礦用無(wú)線智組網(wǎng)通信系統(tǒng)——下篇：設(shè)計(jì)、優(yōu)勢(shì)、特點(diǎn)

日期：2021-11-26 瀏覽：11 評(píng)論：0

核心提示：礦用無(wú)線智組網(wǎng)通信系統(tǒng)——下篇：設(shè)計(jì)、優(yōu)勢(shì)、特點(diǎn)

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 工程范圍

工程范圍包括地面、井下無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、供貨、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試、試運(yùn)行、培訓(xùn)及質(zhì)保期維護(hù)。

1）建設(shè)一套地面、井下無(wú)線通信系統(tǒng)，完成語(yǔ)音及數(shù)據(jù)傳輸，并能夠與礦井有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，為后期自動(dòng)化系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。

2）井下無(wú)線通信系統(tǒng)與礦井行政、調(diào)度通信系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，并能夠?yàn)榈V井隱患平臺(tái)管理軟件提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

1.2 系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)

地面無(wú)線通信

在地面關(guān)鍵位置配置智能物聯(lián)分站，配套無(wú)線天線完成對(duì)地面無(wú)線覆蓋。

井下無(wú)線通信

在井下主要巷道設(shè)置礦用無(wú)線基站，配套供電及后備電源，完成對(duì)關(guān)鍵區(qū)域無(wú)線覆蓋。

主要匯聚點(diǎn)增加本安型千兆網(wǎng)關(guān)，通過(guò)光纜與現(xiàn)有的礦井工業(yè)環(huán)網(wǎng)連接。

配置礦用本安型手機(jī)，接入井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

系統(tǒng)平臺(tái)

采用大型高效語(yǔ)音平臺(tái)，與地面無(wú)線、井下無(wú)線、礦井程控調(diào)度、外線行政等相互連通。

主要結(jié)構(gòu)圖如下：

圖片3.png

上圖中，工業(yè)環(huán)網(wǎng)部分沿線礦方現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)備。

1.3 井下基站分布

結(jié)合礦井井下開采巷道圖情況，在數(shù)據(jù)匯聚區(qū)域、重點(diǎn)安全領(lǐng)域配置礦用無(wú)線基站，整體基站分布情況如下：

圖片4.png

2 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

隨著智能硬件的不斷增多，高帶寬、大數(shù)量、移動(dòng)、適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的在線需求，成為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)力，在過(guò)去的5年中Mesh技術(shù)

也在不斷的演進(jìn)。技術(shù)演進(jìn)的主要方向是解決無(wú)線Mesh隨著規(guī)模和復(fù)雜程度發(fā)展帶來(lái)的多跳的Mesh性能下降難題。比如帶寬降低，無(wú)線干

擾以及網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等。譬如，在網(wǎng)絡(luò)中的每一跳吞吐量會(huì)下降多達(dá)50%，連續(xù)多跳情況下吞吐量下降得更迅速，其結(jié)果將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能的嚴(yán)重

降低。在語(yǔ)音和視頻應(yīng)用大量運(yùn)行的情況下，時(shí)延和RF干擾將達(dá)到不可接受的程度，而導(dǎo)致連接完全中斷。

STRONGlink鋼索解決方案采用了多模塊、多射頻和多信道技術(shù)，有效的解決了無(wú)線Mesh多跳性能的難題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于單模塊和雙模塊的Mesh

解決方案的每跳50%的吞吐量下降。

傳統(tǒng)的單模塊Mesh和雙模塊Mesh網(wǎng)絡(luò)只能提供有限的擴(kuò)展性，多跳自身的難題使得它對(duì)于多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)部署還存在諸多疑問(wèn)。因而需要一種新

型結(jié)構(gòu)化的無(wú)線組網(wǎng)方式，在其網(wǎng)絡(luò)中無(wú)論跳數(shù)多少，都能夠提供高性能和高可靠性。

為了具有可實(shí)施性，無(wú)線多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)必須是低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)，為節(jié)點(diǎn)上行和節(jié)點(diǎn)下行回程流量提供單獨(dú)的無(wú)線帶寬鏈路(類似于全雙工連接)，

并自動(dòng)地使用至高的可用吞吐量。如STRONGlink鋼索系統(tǒng)，采用多頻、多信道、多RF模塊方式組網(wǎng)。STRONGlink鋼索這種低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境(無(wú)噪聲)和真實(shí)環(huán)境(有噪聲)中進(jìn)行了大量長(zhǎng)期的測(cè)試。測(cè)試跳數(shù)逐步從1跳增加到10跳，結(jié)果表明即使達(dá)到 10跳，無(wú)噪聲情

