孟慶輝，張友能，梅 蓉

(安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 淮南 232007)

為保證煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)，需要一個安全可靠的煤礦移動通信系統(tǒng)?，F(xiàn)有煤礦信息安全監(jiān)控系統(tǒng)由于歷史原因存在著多種不同的通信系統(tǒng)。它們的通信協(xié)議、傳輸格式不同, 相互之間難以互聯(lián)互通。而由于通信的不暢通想要通信資源的信息共享，就對必須對煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研究，提出能對多種不同通信系統(tǒng)之間互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、聯(lián)網(wǎng)方法和通信要求。

1 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計

如圖1本文提出了一個煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的模型。在地面上有基站控制器和地面移動通信網(wǎng)絡(luò)控制中心?；究刂破鲗滤蛠淼男盘栠M(jìn)行轉(zhuǎn)接控制處理。地面移動通信網(wǎng)絡(luò)控制中心主要來監(jiān)控整體數(shù)據(jù)，同時還可以下達(dá)控制命令。

在礦井中如圖1的下半部分。巷道拐彎處必須設(shè)置轉(zhuǎn)接器，移動手機(jī)通過基站與其他手機(jī)、基站通信，實(shí)現(xiàn)無線移動通信。而有線電纜則實(shí)現(xiàn)井上井下遠(yuǎn)距離的信號傳輸。轉(zhuǎn)發(fā)器將移動臺發(fā)射的無線信號轉(zhuǎn)換成頻率較低的載頻信號，再調(diào)制成光信號經(jīng)礦用防爆光纜遠(yuǎn)距離傳輸給基站和其他轉(zhuǎn)接器，其他的轉(zhuǎn)接器再將載頻信號轉(zhuǎn)換成無線信號，與其他移動手機(jī)通信。各轉(zhuǎn)化器和基站采用并聯(lián)接法，這樣，任意一個轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)生故障，只會影響其所覆蓋的區(qū)域通信，不會造成大面積的通信盲區(qū)，從而提高了系統(tǒng)的抗故障能力。

圖1 煤礦整體通信系統(tǒng)示意圖

2 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

如圖2，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在設(shè)計時采用的是“基站控制器+地面移動系統(tǒng)程控交換機(jī)”樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該信息傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由移動手機(jī)、基站、程控交換機(jī)和傳輸光纜等組成。基站的間隔距離為無線發(fā)射的有效距離的兩倍，基站負(fù)責(zé)其覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動手機(jī)和有線/無線信號的轉(zhuǎn)接功能?；九c程控交換機(jī)之間使用礦用防爆光纜連接。程控交換機(jī)則負(fù)責(zé)安全監(jiān)控系統(tǒng)的管理、信號的跨區(qū)切換和與已有的電話網(wǎng)互接等功能。

在其所覆蓋區(qū)域內(nèi)，移動手機(jī)與移動手機(jī)之間即可實(shí)現(xiàn)無線互通，也可通過基站進(jìn)行轉(zhuǎn)接來互相通信。移動手機(jī)若要進(jìn)行跨區(qū)之間的遠(yuǎn)距離通話，就要經(jīng)過其負(fù)責(zé)管理區(qū)域內(nèi)的基站把移動手機(jī)發(fā)出的無線信號轉(zhuǎn)換為有線信號，經(jīng)礦用防爆光纜傳送到程控交換機(jī)，再傳送到所要通話的移動手機(jī)所在區(qū)域里的基站接收，該基站再把信號轉(zhuǎn)換為無線信號傳送到要通話的移動手機(jī)上，如此來完成遠(yuǎn)距離的跨區(qū)移動通信。在這個通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，任何一個基站出現(xiàn)問題都只會影響其覆蓋區(qū)域內(nèi)的通信，不會影響其他的地方通信。所以，該安全監(jiān)控系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗故障能力。另外，因為是程控交換機(jī)控制整個跨區(qū)遠(yuǎn)程通信，所以沒有通信任務(wù)的基站是空閑的，可供其他的移動手機(jī)使用，故整個系統(tǒng)線路的資源利用率是很高的。

圖2 “移動交換機(jī)+基站”移動通信系統(tǒng)示意圖

3 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主干系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

在設(shè)計系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)時采用的是基于千兆以太的全光網(wǎng)絡(luò)(GEPON)主干系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)(如圖3 所示)。該系統(tǒng)采用以太網(wǎng)TCP/IP 技術(shù)作為整個系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)。其它類型的通信方式，均通過通信協(xié)議把信號轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信息包。這樣就可以保證該系統(tǒng)具有良好的兼容性和可擴(kuò)充性。

