基于WiFi技術(shù)在井下無線通訊應(yīng)用

1、基于wifi技術(shù)在井下無線通訊應(yīng)用摘 要：wifi技術(shù)和voip技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用到煤礦井 下是一種新的解決礦井無線通訊方案，其主要是發(fā)展一種低 成本的無線網(wǎng)絡(luò)，在煤礦有較好的發(fā)展前景。本文根據(jù)煤礦 對井下無線調(diào)度系統(tǒng)的需求，提出將wifi無線技術(shù)與voip 技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)井下無線調(diào)度通信系統(tǒng)的方案。關(guān)鍵詞：wifi技術(shù)；voip技術(shù)；ip電話井下通信系統(tǒng)是煤礦安全防護(hù)及生產(chǎn)調(diào)度必不可少的 設(shè)施，目前我國井下主要通信為有線方式。由于井下環(huán)境差, 巷道分布多，干擾信號源多，對井下無線通信造成極大的阻 礙，但隨著技術(shù)發(fā)展，近年泄露技術(shù)、小靈通技術(shù)、無線對 講技術(shù)及wifi技術(shù)相繼用于煤礦井下。尤其是w

2、ifi技術(shù)和 voip技術(shù)的相結(jié)合具有很多優(yōu)勢，正大規(guī)模的應(yīng)用于井下的 各個方面。1 wifi技術(shù)分析1. 1 wifi技術(shù)簡介wifi (wireless fidlity)又稱為 802. lib 標(biāo)準(zhǔn)，使用2. 4ghz直接序列擴頻，最大傳輸速率為54bit/s,并可根據(jù) 信號強弱把傳輸速率調(diào)整為5. 5bit/s、2bit/s及l(fā)bit/s, 在2. 4ghz及5ghz頻段上免許可，具有成本低、終端便攜、 寬帶等特點，組網(wǎng)系統(tǒng)主要包括無線站點、ap節(jié)點及網(wǎng)絡(luò)服 務(wù)器，站點和節(jié)點之間可以實現(xiàn)級聯(lián)連接或組建局域網(wǎng)，站 點可以實現(xiàn)集線器的所有功能?？偟膩碚f，wifi技術(shù)屬于短 距離無線技術(shù)，覆

3、蓋范圍可達(dá)幾百米，使用的是2. 4ghz附 近的頻段°wifi有著“無線版本以太網(wǎng)”的美稱，世界上至 少有80%以上的局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)技術(shù)，其幾乎可以視為以 太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)在無線領(lǐng)域的延伸。由于wifi協(xié)議本身限制其設(shè) 備的功率，使無線設(shè)備可以設(shè)計成符合煤礦安全要求的本質(zhì) 安全型設(shè)備，增加在井下的使用范圍，并且可以改變井下無 線通訊長久以來一直徘徊在窄頻范圍的現(xiàn)狀，使無線通訊方 式在井下得到更多的運用。1.2 wifi與相關(guān)技術(shù)的比較目前國內(nèi)外礦井無線通信方式主要有漏泄通信、感應(yīng)通 信、透地通信、phs （小靈通）通信、3g （大靈通）通信系 統(tǒng)等。與wifi技術(shù)相比，漏泄通信系統(tǒng)存在著抗

4、災(zāi)變能力差、 大量的串聯(lián)中繼設(shè)備導(dǎo)致可靠性差、系統(tǒng)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。而感應(yīng) 通信系統(tǒng)存在著體積大、重量重、信道容量小、通信距離短 等問題。面臨同樣問題的是透地通信系統(tǒng)存在著設(shè)備體積 大、重量重、信道容量小、地面設(shè)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(tǒng)與3g （大靈通）通信系統(tǒng)都存 在著基站控制器和基站非本質(zhì)安全型防爆、系統(tǒng)不具備冗余 功能、抗災(zāi)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?？紤]到礦井下的特殊性和經(jīng)濟性，還是 選用wi

