输速度远高于小灵通，且WiFi的频段在世界范围内是无需任何电信运营执照的开放频段，因此WiFi无线设备提供一个世界范围内可使用、费用极低且数据带宽极高的无线空中接口。WiFi通讯系统凭借其优异的功能和性能势必成为煤矿安全通讯不可或缺的利器。
参考文献
[1]陈文周.WiFi技术研究及应用［J］.数据通信，2010（2）：14-17.
[2]杨娟，郭江涛.WiFi通讯技术在煤矿井下的应用［J］.煤矿安全，2010（2）：49-51.
论文作者:邹善亮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/3/2
标签：基站论文; 网络论文; 系统论文; 井下论文; 语音论文; 煤矿论文; 终端论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;