无线自组网在煤矿上的应用
WiFi通讯技术在煤矿井下的应用
W iFi通讯技术在煤矿井下的应用杨 娟,郭江涛(煤炭科学研究总院重庆院,重庆400034)摘 要:W iFi技术应用到煤矿井下是一种新的解决矿井无线通讯方案,其主要是发展一种低成本的无线网络,在煤矿有较好的发展前景,文章着重介绍W iFi通讯技术的特点,以重庆分院研制的无线通讯系统为例,介绍了W iFi技术如何应用于煤矿井下,实现安全生产及有线、无线结合的信息传递。
关键词:煤矿井下;无线通讯;W iFi中图分类号:T D65+5.3 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2008)02-0049-03 井下通讯系统是煤矿安全防护及生产调度必不可少的设施,目前我国井下主要通讯为有线方式。
由于井下环境差,巷道分布多,干扰信号源多,对无线的发展障碍多,但随着技术发展,近年泄漏技术、小灵通技术、无线对讲技术及W iFi技术相继用于煤矿井下。
1 W iFi技术介绍W iFi(W ireless Fidlity)又称为802.11b标准,使用2.4GHz直接序列扩频,最大传输速率为54bit/ s,并可根据信号强弱把传输速率调整为5.5bit/s、2 bit/s及1bit/s,在2.4GHz及5GHz频段上免许可,具有成本低、终端便携、宽带等特点,组网系统主要包括无线站点、AP节点及网络服务器,站点和节点间可以实现级联连接或组建局域网,站点可以实现几乎Hub的所有功能。
W iFi技术在地面的短距离无线通讯中已有多年的应用,相对其他无线宽带技术来说比较成熟可靠。
由于W iFi协议本身限制其设备的功率,使这类设备可以设计成符合煤矿安全要求的本质安全型设备,增加在井下的使用范围,并且可以改变井下无线通讯长久以来一直徘徊在窄频范围的现状,使无线通讯方式在井下得到更多的运用。
2 W iFi与同类技术比较我国以前采用过“泄漏”技术及低频穿透技术来解决井下无线通讯,但因其通讯距离短(一般在30m以内),必须单独组网等缺点,目前仅在矿井机车调度方面有一定应用;小灵通及无线对讲机技术解决了通讯距离及防爆问题,但系统设备构成复杂,也必须单独布线,产品性价比较低;由重庆分院研发基于W iFi技术的宽带无线通讯系统,即解决了距离问题(直巷道可以覆盖500m),又可以做成本安型产品,可以复用以太环网,做成星型+树型结构,是 从分析结果知欧氏距离和遗传距离分类结果基本一致,除分类数目为3时,分类结果有差异。
基于无线组网的煤矿井下数据传输方案
FORUM 论坛工艺28 /矿业装备 MINING EQUIPMENT基于无线组网的煤矿井下数据传输方案□ 马 强 山西焦煤集团公司西山煤电东曲煤矿煤矿井下机械设备运行数据信息是保障煤矿安全生产，优化设备设计方案，提高煤矿生产效率的重要数据资源，同时也是各级人员了解并掌握机械设备运行状态、解决故障信息的重要参考依据。
以综采工作面为例，了解并掌握采煤机、液压支架、刮板输送机、转载破碎机等设备运行时的数据信息，不仅能够规划各设备之间的协同控制，而且通过大数据分析，掌握各机械设备的开机率，优化参数配置。
因此，将煤矿井下个机械设备的数据信息进行汇总并传输至地面数据分析系统，具有重要的意义。
针对综采工作面实际生产情况，结合无线组网以及网络优化理论，对无线WIFI 基站的布置进行合理规划，保证无线通信质量，将综采工作面机械设备数据信息实时、快速、准确的传输。
1 系统结构基于无线组网的煤矿井下数据传输方案的系统结构组成见图1所示，综采工作面的采煤机、液压支架等设备将数据以CAN、CanOpen、Modbus 等方式发送给数据传输平台。
