煤矿wifi无线通讯系统设计方案.docx

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煤矿wifi无线通讯系统设计方案

煤矿wifi无线通讯系统设计方案

设

计

方

案

山西宇德矿山设备

2020年5月7日

第一章wifi无线通讯系统的背景

1.1.实现矿井语音通讯的重要性

时期众多煤矿企业差不多完成或正在建设中的信息化建设包括：

Ø千兆工业以太环形网络

Ø安全检测系统

Ø工业视频监控大屏系统

Ø主、副井监控系统

Ø主运输集控系统

Ø排水监控系统

Ø采掘工作面监控系统

Ø通风机监控系统

Ø压风机监控系统

Ø供电监控系统等一系列全部基于以太网络的监控系统。

我们在此基础上推出的同样基于以太网的KT135无线通讯系统能够实现与煤矿现有设备的完全兼容。

在煤矿现有的井下以太环网的基础上，安装新云鹏公司生产的KT135矿用无线通讯系统，能够节约大量的巷道光缆无须重新布置，从而节约大量的光缆投入，同时能够和煤矿已安装或预备安装的KJ271人员定位系统共同使用相同的交换机，利用相同的主体网络，又能够节约大量的资金投入。

在节约了大量资金投入的同时，还能够减少了施工量，主体巷道不再需要重新铺设光缆，减少了施工队的工作量，节约了系统施工时刻。

1.2.实现矿井语音通讯的必要性

在井上、井下实现语音通讯是专门必要的，它不等同于监控信号通讯，信号通讯只是进行简单的信号传递，在许多情形下（专门是突发性事故发生的情形下），信号传递并不能满足紧急调度的需求，比如需要传达一个比较复杂的指令，有具体情形需要沟通，在危险关头第一时刻把前线情形汇报给井上等。

另一方面，无线语音通讯系统依旧调度系统的有力补充。

本系统在建立以后能够与现有的调度系统互联互通，能够和现有的调度系统进行互相补充，固定通讯和移动通讯相结合能够在第一时刻内找到需要查找的对象，并迅速的进行意见的交流和沟通。

1.3.KT135的优势和现有煤矿试验的情形

1.3.1产品优势

KT135能够与煤矿现有的系统网络兼容，对煤矿现有的网络进行补充，使其成为一个更加完整的系统。

利用煤矿现有的骨干网络施工，能够幸免煤矿重复投资

1.3.2KT135矿用无线通讯系统在现有煤矿试验的情形

能够满足煤矿的具体需求：

1）KTW138本安型无线基站：

双向通话距离不小于400m；

2）单个基站的手机容量：

20部；

3）无线漫游时无掉线和通话不畅情形；

4）交换机接入其他工控主干网、和其他交换机对接仍能正常工作。

5）手机待机时刻：

不小于3天

6）系统断电后备用电池供电时刻：

不小于2小时

7）纯本安设计，安全性更高，机构更加轻便，适用场所更加广泛。

第二章wifi无线通讯系统介绍

2.1.综述

第一，矿井通信的重要性无可比拟。

井下通讯系统是矿井安全防护及生产调度必不可少的设施。

早期我国井下通讯要紧为有线方式。

由于井下环境差,巷道分布多,干扰信号源多,对无线的进展障碍比较大。

随着近年技术进展,，泄漏技术、小灵通技术、无线对讲技术及WiFi技术相继用于煤矿井下。

只是往常采纳的“泄漏”技术及低频穿透技术来解决井下无线通讯其通讯距离短（一样在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尽管解决了通讯距离及防爆问题,但系统设备构成复杂,不能进采掘面、单独布线、频段限制等劣势在近年的通信建设上进展不大。

基于WiFi技术的KT135宽带无线通讯系统,即解决了距离问题，,又能够做成本安型产品,并能复用以太环网,达到人员定位、视频监控、瓦斯数据传输等多网合一，是为煤矿量身订做的安全通信系统。

