無(wú)線自組網(wǎng)在井下語(yǔ)音通信及定位的應(yīng)用

摘要：井下語(yǔ)音通信是煤礦安全系統(tǒng)的組成部分，隨著電子通訊技術(shù)的發(fā)展，已陸續(xù)推出幾代產(chǎn)品。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自我配置、多跳式無(wú)線接力聯(lián)接、不需要基礎(chǔ)通信設(shè)施、低功耗和較低的成本等特性正好適應(yīng)井下無(wú)線通信的特點(diǎn)，同時(shí)能夠增加調(diào)度功能，這是傳統(tǒng)無(wú)線通信系統(tǒng)所不具備的。
關(guān)鍵詞：無(wú)線自組網(wǎng)；語(yǔ)音通信系統(tǒng)；手持機(jī)；通信協(xié)議

0 引言
    煤礦井下的無(wú)線通信受到無(wú)線電波在“限定空間”中傳播特性的約束，一直是老大難問(wèn)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(wú)線通信方式相結(jié)合的通信方式，只是適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)大了有線網(wǎng)的覆蓋范圍，在井下工作區(qū)域變動(dòng)較大工作面(尤其是掘進(jìn)工作面)不能很好地提供通信服務(wù)。另外，目前井下采用的小靈通語(yǔ)音通話系統(tǒng)不具備指揮調(diào)度功能，在非常時(shí)刻往往會(huì)發(fā)生通信堵塞甚至系統(tǒng)崩潰。
    無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自我配置、多跳式無(wú)線接力聯(lián)接、不需要基礎(chǔ)通信設(shè)施、低功耗和較低的成本等特性正好適應(yīng)井下無(wú)線通信的特點(diǎn)?？梢杂幂^高的頻率，用視距聯(lián)接的方式配置通信節(jié)點(diǎn)，就能實(shí)現(xiàn)較好的無(wú)線連接。由于每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)只是與其相鄰的節(jié)點(diǎn)通信，因而不需要較大的發(fā)射功率，既降低了每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)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(hù)。

1 系統(tǒng)原理和構(gòu)成及主要技術(shù)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(dòng)目標(biāo)管理系統(tǒng)用于煤礦井下人員考勤和移動(dòng)目標(biāo)跟蹤，井上中心服務(wù)器通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)與井下的礦用分站連通；而礦用無(wú)線分站通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(工作在特高頻2 400 MHz附近)連到就近礦用分站，并通過(guò)其與地面的主機(jī)連通；它們將檢測(cè)到的識(shí)別卡信息(工作在高頻915 MHz附近)送到地面的主機(jī)中，使系統(tǒng)完成井下人員識(shí)別與監(jiān)測(cè)的功能。系統(tǒng)一般由中心服務(wù)器、操作終端、礦用分站、礦用無(wú)線分站、識(shí)別卡、光纖網(wǎng)絡(luò)、接線盒等其他必要設(shè)備組成。礦用分站、礦用無(wú)線分站為隔爆兼本安型，識(shí)別卡為本質(zhì)安全型。防爆型設(shè)備符合GB 3836的規(guī)定。

