張少華

（1.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶400037；2.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400037）

基于SIP和SNMP協(xié)議的礦用救災(zāi)通訊軟件設(shè)計(jì)

張少華1，2

（1.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶400037；2.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400037）

根據(jù)礦井救援工作的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了礦用救災(zāi)無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)的管理軟件。該系統(tǒng)軟件采用SIP、SNMP與自定義協(xié)議相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話(huà)、視頻數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳功能；同時(shí)，提出利用SNMP協(xié)議與第三方固件相結(jié)合的方式對(duì)無(wú)線(xiàn)中繼器進(jìn)行組網(wǎng)管理，實(shí)現(xiàn)了礦用手機(jī)在無(wú)線(xiàn)中繼器間的無(wú)障礙漫游通話(huà)。

礦井救援；無(wú)線(xiàn)中繼器；SIP協(xié)議；SNMP協(xié)議；無(wú)線(xiàn)通信

0 引言

應(yīng)急救援是一項(xiàng)需要統(tǒng)一指揮、多方配合的工作，實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)救援工作表明，在第一時(shí)間建立救援現(xiàn)場(chǎng)與救援指揮部的通信聯(lián)系，讓指揮部及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)組織各方力量、制定科學(xué)的救援方案有著重要意義[1]。

但是，由于應(yīng)急救援工作的救援地點(diǎn)具有不確定性，在一些地方很難保證在救援工作進(jìn)行過(guò)程中，事故現(xiàn)場(chǎng)與救援指揮部之間的通信暢通。特別是一些存在較高事故風(fēng)險(xiǎn)的小型礦井往往地處山區(qū)，通信狀況比較惡劣，當(dāng)這類(lèi)礦井發(fā)生事故時(shí)，周邊通信環(huán)境常常不能滿(mǎn)足應(yīng)急救援的實(shí)際需要。因此，確保救援人員的人身安全，讓救援基地與災(zāi)區(qū)的救援人員保持實(shí)時(shí)語(yǔ)音通信，把災(zāi)區(qū)的視頻信息和環(huán)境參數(shù)及時(shí)傳回救援基地，為救援決策提供參考，推動(dòng)救援工作順利開(kāi)展，對(duì)于整個(gè)救援任務(wù)安全成功地完成具有十分重要的意義[2?3]。

基于礦井救援工作的實(shí)際需要，采用SIP、SNMP協(xié)議與自定義協(xié)議相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了礦用救災(zāi)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的管理軟件。

1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

礦用救災(zāi)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)主要由防爆計(jì)算機(jī)、無(wú)線(xiàn)中繼器、礦用手機(jī)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和多參數(shù)傳感器組成；其實(shí)現(xiàn)的功能是通過(guò)無(wú)線(xiàn)中繼器在井下救援指揮基地和事故現(xiàn)場(chǎng)之間建立起無(wú)線(xiàn)WiFi串行網(wǎng)絡(luò)，井下救援指揮基地和事故現(xiàn)場(chǎng)的礦用手機(jī)通過(guò)這條串行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信；同時(shí)在該串行網(wǎng)絡(luò)間布設(shè)多個(gè)無(wú)線(xiàn)多參數(shù)傳感器，將救援現(xiàn)場(chǎng)的溫度、氧氣、一氧化碳和甲烷等環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街笓]基地的防爆計(jì)算機(jī)；串行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中還可以布設(shè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，把救援現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像傳輸?shù)骄轮笓]基地，供井下指揮基地進(jìn)行決策。

系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)采用MVC設(shè)計(jì)模式，以降低系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜度，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能是對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線(xiàn)中繼器進(jìn)行管理；維護(hù)手機(jī)網(wǎng)

絡(luò)注冊(cè)、手機(jī)間通話(huà)；同時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器采集到的視頻數(shù)據(jù)以及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸上傳到防爆計(jì)算機(jī)端。系統(tǒng)軟件功能模塊框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)管理軟件功能框圖

1.2 無(wú)線(xiàn)中繼器管理功能模塊設(shè)計(jì)

無(wú)線(xiàn)中繼器管理功能模塊主要是采用SNMP協(xié)議與第三方固件相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)中繼器數(shù)據(jù)漫游和無(wú)線(xiàn)中繼器信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)值提取。無(wú)線(xiàn)中繼器數(shù)據(jù)漫游主要是通過(guò)在中繼器固件程序中以配置級(jí)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)；無(wú)線(xiàn)中繼器信號(hào)強(qiáng)度值則是利用SNMP協(xié)議對(duì)中繼器發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析獲取，其實(shí)現(xiàn)程序流程圖如圖2所示[4]。

圖2 中繼器信號(hào)強(qiáng)度值獲取程序流程圖

1.3 SIP服務(wù)器管理功能模塊設(shè)計(jì)

SIP服務(wù)器管理功能模塊的實(shí)現(xiàn)主要是基于IETF提出的IP信令協(xié)議SIP，其主要功能是用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)參與者之間創(chuàng)建，修改或終止會(huì)話(huà)，是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。SIP網(wǎng)絡(luò)中主要包括代理服務(wù)器、注冊(cè)服務(wù)器和重定向服務(wù)器[5?6]。