5、fi更適合井下局域網(wǎng)的環(huán)境。1. 3 wifi網(wǎng)絡(luò)基本工作原理wifi的典型配置一般包括一個或多個接入點access point (ap)及一個或多個客戶端。每個接入點(ap)每隔 一定時間將服務(wù)單元標(biāo)識ssid (service set identifier) 經(jīng)由beacons (信號臺)封包廣播一次?；谌鐂sid這樣的 設(shè)置，客戶端可以決定是否聯(lián)結(jié)到某個接入點(ap)。若同 一個ssid的兩個接入點(ap)都在客戶端的接收范圍內(nèi)， 客戶端可以更具信號的強度選擇與那個接入點的ssid聯(lián)結(jié)。1.4 wifi網(wǎng)絡(luò)的操作模式ieee802. 11標(biāo)準(zhǔn)定義兩種基本操作模式： infrastruc

6、ture模式和ad hoc自組網(wǎng)絡(luò)模式。(1) infrastructure模式，屬于有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無 線局域網(wǎng)。組成結(jié)構(gòu)至少包括一個與無線網(wǎng)絡(luò)連接的無線接 入點ap,模式也可以通過門橋提供與有線網(wǎng)絡(luò)即因特網(wǎng)入口 相連接的可能性。這種配置(一個ap及若干站點的組合) 可以構(gòu)成一個基本服務(wù)集合bss。在通一個bss覆蓋范圍內(nèi), 所有的站點都使用相同的無線頻率。(2) ad hoc自組網(wǎng)絡(luò)模式。由一組客戶終端組成，作 為獨立的基本服務(wù)單元bss即ibss (independent ba.sic service set)o該模式不需要任何基礎(chǔ)設(shè)施(如接入點ap 或到分配系統(tǒng)的連接)的支持就可以實現(xiàn)

7、其覆蓋范圍內(nèi)的站 點之間的通信。每個站點不需要通過接入點ap就都可以與 相同ibss下的任何其他站點建立通信。2 voip技術(shù)分析2. 1 voip的基本原理與實現(xiàn)方式(1) voip的基本原理voip (voice over ip)其實就是ip電話，是基于ip 網(wǎng)絡(luò)的語音傳輸技術(shù)。其基本原理是通過語音壓縮算法對語 音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼處理，然后把這些語音數(shù)據(jù)按相關(guān)協(xié)議 進(jìn)行打包，經(jīng)過ip網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳輸?shù)浇邮盏兀侔堰@些 語音數(shù)據(jù)包串起來，經(jīng)過解碼解壓縮處理后，恢復(fù)成原來的 語音信號，從而達(dá)到由ip網(wǎng)絡(luò)傳送語音的目的。ip電話系 統(tǒng)把普通電話的模擬信號轉(zhuǎn)換成計算機可以接入因特網(wǎng)傳 送的ip數(shù)據(jù)

8、包，同時也將接收到的ip數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成聲音的 模擬電信號。廣義的voip技術(shù)還可以進(jìn)行包括話音、傳真、 數(shù)據(jù)甚至圖像的傳輸。(2) voip的實現(xiàn)方式目前，voip終端的實現(xiàn)方式主要有3種：帶揚聲器的個 人電腦pc、傳統(tǒng)電話機、ip電話機。每種終端連接不同的 網(wǎng)絡(luò)，并且都支持相互間的通信。其中，ip電話機是一種新 的電話終端，具有以太網(wǎng)或非對稱數(shù)字用戶線路adsl借口， 只需將ip話機連接在家中的寬帶網(wǎng)接口上，并通過話機鍵 向服務(wù)提供商進(jìn)行注冊，就可以像普通電話機一樣進(jìn)行通 信。3基于wifi的井下無線通信系統(tǒng)原理與模型建立3. 1井下無線通信系統(tǒng)工作原理井下無線通信系統(tǒng)是基于wifi無線網(wǎng)絡(luò)和