数据传输平台接收到数据信息后，进行解析，并转送对对应的WIFI 无线传输转换模块，以无线传输的方式发送给WIFI 基站，最后以TCP/IP 的通信方式发送至井下网关，并经网关后发送至矿井工业环网。
由于综采工作面的各机械设备属于不同的厂家，导致对外通信接口不一致，因此，在设计数据传输平台时，需要考虑有线传输的通信制式，如CAN、CanOpen、Modbus 等通信方式。
数据传输系统的组成见图2所示，核心为PLC 控制器，还包括CAN 通信隔离模块、CanOpen 通图1 系统结构组成图2 数据传输系统组成信隔离模块、Modbus 通信隔离模块，以及CAN 转WIFI 模块、CanoOpen 转WIFI 模块、Modbus 转WIFI 模块。
PLC 控制器接收到综采工作面各设备的数据信息后，根据通信制式进行对应的解析，并将解析后的数据传送给对应的转WIFI 模块进行无线发送。
井下人员WIFI定位系统及其在煤矿安全生产中的应用
《矿山信息化概论》课程论文《井下人员WIFI定位系统及其在煤矿安全生产中的应用》班级：计算机科学与技术专业14级2班学号：311409010224姓名：王春杰日期： 2016年10月16日井下人员WIFI定位系统及其在煤矿安全生产中的应用计算机学院王春杰 311409010224摘要：本文介绍了基于WiFi技术，针对矿井产业安全生产的特点，设计出的井下人员定位系统。
WIFI无线通信技术是计算机技术和通信技术相互发展得到的产物，与RFID、ZigBee、UWB 等无线通信技术线相比较，其在矿井人员定位中具有更大的优势。
通过介绍WIFI通信技术的原理、人员定位系统的基本原理与组成、系统实现，进而实现井下人员WIFI定位系统在煤矿日常安全生产中的一些具体应用，从而确保煤矿生产安全进行，保障井下人员的生命安全，提高煤矿生产效率和安全水平。
关键字：WIFI技术矿井人员定位系统矿井安全应用1引言中国是一个煤炭大国，煤炭是推动经济发展的主要化石能源，煤炭的开采往往是在深达百米的地下进行，由于地质情况复杂，在煤矿开采过程中往往存在很大的不确定的危险，矿井下的矿工是矿井事故的最大受害者，矿井事故每年给中国带来巨大的人员和财产损失。
能够准确地定位井下人员的具体位置信息，无论是在矿工的日常工作过程中，还是矿井事故的人员救援过程中都发挥着重大的作用。
基于WIFI技术而研发的井下人员定位系统能够克服矿井下恶劣的环境条件，准确地定位矿井中矿工的具体位置，能够事实监测人员的位置的数据变化情况。
对有效保证煤矿的安全生产，促进煤矿安全质量标准化管理工作具有十分重要的意义。
2 WIFI定位技术WIFI技术是一种利用IEEE规格为802.11a/b/g进行定位的一种无线通信技术，其工作在2.4GHz频段上。
WIFI技术传输信号时，传输速率会根据周围环境的情况进行相应的调整，起到了保障了网络的可靠性和稳定性的作用。
WIFI技术主要有以下几个优点：①覆盖范围广。
wifi网络通讯技术在煤矿井下的应用
wifi网络通讯技术在煤矿井下的应用摘要：WiFi通讯技术在煤矿井下的应用，不仅能在很大程度上保证井下工作人员的人身安全，还能有效地保证煤矿井下的正常通信、大大提高煤矿井下作业的效率和质量。
因此，对WiFi通讯技术在煤矿井下的应用进行研究具有十分深刻的现实意义。
关键词：WiFi；通讯技术；煤矿井下作业；应用优势中图分类号：TD65 文献标识码：A1 引言随着我国经济的迅猛发展以及科学技术水平的不断提升，WiFi通讯技术得到了突飞猛进的发展，并被广泛应用于社会生产和生活的方方面面，同时，WiFi通讯技术也为我国煤矿业数字化建设的进一步发展提供了良好的契机。