根據(jù)實(shí)際需要，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了代理服務(wù)器和注冊(cè)服務(wù)器，沒(méi)有涉及到重定向服務(wù)器。代理服務(wù)器和注冊(cè)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)為一個(gè)實(shí)體實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)注冊(cè)和信息轉(zhuǎn)發(fā)的功能。

具體實(shí)現(xiàn)功能框圖如圖3所示。

（1）礦用手機(jī)管理功能模塊

該功能模塊主要是對(duì)系統(tǒng)中應(yīng)用到的礦用手機(jī)進(jìn)行管理，其主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)礦用手機(jī)的在線(xiàn)狀態(tài)顯示，礦用手機(jī)的添加、修改、刪除配置操作。

圖3 SIP服務(wù)器功能框圖

（2）會(huì)話(huà)管理功能模塊

該功能模塊主要是對(duì)系統(tǒng)中通話(huà)的礦用手機(jī)狀態(tài)信息進(jìn)行管理。狀態(tài)信息主要包括：每次通話(huà)的發(fā)起方、接聽(tīng)方、呼叫日期、呼叫時(shí)間、結(jié)束時(shí)間。

（3）通話(huà)日志功能模塊

記錄通話(huà)信息，如果設(shè)為錄音，可以查聽(tīng)錄音內(nèi)容。其主要以時(shí)間為序，記錄通話(huà)信息。

（4）參數(shù)配置功能模塊

該功能模塊主要是針對(duì)于SIP服務(wù)器功能屬性所設(shè)置。

1.4 環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)采集通信協(xié)議設(shè)計(jì)

環(huán)境數(shù)據(jù)上傳功能模塊主要采用自定義通信協(xié)議將多參數(shù)傳感器采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)中繼器傳輸?shù)娇蛻?hù)端防爆計(jì)算機(jī)。通信協(xié)議定義如圖4所示。

圖4 環(huán)境數(shù)據(jù)上傳通信協(xié)議

55H：數(shù)據(jù)幀幀頭標(biāo)志；

AAH：數(shù)據(jù)幀幀頭標(biāo)志；

Status Type：幀類(lèi)型；

CMD：命令字節(jié)；

Data Length：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，為此字節(jié)后的所有數(shù)據(jù)，包括D1～Dn和校驗(yàn)字；

2A：報(bào)文結(jié)束標(biāo)示；

校驗(yàn)字：從幀頭標(biāo)志到報(bào)文結(jié)束標(biāo)示之間所有數(shù)據(jù)異或結(jié)果。

1.5 視頻數(shù)據(jù)上傳功能模塊設(shè)計(jì)

該功能模塊的實(shí)現(xiàn)主要是在程序中綁定無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器IP地址和端口號(hào)，建立Socket連接，同時(shí)，利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器程序控件。實(shí)現(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器實(shí)時(shí)采集到的現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒辣?jì)算機(jī)端，并加以顯示。

1.6 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案，基于Windows操作系統(tǒng)，采用Eclipse開(kāi)發(fā)平臺(tái)和Java編程語(yǔ)言對(duì)該方案加以實(shí)現(xiàn)，并對(duì)實(shí)現(xiàn)后的軟件加以測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：礦用手機(jī)能夠在無(wú)線(xiàn)中繼器間進(jìn)行無(wú)障礙漫游通話(huà)，視頻數(shù)據(jù)傳輸流暢，環(huán)境數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)更新。整個(gè)系統(tǒng)軟件切實(shí)可行，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)運(yùn)行界面圖

2 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)礦井救援工作的實(shí)際需要，采用SIP協(xié)議、SNMP協(xié)議與自定義協(xié)議相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了礦用救災(zāi)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的管理軟件。該管理軟件主要實(shí)現(xiàn)了無(wú)線(xiàn)中繼器的組網(wǎng)功能，礦用手機(jī)通信功能，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器視頻數(shù)據(jù)和多參數(shù)傳感器環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳功能。語(yǔ)音通信、視頻數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳輸功能的實(shí)現(xiàn)便于井下救援指揮基地實(shí)時(shí)了解救援現(xiàn)場(chǎng)狀況，做出科學(xué)判斷，在礦井應(yīng)急救援中具有重要意義。

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Design of SIP?and SNMP?based communication software for mine rescue

ZHANG Shao?hua1，2
（1.Chongqing Research Institute，China Coal Technology Engineering Group，Chongqing 400037，China；2.State Key Laboratory of the Gas Disaster Detecting，Preventing and Emergency Controlling，Chongqing 400037，China）

According to the actual needs of the mine rescue，a management software of wireless communication system for mine rescue was design and realized.SIP，SNMP and custom protocol were used in the software to achieve functions of voice communication，and video and environmental data real?time uploading.A mode combining SNMP with third?party firmware is proposed to make networking management of the wireless repeater and realize the barrier?free roaming calls of mobile phones be?tween wireless repeaters

mine rescue；wireless repeater；SIP；SNMP；wireless communication

TN911?34

A

1004?373X（2015）04?0063?03

張少華（1982-），男，工程師，碩士。研究方向?yàn)槊旱V安全。

2014?08?19

中國(guó)煤炭科工集團(tuán)重慶研究院青年創(chuàng)新基金項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱(chēng)：井下無(wú)線(xiàn)通信MIMO信道建模關(guān)鍵技術(shù)研究（206000313）