9、tcp/ip協(xié)議 為基本構(gòu)架，以礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為整個系統(tǒng)的主干傳輸平 臺，形成有線主干與無線終端相結(jié)合的方式，覆蓋礦井部分 或全部巷道及地面相關(guān)區(qū)域，最終實現(xiàn)煤礦寬帶無線通訊。 系統(tǒng)工作原理簡單來說就是位于地面的管理主機通過交換 機為進(jìn)入到無線信號覆蓋區(qū)域的每一臺手持機分配一個ip 地址，并自動為其在管理軟件中注冊，將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫， 注冊后的ip話機即可進(jìn)行正常通話。3.2基于wifi的井下無線通信系統(tǒng)模型建立在煤礦井下工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)井下無線 調(diào)度通信系統(tǒng)的需求與目標(biāo)，建立以下基于wifi技術(shù)的井 下無線調(diào)度通信系統(tǒng)模型，如圖1.1：基于wifi的井下無線調(diào)度通信系統(tǒng)實際上

10、就是用軟交 換技術(shù)實現(xiàn)ip電話的控制系統(tǒng)即ippbx；然后通過wifi無 線技術(shù)將承載話音的ip包傳輸?shù)骄拢瑢崿F(xiàn)井下的wifi無 線通信；并通過軟件編程實現(xiàn)對ip電話的調(diào)度功能。該模 型可分為三層結(jié)構(gòu)：(1)數(shù)據(jù)源：包括wifi手機，ip電話, 廣播等多媒體終端。這些終端的信息經(jīng)過voip處理器編碼, 打包；經(jīng)過模數(shù)，數(shù)模轉(zhuǎn)換；及射頻發(fā)射和接收來實現(xiàn)與wifi 網(wǎng)交換數(shù)據(jù)。(2)承載傳輸層：包括井下wifi無線網(wǎng)絡(luò)、 及各種協(xié)議接口。該層負(fù)責(zé)將承載了語音的ip包通過傳輸 網(wǎng)送達(dá)目的地。(3)應(yīng)用處理層：包括ippbx.調(diào)度臺、調(diào) 度主機、媒體服務(wù)器等。該層負(fù)責(zé)呼叫控制、強拆、錄音等 功能。3

11、. 3 wifi技術(shù)在礦井應(yīng)用中的主要優(yōu)勢wifi技術(shù)就是基于802. 11標(biāo)準(zhǔn)建立的，它具有部署方 便、成本低廉、傳輸速率高、抗干擾能力強、靈活性好等優(yōu) 點。(1) 無線電波的覆蓋范圍廣wifi的覆蓋半徑基本上能達(dá)到100米左右，而普通的藍(lán) 牙技術(shù)基本上只能覆蓋15米左右半徑的區(qū)域。(2) 價格低廉wifi網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本相對于傳統(tǒng)的局域網(wǎng)布線成本要 低，wifi網(wǎng)絡(luò)只需要安裝一定數(shù)量的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(ap)就 可以滿足制定區(qū)域信號的覆蓋，可以避免固定局域網(wǎng)繁瑣的 布線工程。(3) 傳輸速率快，網(wǎng)絡(luò)可靠性高wifi最高帶寬為11mbps,在信號較弱或有干擾的情況 下，帶寬可以調(diào)整為5. 5或2. 1mbps,帶寬的調(diào)整有效地保 障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。4結(jié)束語wifi無線傳輸技術(shù)是當(dāng)前信息領(lǐng)域的研究熱點，基于 wifi技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用層出不窮。本文緊跟通信技術(shù)前沿，分 析了基于wifi無線技術(shù)的井下無線通信系統(tǒng)，可以有效地 將井下數(shù)據(jù)信息傳遞到地面調(diào)度中心。憑借wifi技術(shù)的無 線節(jié)點可以移動、組網(wǎng)快速簡單、成