众所周知，煤矿井下工作环境复杂且恶劣，WiFi通讯技术可以改善井下通信条件，为井下工作人员提供安全保障。
因此，我们应当对WiFi通讯技术在煤矿井下的应用予以高度的重视。
2 WiFi通讯技术在煤矿井下应用的优势1)成本低。
煤矿井下作业应用WiFi通讯技术时，只需要安装若干个无线网络节点便可覆盖较大面积的煤矿周边区域的信号，相对于传统的局域网布局而言，省略了众多的布线环节。
一方面节约了材料成本，另一方面也节约了人力成本。
2)传输速率快。
煤矿井下作业应用WiFi通讯技术，在信号稳定的情况下，WiFi的最高传输速率可达到100Mbps，即使是在有磁场干扰或信号较弱的环境下，我们通过调整WiFi的射频，也能保证WiFi通讯技术的传输速率在10Mbps以上。
这是WiFi通讯技术在煤矿井下作业应用的一个明显的优势，该优势有效地提高了煤矿井下作业的质量和效率。
3)无线信号的覆盖面积大。
一般而言，传统的蓝牙连接技术能覆盖半径15m左右的范围，而WiFi通讯技术的覆盖面积是蓝牙技术的10倍以上，一些增强型的WiFi，其信号甚至能覆盖400m半径范围。
这大大满足了煤矿井下作业对无线信号覆盖面积的需求，为井下作业提供了巨大的便利。
4)系统接入便利。
WiFi通讯系统采用开放的、标准的协议，提供通用的无线传输平台，其他系统可方便接入。
ZigBee技术在煤矿井下救援系统中的应用
ZigBee技术在煤矿井下救援系统中的应用简介ZigBee是一种低功耗、短距离、低速率无线通信技术，它主要应用于物联网领域，其自组网和自修复的特性使得其在应急救援场景中有着广泛的应用前景。
在煤矿井下救援系统中，ZigBee技术可以用于传感器节点之间的通信，通过数据采集和信息交互来实现对井下环境的监测和救援指挥。
该文将介绍ZigBee技术在煤矿井下救援系统中的应用。
ZigBee技术的特点和优势ZigBee技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的低速率、低功耗、短距离无线通信技术。
它的特点和优势如下：1.低功耗：ZigBee技术采用了时间分割多址技术，而且采用了星形网络结构，所以能够实现无线节点的休眠与唤醒，从而延长节点的电池寿命。
2.短距离：ZigBee技术主要应用于短距离通信，通常在10m-100m范围内。
3.高稳定性：ZigBee技术采用了冗余校验和自适应频率跳跃等机制来保障通信稳定性和可靠性。
4.自组网和自修复：ZigBee技术具有自组网和自修复的特性，无需人工干预，无论节点增减或网络拓扑结构的变化，都可以自动适应和调整。
5.易于实现：ZigBee技术是一种开放标准，各个厂商都可以基于该标准进行开发，因此，具有广泛的适用性和易于实现的特点。
ZigBee技术在煤矿井下救援系统中的应用煤矿是一种复杂的工业环境，其井下环境恶劣、通讯信号不稳定，成为了井下救援行动的一大难点。
而ZigBee技术正是一种优秀的通信解决方案，其已经在煤矿井下救援系统中得到了广泛的应用。
ZigBee技术在信号传输中的应用井下救援行动需要实时监测井下环境的情况，如氧气浓度、瓦斯浓度、温度、湿度等数据，在现场将这些重要的数据反馈给指挥中心并及时响应，可以有效地缩短救援时间并增加救援难度系数。
ZigBee技术可以通过节点之间的通信来实现传输这些数据的功能，采集传感器数据并发送给指挥中心，保证救援行动的顺利进行。
ZigBee技术在网络组建中的应用在井下救援中，由于信号受限和通讯设备的局限性，网络组建成为了一项非常重要的任务。
ZigBee无线自组网测温技术在矿山火灾预警中的应用
万方数据
万方数据
万方数据
