無線自組網(wǎng)在井下語音通信及定位的應用

摘要：井下語音通信是煤礦安全系統(tǒng)的組成部分，隨著電子通訊技術的發(fā)展，已陸續(xù)推出幾代產品。無線自組織網(wǎng)絡技術的自我配置、多跳式無線接力聯(lián)接、不需要基礎通信設施、低功耗和較低的成本等特性正好適應井下無線通信的特點，同時能夠增加調度功能，這是傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)所不具備的。
關鍵詞：無線自組網(wǎng)；語音通信系統(tǒng)；手持機；通信協(xié)議

0 引言
    煤礦井下的無線通信受到無線電波在“限定空間”中傳播特性的約束，一直是老大難問題，通信使用的頻率要高于礦井的“截止頻率”，不能使用擾射性能較好的短波頻率，而直線傳播的超短波、微波等頻率又受到井下不規(guī)則地形的影響，傳輸距離大大減少，因此在井下基本上使用的是有線無線通信方式相結合的通信方式，只是適當?shù)財U大了有線網(wǎng)的覆蓋范圍，在井下工作區(qū)域變動較大工作面(尤其是掘進工作面)不能很好地提供通信服務。另外，目前井下采用的小靈通語音通話系統(tǒng)不具備指揮調度功能，在非常時刻往往會發(fā)生通信堵塞甚至系統(tǒng)崩潰。
    無線自組織網(wǎng)絡技術的自我配置、多跳式無線接力聯(lián)接、不需要基礎通信設施、低功耗和較低的成本等特性正好適應井下無線通信的特點。可以用較高的頻率，用視距聯(lián)接的方式配置通信節(jié)點，就能實現(xiàn)較好的無線連接。由于每個通信節(jié)點只是與其相鄰的節(jié)點通信，因而不需要較大的發(fā)射功率，既降低了每個通信節(jié)點的成本又降低功耗，完全可以采用電池供電方案，增加了通信系統(tǒng)的靈活性，便于安裝和維護。

1 系統(tǒng)原理和構成及主要技術參數(shù)
1．1 系統(tǒng)原理
1．1．1 硬件部分工作原理
    KJ322型煤礦用移動目標管理系統(tǒng)用于煤礦井下人員考勤和移動目標跟蹤，井上中心服務器通過光纖網(wǎng)絡與井下的礦用分站連通；而礦用無線分站通過無線網(wǎng)絡(工作在特高頻2 400 MHz附近)連到就近礦用分站，并通過其與地面的主機連通；它們將檢測到的識別卡信息(工作在高頻915 MHz附近)送到地面的主機中，使系統(tǒng)完成井下人員識別與監(jiān)測的功能。系統(tǒng)一般由中心服務器、操作終端、礦用分站、礦用無線分站、識別卡、光纖網(wǎng)絡、接線盒等其他必要設備組成。礦用分站、礦用無線分站為隔爆兼本安型，識別卡為本質安全型。防爆型設備符合GB 3836的規(guī)定。