而作为通信前沿的一块高新技术领域，wifi技术也代表着当今煤矿通信最先进的通信应用。

2.1.1设计目的

利用无线通讯手段，实现井下手机之间以及与地面各类终端，包括办公、手机、小灵通等之间的通信需求。

在实现差不多语音业务的同时，为视频、数据及其它可拓展业务提供可复用平台，极大提高工作效率，改善生产安全环境，真正的实现一次性投资多种应用同时实现。

2.1.2设计原则

Ø规划原则

1）以安全生产、高产、高效为中心，运用先进成熟的现代化技术手段，建立互联互通、信息共享、高度集成、安全可靠、适应对外开放战略要求的生产信息化治理系统，为矿方从事规划设计、建设、生产、经营、科技等经营治理活动和市场建设以及全矿的科学决策提供服务，为系统建立健全的现代化矿井治理监督治理制度提供技术手段。

2）积极采纳先进的运算机技术、信息技术，逐步建立完善的生产信息治理体系，实现广泛的信息共享，形成以综合信息集成监控平台系统为依靠的“自动化”生产过程，生产实时监控系统全面支持系统的安全、稳固和经济运行。

3）加强信息化建设的标准和规范制定工作，为提高全矿的经营治理和科学决策水平，促进矿的科技进步，提供现代化设施和技术手段。

Ø实施原则

1）总体规划：

应依照信息化建设的总目标来规划设计应用功能。

2）本着“先基础，后高级”的原则，幸免制造空中楼阁；

3）本着“先有用，后完善”的原则，按优先等级，逐步实施；

4）技术先进性：

总体规划设计应保证技术先进性，能满足矿井需求不断增长进展的需要。

5）可扩展性：

充分预留接口，能满足矿井规模不断进展的需要。

2.1.3设计依据和标准

✧《煤矿安全规程》2009修订版;

✧《煤炭工业矿井设计规范》GB50215—2005；

✧《煤炭洗选工程设计规范》GB50359—2005；

✧《煤矿安全装备差不多要求》；

✧《煤炭工业调度信息化建设总体规划纲要》（试行）；

✧《煤炭调度信息化装备技术规范》（试行）；

✧《运算机软件开发规范》GB8566；

✧《电子运算机房设计规范》；

✧《电子运算机场地通用规范》GB/T2887－2000；

✧《煤炭工业信息化“十一五”进展规划》；

✧《《AQ6201－2006煤矿安全监控系统通用技术要求》；

✧《MT/T1004-2006煤矿安全生产监控系统通用技术条件》；

✧《MT/T1005-2006矿用分站》；

✧《MT/T1006-2006矿用信号转换器》；

✧《MT/T1007-2006矿用信息传输接口》；

✧《MT/T1008-2006煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求》。

✧GB/T14381-93程控数字用户自动交换机进网要求

✧GF002-9002.1/9002.4《邮电部交换设备总技术规范书（试行））

✧YD344-90《自动用户交换机进网要求》

✧GB3378-82《自动交换网用户信号方式》

✧GB3379-82《自动交换网局间直流信号方式》

✧GB3380-82《自动交换网铃流和信号音》

✧GB7611-87《脉冲编码调制通信系统网数字接口参数》

✧GB3376-82《自动交换网带内单频脉冲线路信号方式》

✧GB3377-82《自动交换网多频记发器信号方式》

✧GB3971-83《自动交换网局间中继数字型线路信号方式》

✧CCITT建议K.20《程控数字交换机系统对过压、过流的抗干扰性要求》

✧GB7437《长途自动交换网传输性能指标》

✧GB/T14133《数模混合公用自动交换网传输性能指标》

✧GB/T15542《数字程控自动交换机技术要求》

✧GB3971.1《国家通信网自动编号》

✧GB3971.2《自动交换网局间中继数字型线路信号方式》

✧GB6879《2048kbit/s30路脉码调制复用设备技术要求》

✧GB12048《数字网内时钟和同步设备的进网要求》

✧《煤矿安全规程》

✧GB50215－2005《煤煤炭工业矿井设计》

✧《民用建筑电气设计规范》

2.1.4先进性

充分考虑电子信息技术的突飞猛进进展趋势，采纳国内外成熟的技术，起点要高，在技术上具有一定的超前性，保证通讯、调度、监控系统建立在同一个先进的网络化平台上，智能化程度高。