ZigBee无线自组网测温技术在矿山火灾预警中的应用
作者：王猛
作者单位：西安科技大学能源学院,陕西西安710054／神华宁夏煤业集团信息技术中心,宁夏银川751011
刊名：
神华科技
英文刊名：
年，卷(期)：2011,09(6)
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本文链接：/Periodical_xbmt201106011.aspx。
WIFI技术在矿井无线通信中的应用
WIFI技术在矿井无线通信中的应用本文介绍了WIFI的技术无线通信原理及基于WIFI技术的无线通信系统在矿井应用中实现方案，总结了该技术在实际应用中的优缺点，并提出了该技术在矿井井下无线通信中的发展前景，相信不久的将来该技术在煤炭行业会有广泛的应用前景。
标签：WIFI 无线通信1 概述由于煤炭矿井生产环境的特殊性，井下作业对生产管理有非常高的实时性要求，作为生产管理人员、电机车司机、皮带维护工和其它流动人员应能够与生产调度室及时取得联系，将生产一线的各种情况上报，实现统一指挥统一调度。
虽然煤炭企业对生产安全都非常重视，但事故的发生是不确定性的，事故发生后必须依据当时情况，采取果断措施进行处理，对井下人员进行紧急抢救。
但井上对井下人员的监控由于受各种条件的限制还很不完善，对于井下人员的情况不能及时反映，导致事故发生时，不能及时、准确的得到井下人员的信息，无法做出正确的决策，以致会造成抢险不及时，有可能贻误对生命的抢救。
因而对于现代化的各煤炭企业，实现下井作业人员与调度管理员的实时通讯，使井上人员及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，开发建设煤矿井下无线调度通信系统已成为各煤炭企业实现煤炭安全生产调度和保障生产人员安全的迫切需要。
由于煤矿井下的特殊性，制约了井下无线通信系统的发展，我国井下无线通信系统一直主要靠引进吸收国外的相关技术，但随着近年来地面无线技术的快速发展以及我国科技研发的不断投入，新型的无线技术越来越多的服务于煤矿井下。
目前可用于煤矿井下的无线系统主要有：漏泄通信技术、透地通信技术、井下小灵通技术以及WiFi技术。
漏泄通信技术、透地通信技术信号技术陈旧，目前在井下无线通信系统中已经不再应用，小灵通技术发展时间长，系统成熟可靠，造价低，近年来许多矿井都采用了此类的矿用无线通信方案。
然而今年2月工信部门发文，明确要求所有1900—1920MHz频段无线接入系统应在2011年底前完成清频退网工作，所使用的频段也将被收回用于3G使用，因而使用较多的基于小灵通技术的矿井无线通信系统将面临新技术的更新换代。
无线以太网技术在煤矿通讯系统中的应用研究
无线以太网技术在煤矿通讯系统中的应用研究一、无线以太网技术的基本原理无线以太网技术是在有线以太网的基础上发展起来的一种无线通讯技术，它利用无线传输技术实现了网络设备之间的无线通讯连接。
其基本原理是将数字数据通过调制解调器转换成无线电波，通过无线信道传输，然后在接收端将无线电波重新转换成数字数据，实现无线通讯。
无线以太网技术采用了IEEE802.11无线网络标准，可以实现高速、可靠的无线数据传输，广泛应用于各种领域。
二、无线以太网技术在煤矿通讯系统中的应用现状煤矿通讯系统的建设通常需要考虑到煤矿内部环境恶劣、空间狭小等特点，而传统的有线通讯方式往往难以满足需求。
无线以太网技术在煤矿通讯系统中的应用成为了一种新的选择。
目前，许多煤矿通讯系统已经开始采用无线以太网技术，实现了数据的无线传输和通讯设备的无线连接。
这种技术的应用使得煤矿通讯系统具有了更高的灵活性和可靠性，同时也提高了通讯系统的整体性能。