況下網(wǎng)絡(luò)回程吞吐量只有2%的丟失，而實(shí)際噪聲環(huán)境也僅丟失了20%。時(shí)延測(cè)試結(jié)果也同樣令人滿意－－－完全在語(yǔ)音(VoIP)和視頻應(yīng)用可接

受的范圍內(nèi)。帶寬下降測(cè)試結(jié)果是與為回程流量使用單頻的Mesh網(wǎng)絡(luò)的至佳情況進(jìn)行比較的。而單模Mesh或者雙模Mesh網(wǎng)絡(luò)在無(wú)噪聲情況下

經(jīng)過(guò)5跳后帶寬就會(huì)令人吃驚地丟失了80%。

STRONGlink鋼索解決方案采用了標(biāo)準(zhǔn)802.11X協(xié)議、多模塊、多模式、多射頻和多信道技術(shù)，有效的解決了無(wú)線Mesh多跳性能的難題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)

于Mesh解決方案的每跳50%的吞吐量下降以及同頻組網(wǎng)帶來(lái)的性能急劇下降。

STRONGlink鋼索技術(shù)，可以快速的將物與物采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議無(wú)線高速直接相連，賦予物體作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能力，物體之間形成一個(gè)去中心化的無(wú)

線局域網(wǎng)，且將無(wú)線信號(hào)均勻的分布在物體周圍（類似AP）。這種分布式的連接及接入方式，可以突破環(huán)境的局限，降低物聯(lián)成本，提高網(wǎng)絡(luò)

的承載能力，延伸網(wǎng)絡(luò)的邊界。　

STRONGlink鋼索技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、多模塊多模式、主動(dòng)加入

STRONGlink鋼索技術(shù)的技術(shù)價(jià)值：

解決現(xiàn)有方案部署的問(wèn)題，省時(shí)，省力，突破環(huán)境限制；

迎接未來(lái)的挑戰(zhàn)，形分布式的高速物聯(lián)智能前端；

多模塊STRONGlink鋼索方案－－－結(jié)構(gòu)化的無(wú)線智能組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)

在STRONGlink鋼索方案中，根據(jù)需求不同，有兩種方案：

1、高帶寬模式：每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)至少使用三個(gè)模塊的專用無(wú)線鏈路接口，其中一個(gè)模塊用于客戶端的接入，第二個(gè)模塊用于上行無(wú)線回程流量，第三個(gè)模塊用于下行無(wú)線回程流量。這個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方案可以提供節(jié)點(diǎn)之間866Mbps的連接，以及300Mbps的客戶端接入。

2、普通低成本模式：每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)至少使用二個(gè)模塊的專用無(wú)線鏈路接口，其中一個(gè)模塊用于客戶端的接入及用于上行無(wú)線回程流量，第二個(gè)模塊用于下行無(wú)線回程流量。這個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方案可以提供節(jié)點(diǎn)之間300Mbps的連接，以及300Mbps的客戶端接入。

STRONGlink鋼索技術(shù)驗(yàn)證

為節(jié)點(diǎn)上行和節(jié)點(diǎn)下行回程流量提供單獨(dú)的無(wú)線帶寬鏈路(全雙工連接)，并自動(dòng)地使用至高的可用吞吐量。這種低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境

(無(wú)噪聲)和真實(shí)環(huán)境(有噪聲)中進(jìn)行了大量長(zhǎng)期的測(cè)試。測(cè)試跳數(shù)逐步從1跳增加到10跳，結(jié)果表明即使達(dá)到 10跳，無(wú)噪聲情況下網(wǎng)絡(luò)回程吞吐量只有2%的丟失，而實(shí)際噪聲環(huán)境也僅丟失了20%。實(shí)際噪聲環(huán)境，時(shí)延測(cè)試結(jié)果為每級(jí)15ms。

多跳大規(guī)模無(wú)線智能網(wǎng)絡(luò)對(duì)帶寬降低，無(wú)線干擾和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等問(wèn)題十分敏感。如果沒(méi)有使用多頻結(jié)構(gòu)化的STRONGlink鋼索無(wú)線技術(shù)，每一跳的吞吐量可能會(huì)下降多達(dá)50%。特別是在更大規(guī)模部署情況下，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和漫游也是需要著重考慮的問(wèn)題。在廣域、高利用率環(huán)境中，時(shí)延和帶寬問(wèn)題將變得不可接受。

選擇單模塊、雙模塊甚至某些多模塊Mesh網(wǎng)絡(luò)將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能降低、擴(kuò)展性差、不能支持大范圍、大密度的應(yīng)用。