    語音通信系統(tǒng)在KJ322型煤礦用移動目標管理系統(tǒng)基礎上實現(xiàn)了語音通訊功能。該系統(tǒng)在移動目標管理系統(tǒng)基礎上增加了語音服務器和手持機等設備。手持機通過無線網(wǎng)絡(工作在特高頻2 400 MHz附近)連接就近礦用分站或礦用無線分站，并通過它們與地面的語音服務器連通，共同組成一體的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)語音通話功能。
1．1．2 軟件部分工作原理
    軟件模塊分為：通信采集模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊、數(shù)據(jù)存儲訪問模塊、數(shù)據(jù)優(yōu)化模塊、雙機熱備模塊和數(shù)據(jù)庫模塊。各個模塊既相對獨立，又相互聯(lián)系，形成一個有機的整體。從而無論從部署安裝、發(fā)布、使用、擴展升級均變得相對簡單和容易。同時，各個模塊遵從國內和國際軟件設計標準，維護容易。因而與第三方系統(tǒng)的集成非常容易，不會存在信息孤島。軟件所采用的技術有：C++、C#、NHibemate、ASP．net、Ajax、WebService、Jscript、Vbscript、XML、SVG、WML、多線程，線程調度、大數(shù)據(jù)量高效處理算法，專用通信協(xié)議設計等。
1．2 系統(tǒng)的構成
    KJ322型人員管理及無線語音系統(tǒng)主要由監(jiān)控計算機、系統(tǒng)軟件、礦用分站、礦用無線分站、手持機等組成。
1．2．1 礦用分站
    礦用分站是KJ322型礦用人員管理系統(tǒng)的固定終端，在煤礦井下的系統(tǒng)的布設中起到支撐作用，是無線與有線之間的轉接設備，并且可以在一定程度上不依賴井上的中心設備管理無線自組網(wǎng)工作。并通過光纜與地面的主機連通，其能檢測到附近的識別卡信息(工作在高頻915 MHz附近)，也可通過無線網(wǎng)絡(工作在特高頻2 400 MHz附近)連到就近礦用無線分站。
1．2．2 礦用無線分站
    礦用無線分站通過無線網(wǎng)絡(工作在特高頻2 400 MHz附近)連到就近礦用分站。
1．2．3 手持機
    手持機是井下無線語音通訊的移動終端，與礦用分站或礦用無線分站的2 400 MHz無線網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)手持機的無線語音通訊功能。
1．3 系統(tǒng)參數(shù)及指標
    (1)礦用分站與礦用無線分站、礦用無線分站與礦用無線分站、礦用分站與手持機的無線傳輸距離不小于40 m(地面遮擋)；
    (2)礦用分站與中心站最大傳輸距離不小于10 km；
    (3)最大監(jiān)控容量：系統(tǒng)允許接入的礦用分站數(shù)量不小于8個，每個礦用分站最多連接4臺礦用無線分站；
    (4)雙機切換時間：工作主機故障時備用主機應自動投入工作，從故障到正常工作時間不大于5 min；
    (5)系統(tǒng)支持平臺軟件：服務器：Windows2003 Server；終端計算機：98／2000／XP／2003／2008；數(shù)據(jù)庫：SQL server2005。

2 系統(tǒng)功能
2．1 語音通話功能
    (1)呼叫、通話、掛斷功能；(2)顯示被叫號碼功能；(3)振動，回鈴音播放功能。
    手持機能夠提供無線多跳自組網(wǎng)功能，該網(wǎng)絡為無中心網(wǎng)，節(jié)點數(shù)為16，網(wǎng)內節(jié)點之間能夠通過無線多跳路由功能實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)在網(wǎng)內的通訊。
    網(wǎng)內支持3路電話會議，即3個節(jié)點同時發(fā)送語音，能夠被覆蓋范圍內的節(jié)點收到并混音播放。
2．2 短消息功能
    支持拼音、英文、數(shù)字輸入法。
    支持手持機之間短消息的收發(fā)，同時提供存儲、查詢、刪除短消息等常見操作。
2．3 漫游功能
    在正常模式下，手持機可在各礦用分站和礦用無線分站之間自由移動，語音通話和短消息。
2．4 調度功能
    人工調度功能：用戶呼叫控制臺，控制臺人員接通電話后，根據(jù)用戶要求選擇目的用戶(包括全網(wǎng)、采掘面或個體手持機用戶)，并退出此次通話，此時，用戶相當于直接呼叫目的用戶。
    注：目的用戶為全網(wǎng)、采掘面用戶時，為全網(wǎng)廣播或采掘面廣播。
    自動調度功能：語音服務器自動轉接用戶的語音通話信息。
2．5 管理功能
    錄入手持機信息，包括號碼、IP、所屬單位、持有人等；查詢手持機信息，可以通過人名或部門及職位查詢手持機號碼，或通過手持機號碼查詢持有人的相關信息。

3 結束語
    本文闡述的技術特點是將無線自組網(wǎng)技術應用于煤礦井下無線語音通信系統(tǒng)，并將該套語音通信系統(tǒng)與現(xiàn)有的KJ322型移動目標管理系統(tǒng)及調度系統(tǒng)相兼容，大大提高資源利用率，提升了井下語音通信水平。本設計的宗旨是要為煤礦提供一套簡單、多功能、高效率的通信系統(tǒng)。