2.1.5有用性

以有用为主，在工程设计和实现的过程中，始终要把使用单位的实际需求放在首位，做到灵活、好用。

充分分析通讯、调度、视频监控系统的需求及使用环境情形，采纳优质设备，满足安防要求，保证操作方便耐久有用。

2.1.6可扩展性

系统可集中治理、监控，分散操纵，总体结构具有较强兼容性和可扩展性，既便于系统的充实、完善、改进和提高，又便于设备的更新、换代。

2.1.7经济性

系统优化设计，子系统具有标准化、模块化，在实现先进性和保证可靠性的前提下，达到较优的性能价格比；

2.2.系统特点及优势

本系统是专门针对煤炭行业矿区通信现状及固有特点而设计的一套完整的集成通讯、调度、监控一体化系统。

该系统采纳了当前国际流行的最先进的无线网络技术。

基础网络架构采纳了先进的WiFi技术并利用无线网络架构增强事实上用性。

该系统通信部分采纳了先进的国际通信标准VoIP技术建设，代表了以后主流技术的进展方向；其使用的通信协议（SIP）具有专门强的扩展能力，可适应系统以后扩展更多音频、数据、视频等的融合应用，比如在此技术体系下能够方便地实现视频监控、手机或者笔记本无线上网之需要。

系统能够实现与矿区固定网、公众移动通信网的汇接联网，实现了矿区移动用户、固定用户的统一调度和指挥。

即实现所有有线、无线用户的调度功能，井下WiFi手机之间，井下WiFi手机与调度席位之间，井下WiFi手机与地面WiFi手机之间，井下WiFi手机与地面固定、小灵通、手机间均可实现双向通话，还能依照生产需要对无线用户及所带的固定用户混合组网、统一编号。