3.1 光網(wǎng)結(jié)構(gòu)的組成

如圖3 所示的光網(wǎng)結(jié)構(gòu)由光纖網(wǎng)絡(luò)終端(OLT)、光纖網(wǎng)元適配器(ONU )和無源光纖分配器(POS )三部分組成。在這個網(wǎng)絡(luò)中有線傳輸主要采用的是礦用防爆光纖。通過網(wǎng)絡(luò)終端OLT來連接其他網(wǎng)絡(luò)(如圖電視監(jiān)控網(wǎng)，移動通信網(wǎng)和瓦斯監(jiān)控網(wǎng))。在網(wǎng)域內(nèi)，用戶端使用網(wǎng)元終端ONU來連接千兆交換機(jī)。而在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，可以直接使用光纖器件連接在ONU 上，也可以把普通的語音、數(shù)據(jù)和視頻設(shè)備通過電/光轉(zhuǎn)換器連接到ONU上。

3.2 光網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

為保證礦井通信安全可靠有效性，全光傳輸網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)光纖網(wǎng)絡(luò)。這樣網(wǎng)絡(luò)的冗余方式就是雙總線和環(huán)形這兩種。使得網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架更 加靈活可靠。網(wǎng)絡(luò)使用了無源分支技術(shù)，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)ONU 發(fā)生問題不會對整個產(chǎn)生影響，提高了網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力，使網(wǎng)絡(luò)系運(yùn)行更加穩(wěn)定。另外，為匹配樹狀結(jié)構(gòu)礦井巷道，在井下GEPON 也采用樹狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。而地面上使用的是OLT 設(shè)備，OLT 設(shè) 備有四個千兆以太網(wǎng)光纖端口, 它有二層/三層交換和光纖端口冗余功能，提高了光纖環(huán)網(wǎng)的可靠性。所有網(wǎng)絡(luò)終端通過光纖環(huán)網(wǎng)來對應(yīng)連接,最后連到地面網(wǎng)絡(luò)控制中心的OLT 線路終端, 形成一個環(huán)形冗余網(wǎng)絡(luò)。如此整個網(wǎng)絡(luò)就同時具有環(huán)形網(wǎng)和樹狀網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

圖3 基于GRPON技術(shù)的全光網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 高性能的專業(yè)設(shè)備和軟件

在硬件配置上，由于煤礦隧道中惡劣外界環(huán)境，所以需要高性能抗干擾的專業(yè)設(shè)備。在放置光網(wǎng)絡(luò)終端時，一般放置在井下各變電所旁邊。并敷設(shè)礦用防爆光纜連接到皮帶集控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)等各種集控系統(tǒng)處，以此來確保GEPON系統(tǒng)安全運(yùn)行。其中，這些集控系統(tǒng)必須適應(yīng)煤礦隧道中的高濕度、電磁干擾大和傳送距離遠(yuǎn)等惡劣外界環(huán)境。并在這種環(huán)境下能長期穩(wěn)定的工作。

在軟件配置上，系統(tǒng)可以采用一些高壓縮技術(shù)把圖片、視頻等信息壓縮成數(shù)據(jù)量較低的數(shù)據(jù)流。這樣就能在千兆以太網(wǎng)中實(shí)時地傳輸百路以上的清晰視頻信號。而且只要用兩芯礦用防爆光纜就可以實(shí)現(xiàn)。信息傳輸使用有千兆冗余的光纖以太網(wǎng)，無需直接太多的其他設(shè)備。只要添加視頻服務(wù)器和地面IP 視頻交換機(jī)即可。

全礦移動通信系統(tǒng)具有以太網(wǎng)接口，可以連接GEPON系統(tǒng)。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)使用的是FSK調(diào)制方式, 經(jīng)過礦用轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。井下變電所、水泵房、風(fēng)機(jī)房、風(fēng)門等子系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口或者RS- 485等接口, 連接進(jìn)入GEPON 系統(tǒng)。同時還預(yù)留出多余的接口, 為系統(tǒng)未來的升級擴(kuò)充留出升級空間。

4 結(jié)語

本文構(gòu)建出一個基于GEPON的礦井通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信方式。如果成功實(shí)現(xiàn)將極大提升信息化管理水平，將各種通信網(wǎng)絡(luò)融合起來，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和結(jié)構(gòu)，降低建設(shè)成本，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營效率，實(shí)現(xiàn)綜合信息的統(tǒng)一傳輸。對加強(qiáng)安全生產(chǎn)、提升礦工安全生產(chǎn)自信心、避免礦工在遇到突發(fā)事件時驚慌失措、提高搶險救災(zāi)成功率都具有非常重要的意義，會帶來良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。