在煤矿通讯系统中，无线以太网技术广泛应用于矿井通信、安全监测、智能化采煤等方面。
通过无线以太网技术，可以实现煤矿内部各种设备之间的无线通讯连接，包括传感器、监控设备、通讯设备等，实现数据的高速传输和实时监测。
无线以太网技术还可以应用于煤矿安全监测系统，实现对煤矿内部环境、人员和设备的远程监测和控制。
在智能化采煤方面，无线以太网技术的应用也能够提高煤矿的生产效率和安全性，实现自动化控制和远程调度。
三、无线以太网技术在煤矿通讯系统中存在的问题和挑战尽管无线以太网技术在煤矿通讯系统中的应用取得了一定的成绩，但是在实际应用中还存在着一些问题和挑战。
煤矿通讯系统的环境复杂，存在着大量的电磁干扰和信号遮挡，这对无线以太网技术的稳定性和可靠性提出了更高的要求。
煤矿通讯系统通常需要实现对大范围区域的覆盖，而无线以太网技术在长距离传输和高速传输方面存在着一定的局限。
煤矿通讯系统的安全性要求较高，而无线以太网技术的安全性和加密性也需要进一步加强。
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无线自组网在煤矿上的应用
随着RFIC技术的发展，无线射频芯片得到了广泛的应用，传感器、智能仪表无线化成为未来发展的主流。
矿用传感器由于其特殊的应用环境，无线传感器与传统的有线传感器相比具有无需布线、安装方便、维护简单等优点。
标签：WaveMesh；无线自组网；路由协议；同步休眠；异步休眠
引言
随着RFIC技术的发展，无线射频芯片得到了广泛的应用，传感器、智能仪表无线化成为未来发展的主流。
矿用传感器由于其特殊的应用环境，无线传感器与传统的有线传感器相比具有无需布线、安装方便、维护简单等优点。
WaveMesh 是针对于低功耗、低成本的无线移动自组网络设计的协议，该协议定义了链路层和网络层，网络拓扑为完全分布式、对等的网状网络。
1 无线自组网简介
Wave Mesh采用专有路由协议，能够充分利用网络中的路由冗余，具有优异的网络自愈性、稳定性和极佳的数据吞吐量，所有的设备上电即工作，支持多级路由和几万节点的超大组网规模。
物理层采用了很多先进的无线通信技术如跳频、自适应速率、无线唤醒（非前导码和单音）、交织纠错编码等；链路层采用防碰撞机制，具有优异的抗干扰能力。
拥有灵活的休眠技术，所有的组网设备都可以休眠，有同步和异步两种休眠模式。
2 无线自组网的特点
无线自组网具备分布式对等网络、网络容量大、多级路由、节点任意移动、功耗低、自适应速率、健壮和自愈性好等特点。
3 无线自组网的关键技术
3.1 无线路由協议
经过很多年的实际应用和经验积累，WaveMesh协议针对不同的典型行业应用进行了优化，形成了一系列的协议簇，如针对于无线抄表、传感网络、智能农业、工业控制等行业应用推出的AMR协议；针对大规模超低功耗的移动传感节点的数据采集应用设计的CSN协议等。
3.2 休眠控制
3.2.1 异步休眠
异步休眠模式下，无线模块会周期性地自动醒来一个很小的时隙去监听网络中的无线信号，在必要时进入正常工作模式。
在此模式中，休眠时间片和监听时间片的比值被称为睡醒比。
如图2。
3.2.2 同步休眠
同步模式下无线模块的休眠时间片是严格同步的，相邻节点之间的时间片误差要求小于5ms。
时间片的同步通过同步休眠广播报文实现，该报文会在每个工作时间片结束时刻由集中器或网关向全网逐级进行广播。
同步休眠广播报文携带本次休眠时间片的长度。
如图3。
4 无线自组网在煤矿上的应用
4.1 系统架构（如图4）
煤矿行业相较于其他行业来说，井下环境较为复杂，使用条件也较为苛刻。