◆幸免重复投资，多业务共用平台（语音、视频、数据）；

◆系统业务承载能力强，无线带宽为108M，有线带宽为100M；

◆系统采纳模块化设计，方便扩容，总容量不受限；

◆拥有自身内部软交换功能，不受限于外网，节约交换机资源；

◆完备的组网能力：

系统支持数字中继、模拟中继；自动网、人工台和直达专线

◆全数字化、IP化。

◆适用于井下通信环境，具备良好的噪音过滤功能；

◆可与地面通讯系统及公网互连互通；

◆接口灵活，可满足多业务接入需要，如无线视频监控等；

◆具备超强的有用性及稳固性；

◆低爱护成本，易于爱护。

2.3.系统的技术规格

1：

单模块容量：

5000线（扩展容量不限），支持5000部手机，500台基站。

2：

服务器操作系统：

稳固的linux操作系统，具备强大处理能力

3：

数据备份：

支持主/备用热备份

4：

传输介质：

光缆（可利用立即搭建的井下光环路）

5：

光缆传输距离：

≤40km

6：

手机和基站间的传输距离不小于300m，单个基站的覆盖距离不小于400m

7：

单基站同时通话手机数：

16部

8：

基站间切换：

无缝切换

9：

备用电池的连续工作时刻：

2小时（设备电源能够给设备提供2小时的备用电源。

设备断电后，电源内部的电池开始工作，能够连续给相应设备提供电源。

）

10：

手机：

WIFI（WirelessFidelity）手机，采纳802.11a/b/g标准

11：

手机待机时刻：

不小于3天

2.4.系统功能

◆手机差不多功能：

✓支持手机与手机之间呼叫服务

✓支持固定与手机之间的呼叫服务

✓支持内部语音通讯网络与PSTN网络的互通呼叫

✓来电显示：

系统内当有（包括外线）呼入时，手机可显示来话的号码；

✓呼叫转移功能：

遇忙呼叫前转、无应答呼叫前转、无条件呼叫转移；

✓呼叫等待：

当正与对方通话，又有第三方打入，能够听到呼入等待音，现在，可按键接听，并可交替与两方用户通话；

✓具有语音提示、遗漏呼叫、短信息、来电显示、呼叫等待、噪音抑制处理

✓能与调度进行绑定；有呼叫转移功能

✓脱网通讯

✓收发短信功能

✓手机在井下吵杂的工作环境下，铃声应清晰同时可振动

✓遗漏通知功能：

手机关机或不在服务区，所有来电留有记录，一旦手机开机或到达服务区时，以短信形式通知，包括来电号码、拨打时刻等信息。

◆软交换平台差不多功能

✓统一编号

✓外线直截了当拨入（DDI）

✓组呼、群呼

✓调度插入、强拆

✓系统软件能对不同用户设置不同的优先权和呼叫权限；具有紧急呼叫功能。

✓系统具有录音功能，多通道同时录音，具备一个放音通道，可在线实时查询录音、监听、回放、储备等；

✓井下手持移动与地面调度室具有直通功能；

✓系统软件支持手持移动的自动漫游、越区切换；

✓软件具有非法用户禁用功能；

✓软件注册数大于100门。

✓限制呼出、限制呼入、设备实时监控等功能

✓通话记录软件能够记录历史通话记录，主、被叫号码、通话时刻、通话内容、通话地点、通话次数等查询功能

◆基站差不多功能

✓能脱网工作，不占用交换机资源，以便当基站、调度室或线缆发生故障时，在特定范畴内的手持移动之间能够直截了当通话；

✓较强的适应性，系统能够适应煤矿井下潮湿多尘的恶劣环境

✓井下停电的情形下保证手机正常工作2小时

◆系统差不多功能

✓能和市场上叮嘱的终端产品兼容，并支持防爆终端

✓提供丰富的中继接口

✓防雷击爱护措施并能通过气象部分的检查

✓不与国家3G频段冲突

✓达到技术标准、规范要求

✓售后服务好，能及时得到爱护

2.5.系统拓扑图及连接关系图

2.5.1系统拓扑图

2.5.2系统连接关系图

井上部分

井下部分

……

2.6系统要紧设备硬件概要介绍

（一）井上部分所需设备

★软交换平台

✓

统一编号。

也确实是批量开分机，以相同的方式，在同一组内以统一编号开分机。

如此方便快捷。

✓外线直截了当拨入（DDI）外来线能够能够接到软交换平台上，和手机之间相互通话。

具体增加外线的方法如下：

✓组呼、群呼

✓调度插入、强拆

✓紧急呼叫业务。

当所有线路不通和发生紧急情形是，能够通过一个紧急号码对外进行拨打。

✓语音会议室功能。

当用户需要开一个会议时，治理员对会议室进行设置，包括会议室的接入号、会议室的密码等等，在会议室还能够让一些用户只能收听不能讲话等，设置如下图：

✓一号通功能，包括呼叫转移，呼叫等待等。

呼叫转移确实是当呼叫一个号码没有人接听的情形下转移到另一分机。

能够无条件呼叫转移，遇忙呼叫转移或是转移给其他的号码，具体设置如下图：

✓调度呼叫

✓路由功能。

软交换平台还具有路由设置功能，其中包括中继、来电路由和呼出路由。

设置方法如下：

✓缩位拨号。

同一组用户内部通话时能够拨打缩位号码，不用全部都输入。

✓免打搅。

当以用户不想接听一些时，能够进行免打搅设置，设置后对方无法拨打到该号码上。

✓多机一号.能够对一组用户设置一个特定的号码，当拨打这一组用户中的任意用户时，这一组号码同时振铃。

任一用户都能够接听。

能够设置振铃组，使多个话机在同一个组号码里

✓国际通话转接业务

✓支持长短号呼叫

✓实时观看分机状态。

通过软件换平台能够对所有的用户进行实时观看，包括通话时刻、通话状态，用户状态等。

✓无应答轮寻振铃。

当呼叫一个用户没有应答时，能够设置一组号码，进行轮寻振铃，直到有接听的人时终止。

无应答轮寻必须是同一组的号码。

轮寻的同时还能够对等待时刻进行设置。

✓支持自动话务台。

软交换平台支持无人应答的自动话务台。

能够通过自动的话务台对用户进行治理，还能够满足用户的专门多需求。

✓转语音信箱。

当拨打一个用户无法接通的时候，除了呼叫转移外还以给用户进行语音留言，把留言信息直截了当发到用户的语音信箱即可，操作方法如下;