    語(yǔ)音通信系統(tǒng)在KJ322型煤礦用移動(dòng)目標(biāo)管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音通訊功能。該系統(tǒng)在移動(dòng)目標(biāo)管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了語(yǔ)音服務(wù)器和手持機(jī)等設(shè)備。手持機(jī)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(工作在特高頻2 400 MHz附近)連接就近礦用分站或礦用無(wú)線分站，并通過(guò)它們與地面的語(yǔ)音服務(wù)器連通，共同組成一體的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)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(chǔ)訪問(wèn)模塊、數(shù)據(jù)優(yōu)化模塊、雙機(jī)熱備模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。各個(gè)模塊既相對(duì)獨(dú)立，又相互聯(lián)系，形成一個(gè)有機(jī)的整體。從而無(wú)論從部署安裝、發(fā)布、使用、擴(kuò)展升級(jí)均變得相對(duì)簡(jiǎn)單和容易。同時(shí)，各個(gè)模塊遵從國(guó)內(nèi)和國(guó)際軟件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，維護(hù)容易。因而與第三方系統(tǒng)的集成非常容易，不會(huì)存在信息孤島。軟件所采用的技術(shù)有：C++、C#、NHibemate、ASP．net、Ajax、WebService、Jscript、Vbscript、XML、SVG、WML、多線程，線程調(diào)度、大數(shù)據(jù)量高效處理算法，專(zhuān)用通信協(xié)議設(shè)計(jì)等。
1．2 系統(tǒng)的構(gòu)成
    KJ322型人員管理及無(wú)線語(yǔ)音系統(tǒng)主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)軟件、礦用分站、礦用無(wú)線分站、手持機(jī)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(shè)中起到支撐作用，是無(wú)線與有線之間的轉(zhuǎn)接設(shè)備，并且可以在一定程度上不依賴井上的中心設(shè)備管理無(wú)線自組網(wǎng)工作。并通過(guò)光纜與地面的主機(jī)連通，其能檢測(cè)到附近的識(shí)別卡信息(工作在高頻915 MHz附近)，也可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(工作在特高頻2 400 MHz附近)連到就近礦用無(wú)線分站。
1．2．2 礦用無(wú)線分站
    礦用無(wú)線分站通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(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(jī)
    手持機(jī)是井下無(wú)線語(yǔ)音通訊的移動(dòng)終端，與礦用分站或礦用無(wú)線分站的2 400 MHz無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)手持機(jī)的無(wú)線語(yǔ)音通訊功能。
1．3 系統(tǒng)參數(shù)及指標(biāo)
    (1)礦用分站與礦用無(wú)線分站、礦用無(wú)線分站與礦用無(wú)線分站、礦用分站與手持機(jī)的無(wú)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(gè)，每個(gè)礦用分站最多連接4臺(tái)礦用無(wú)線分站；
    (4)雙機(jī)切換時(shí)間：工作主機(jī)故障時(shí)備用主機(jī)應(yīng)自動(dòng)投入工作，從故障到正常工作時(shí)間不大于5 min；
    (5)系統(tǒng)支持平臺(tái)軟件：服務(wù)器：Windows2003 Server；終端計(jì)算機(jī)：98／2000／XP／2003／2008；數(shù)據(jù)庫(kù)：SQL server2005。

2 系統(tǒng)功能
2．1 語(yǔ)音通話功能
    (1)呼叫、通話、掛斷功能；(2)顯示被叫號(hào)碼功能；(3)振動(dòng)，回鈴音播放功能。
    手持機(jī)能夠提供無(wú)線多跳自組網(wǎng)功能，該網(wǎng)絡(luò)為無(wú)中心網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為16，網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間能夠通過(guò)無(wú)線多跳路由功能實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)在網(wǎng)內(nèi)的通訊。
    網(wǎng)內(nèi)支持3路電話會(huì)議，即3個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送語(yǔ)音，能夠被覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)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(jī)之間短消息的收發(fā)，同時(shí)提供存儲(chǔ)、查詢、刪除短消息等常見(jiàn)操作。
2．3 漫游功能
    在正常模式下，手持機(jī)可在各礦用分站和礦用無(wú)線分站之間自由移動(dòng)，語(yǔ)音通話和短消息。
2．4 調(diào)度功能
    人工調(diào)度功能：用戶呼叫控制臺(tái)，控制臺(tái)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(gè)體手持機(jī)用戶)，并退出此次通話，此時(shí)，用戶相當(dāng)于直接呼叫目的用戶。
    注：目的用戶為全網(wǎng)、采掘面用戶時(shí)，為全網(wǎng)廣播或采掘面廣播。
    自動(dòng)調(diào)度功能：語(yǔ)音服務(wù)器自動(dòng)轉(zhuǎn)接用戶的語(yǔ)音通話信息。
2．5 管理功能
    錄入手持機(jī)信息，包括號(hào)碼、IP、所屬單位、持有人等；查詢手持機(jī)信息，可以通過(guò)人名或部門(mén)及職位查詢手持機(jī)號(hào)碼，或通過(guò)手持機(jī)號(hào)碼查詢持有人的相關(guān)信息。

3 結(jié)束語(yǔ)
    本文闡述的技術(shù)特點(diǎn)是將無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下無(wú)線語(yǔ)音通信系統(tǒng)，并將該套語(yǔ)音通信系統(tǒng)與現(xiàn)有的KJ322型移動(dòng)目標(biāo)管理系統(tǒng)及調(diào)度系統(tǒng)相兼容，大大提高資源利用率，提升了井下語(yǔ)音通信水平。本設(shè)計(jì)的宗旨是要為煤礦提供一套簡(jiǎn)單、多功能、高效率的通信系統(tǒng)。