从井下环境的特殊性、工程施工及后期维护等方面考虑，系统设计采用3层设计方案。
无线传感器安装在巷道、采面或其它需要检测的地方，监测子站用于接收无线传感器数据并通过RS485方式与无线采集分站通讯，同时监测子站的电源由无线采集分站供应。
这么做的好处是随着采面的回踩，工程维护人员只需移动监测子站和无线传感器即可，避免了频繁取电、移动电源等。
4.2 数据传输模型
4.2.1 阶梯式传输（如图5）
阶梯式传输类似于异步唤醒，但两者之间存在不同。
建立在唤醒时间、接收发射控制流程之上，由于各级节点唤醒时间不同，可保证整个网络传输过程中任一时间单位只有一个节点在传输数据而其他节点处于接收数据模式，从而最大程度避免数据碰撞。
技术实现的难点在于如何精确控制各级节点的唤醒时间，当网络中出现增加减少节点、传感器节点顺序发生变化时，传输网络如何最快的优化网络传输路径，保证数据正常传输而不会出现数据链路中断。
4.2.2 同步休眠传输（如图6）
基于同步休眠机制，网络中所有的节点同步唤醒后进入正常时间片工作流程，唤醒时间误差小于5ms，休眠时间片通过集中器或网关统一管理。
4.3 智能化
煤矿安全监控系统智能化是指借助各种传感器、微控制器、无线监控网络将监测数据主动上传至监控主机。
主机通过分析各监控点数据并根据事先设定好的
事件处理逻辑，进行一定的作业流程。
实现在无人工参与的情况下处理事件的能力。
4.4 实时可靠性
煤矿安全监控系统的实时可靠性对整个系统来说非常重要。
网络节点通过寻址相邻的节点，自主寻找路径，避让故障节点，自主跳传，数据备份、应答、休眠唤醒、对时和信号冲突避免与纠错等机制。
多径传输和节点跳传可以保证数据传输和时效性，并降低功耗，增强了系统的健壮性和安全性。
确保数据传输的可靠性。
4.4.1 多径传输
如图7所示，从A到B有多条路径可以到达且没有闭环回路、允许多条路径相交。
每个节点多会选择尽可能多节点作为自己的下一跳路由，数据报文可以在多条路径之间动态切换，能够并行传输。
4.4.2 节点跳传
在煤矿应用中，经常会出现树形监控网络。
如采面支柱的压力监测或巷道顶底板的压力监测等。
如图8所示，在每个无线节点的无线覆盖范围内都有两个可以与之直接通讯的无线节点。
此种做法可以保证，其中任何一个节点发生故障，不会对周围节点造成干扰，依然可以保证无线节点数据正常的上传，从而提高了系统的可靠性和健壮性。
5 结束语
经过上述无线自组网的理论分析与研究，基于MaveMesh架构的无线自组网技术已经在非煤各行业应用，并取得了初步的成果。
但在煤矿应用才起步不久，探索一条适应煤矿应用的道路需要结合煤矿自身的应用特点和使用环境进行设计。
该技术在降低矿方维护量、施工量和灵活性上都有着突出的优点。
无线自组网为煤矿井上井下网络一体化奠定了基础，但同时还存在一些问题，比如电源管理、功耗控制、智能化方面依然存在不足，需要在不断应用和探索中逐步完善。
参考文献
[1]史蒂夫·梅思利（Steve Methley）.无线Mesh网络基础[M].西安交大出版社，2012.
[2]（加拿大）Ekram Hossain（英国）Kin K.Leung.无线Mesh网络架构与协议[M].机械工业出版社，2009.
[3]朱晓荣.无线网络技术原理与应用[M].电子工业出版社，2008.
[4]（美）Shahin Farahani.ZigBee无线网络与收发器[M].北京航空航天大学出版社，2013.
[5]刘东华，向良军.信道编码与MATLAB仿真[M].电子工业出版社，2014.
作者简介：严春（1963-），男，江苏常州人，本科，高级工程师，主要研究方向：煤矿井下传感器、数据采集分站及安全监控系统的开发等。