顯然，需要一種新型的無(wú)線智能網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決多跳的難題，這也是物聯(lián)網(wǎng)的支撐基礎(chǔ)之一。這一新型網(wǎng)絡(luò)需要使用STRONGlink鋼索模塊化的、多模式、多頻、多信道、多RF的智能無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

業(yè)界高穩(wěn)定、高效的二層組網(wǎng)協(xié)議，避免了MESH組網(wǎng)協(xié)議自動(dòng)組網(wǎng)速度慢、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫諗柯?、協(xié)議負(fù)荷高等多個(gè)問(wèn)題。性能和組網(wǎng)收斂特性均優(yōu)于三層Mesh組網(wǎng)協(xié)議。

多跳、自動(dòng)信道、多扇區(qū)的高性能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：

STRONGlink技術(shù)基站設(shè)備，單基站支持2.4GHz/5.8HHz，同時(shí)支持下掛其它頻段設(shè)備，可任意用于設(shè)備無(wú)線互聯(lián)和用戶無(wú)線覆蓋。

多模塊技術(shù)。STRONGlink基站至多支持3模不重復(fù)堆疊配置，容量較高。

多跳組網(wǎng)能力強(qiáng)。STRONGlink基站確保每跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的帶寬損耗低于3%，數(shù)據(jù)延時(shí)損耗小于20ms，支持15跳以上的無(wú)線組網(wǎng)。

單跳MAX遠(yuǎn)距離可達(dá)10公里，5公里后提供8Mbps穩(wěn)定帶寬。（注：視天線性能，數(shù)值會(huì)相應(yīng)變化）。

STRONGlink基站支持使用多扇區(qū)組網(wǎng)技術(shù)（3扇區(qū)、6扇區(qū)等）時(shí)，可以充分的將光纖點(diǎn)的帶寬資源分配到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

全透明鏈路能力，將應(yīng)用層設(shè)備的地址管理，與STRONGlink基站地址管理完全分開，有效的利用網(wǎng)絡(luò)資源，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性，負(fù)載均衡冗余備份。

抗干擾能力：

利用STRONGlink設(shè)備的智能頻點(diǎn)掃描和多頻點(diǎn)規(guī)劃能力，避免無(wú)線智慧網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的干擾問(wèn)題。配合扇區(qū)和定向天線，減少組網(wǎng)和覆蓋受到外界干擾的機(jī)會(huì)。

自動(dòng)修復(fù)能力和自動(dòng)性能調(diào)整能力：

采用二層技術(shù)組網(wǎng)，分布式智能快速建立拓?fù)浜褪諗烤W(wǎng)絡(luò)。STRONGlink網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)修復(fù)能力和自動(dòng)性能調(diào)整遠(yuǎn)勝于三層Mesh組網(wǎng)協(xié)議，每基站均根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度、鏈路質(zhì)量、跳數(shù)、性能、時(shí)延等多種參數(shù)的加權(quán)平均值，建立連接方向，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性和鏈路指標(biāo)進(jìn)行自愈和自動(dòng)鏈路性能調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)自愈或者鏈路切換不會(huì)造成用戶業(yè)務(wù)重組，切換對(duì)用戶完全透明。

空間多層次組網(wǎng)：

STRONGlink網(wǎng)絡(luò)形成立體的、有層次的分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

例如：

無(wú)線建筑物樓頂高度的匯聚層

街道沿線燈桿高度的分布層

道路、小區(qū)和園區(qū)、熱點(diǎn)和室內(nèi)的接入層

充分利用建筑屋頂、燈桿等不同高度的安裝位置，配合不同類型的天線-全向天線、板狀天線、扇區(qū)天線和拋物面天線等實(shí)現(xiàn)無(wú)線設(shè)備互聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

可以通過(guò)選擇相應(yīng)的外接天線和調(diào)整天線垂直角度，實(shí)現(xiàn)MAX的組網(wǎng)靈活度和多層次組網(wǎng)。

通用性：

任何IP型的設(shè)備，或者設(shè)備通過(guò)IP化接口，可以直接與STRONGlink模塊相連接，無(wú)需編制任何驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，即可實(shí)現(xiàn)該設(shè)備的無(wú)線化，互聯(lián)化。

例如：有線IP CAMERA的網(wǎng)口與STRONGlink模塊直連，該有線IP CAMERA立刻轉(zhuǎn)化為無(wú)線IP CAMERA，與任何2.4G/5.8GHz的AP實(shí)現(xiàn)直接接入，甚至與另外一個(gè)同樣STRONGlink模塊的IP CAMERA物物相聯(lián)。

多用性：

1、現(xiàn)場(chǎng)近端信號(hào)延伸到遠(yuǎn)端，高帶寬全程覆蓋。

圖片5.png