✓支持分机呼叫限制

✓相关治理。

对用户进行的相关的治理。

✓路由策略，支持依照不同的时刻段和主、被叫前缀为用户配置特定的路由策略

✓呼出限制策略，支持依照不同的时刻段和号码前缀为用户配置不同的呼出限制策略

✓调度录音，录时。

能够依照需要对调度能够对通话手机录音，还能够把录音储存。

以便以后使用，软交换平台本身内存有限，录音时先确定内存是否够用，具体操作如下：

✓计费功能。

用户能够通过手机和总台联系后拨打外线，只要程控机承诺还能够拨打国际。

因此软交换平台能够对拨打外线进行计费功能。

具体设置如下：

★井上基站

为了配合井上无线网络的覆盖我们提供了一款井上室外性的无线基站，能够满足语音通讯、中短途数据传输等应用提供服务。

（二）井下所需设备

★KTW138矿用本安无线基站

特点：

1.KTW138矿用本安型无线基站是一款针对多种服务的高性能本安型无线基站，内置的两块双频无线模块和所提供的无线AP及Bridge应用模式，为无线应用提供了极大的灵活性。

1）同时支持802.11a/b/g，支持AP+AP模式的同时工作，专门适合高密度用户环境的应用。

2）双频段的AP同时工作，能够同时支持各种不同类型的客户端。

3） 支持AP+Bridge模式的同时工作，能够通过无线中继、无线桥接扩大无线覆盖范畴。

2.安全可靠的无线接入本基站提供多种安全策略来爱护无线网络：

1） 支持基于密钥、证书或是SIM卡的多种IEEE802.1x认证

2） 支持64/128位静态、动态的WEP加密

3）   提供了基于MAC地址的网络访问操纵以防范来自于互联网客户之间的侵入攻击

3.方便的远程系统治理

1）  能够通过Secure（S）、Telnet和SNMP进行远程治理

2）   基于s的Web配置界面和基于SSHv2的CLISH配置提供安全方便的远程治理

3）   支持远程的网络治理系统，如正诚科技的网管系统进行设备的远程集中治理

性能参数：

1.电气参数

工作电压:

DC12V

工作电流：

≤700mA

2.基站有线传输参数

a） 通信协议：

标准TCP/IP通讯协议

b） 传输速率：

10/100M自适应

c） 光纤接口数量：

1对

d） 光发射功率：

-3dBm～-15dBm

e） 光接收灵敏度：

≤-35dBm

f） 与天线连接距离：

≤1.5m

3.基站无线传输参数    

a） 天线阻抗：

50Ω

b） 通讯协议：

IEEE802.11g

c） 工作信道：

1～11信道

d） 工作频率：

2400MHz～2483MHz

e） 发射场强：

-35dBm/m～-10dBm/m

f） 接收灵敏度：

≤-75dBm/m

g） 调制方式：

OFDM

h） 与手机通讯距离：

≥200m

.★KDW12/127矿用直流稳压电源

KDW-12/127矿用隔爆兼本质安全型电源适用于矿井下，完全适用于含煤尘和瓦斯等爆炸性气体的环境中

    1、输入电压：

      AC127V/220V50HZ，承诺波动范畴为75%～110%。

    2、直流本安输出：

      额定电压DC12V，额定电流700mA；

     最高开路电压12.6V；

     过流爱护整定值≤800mA；

     周期与赶忙偏移峰峰值≤250mVp-p；

     输出电压偏离≤5％；

     源效应≤5％；

     负载效应≤5％。

   3、电池组参数：

     最高开路电压   16.6V；

     最大输出电流   5A；

     标称容量  1600mAh。

★KT135-S矿用本安手机（三防手机）

1.手机功能

◎  来电显示；

◎状态概要显示；

◎呼叫等待，呼叫保持；

◎有密码爱护功能；

◎短信息功能:

实现点对点的短信互发、转发；实现点对面的短信群发。

◎能与调度进行绑定；有呼叫转移功能，遇忙呼叫前转、无应答呼叫前转、无条件呼叫转移；

◎铃声功能：

可选铃声，内置振动；

◎支持漫游和切换、双麦克设置，支持工业用耳机；

◎支持免提、脱网通信、在没有操纵中心情形下实现终端对终端语音通讯。

◎支持分组对讲：

启用对讲功能后，连续按住手机侧键说话，松开侧键后就能接听其他启用对讲功能的手机发出的语音。

对讲功能不需要服务器支持。

◎ADhoc自组网：

手机自动组网，不需要AP信号支持也不需要连接服务器，在开阔无遮挡地带相隔300米以内都能通信。

2.7应用条件

◆系统井下设备正常工作条件

a）环境温度：

0℃～40℃；

b）平均相对湿度：

≤95﹪（+25℃）；

c）大气压力：

80Kp～106Kp；

d）有爆炸性气体混合物，但无显著振动和冲击、无破坏绝缘的腐蚀性气体。

◆系统中用于机房、调度室的设备正常工作条件

a）环境温度：

15℃～30℃；

b）相对湿度：

40﹪～70﹪；

c）温度变化率：

小于10℃/h，且不得结露；

d）大气压力：

80Kp～106Kp；

e）GB/T2887规定的尘埃、照明、噪声、电磁干扰和接地条件。

第三章无线通讯系统的具体设计

3.1此煤矿无线通讯系统的设计目标

本次方案设计实现煤矿wifi矿用网络内手机在井下大巷道和重要车厂区和井上固定的通信无缝对接，以及矿用wifi手机之间的通话顺畅，满足煤矿需求，实现应急通信，。

3.2基站装配位置及覆盖区域

结合此矿实际情形，基站的装配位置遵照以下原则：

◆依照人口密度、话务量等具体情形采纳分区设计；

◆井下基站确保重点区域的覆盖成效和高话务量。

具体设计为：

井上部分

井上区域：

在生产区的生产调度楼，井口区域和库房等要紧区域覆盖，矿部及生活区未作设计。

井下部分

井下部分：

本次设计安装井下包括矿用无线本安基站26台、矿用本安交换机2台,交换机用于组建一个井下网络，所有系统都挂到那个网络中。

3.3供电

井上基站采纳220V交流电，井下设备全部使用127交流电，一样采取就近接线的原则。

详细说明一下所有设备电源供电方面的注意事项。

（1）KDW-12/127矿用隔爆兼本质安全型电源应采纳电缆与基站连接，同时与设备与电源之间电缆连接的距离应尽量操纵在3米以内，最大距离不超过5米。

（2）KDW-12/127矿用隔爆兼本质安全型电源应依照巷道安装的具体位置的实际情形一样采取综保远程接线的原则。

3.4与工业交换机的对接

从地面向井下铺设光纤，在节点位置安装交换机，为无线通讯基站提供接口，每台基站占用一个RJ45口。

3.5光缆

设备与设备之间均采纳光缆连接，单根光缆的长度不超过40km

下面详细说明一下所有设备的数据光缆连接方式：

具体连接图如下：

电缆电缆

（1）井口下来的光缆，接入各个地点的工业交换机，与基站用光缆或网线连接，同时各个基站支持2芯光缆的直截了当串接，节约光缆。

（2）KDW-12/127矿用隔爆兼本质安全型电源与KTW138矿用本安型无线基站、连接.。

3.6地面与调度系统的对接

地面通过2M板与调度系统成功对接，使二套系统有完好兼容性，实现有线/无线一体化、语音/数据一体化、行政/调度通信一体化。

3.7施工具体要求

（1）井上中心机房网络配置的注意事项。

井上中心机房的设备连接示意图：

a）井上核心交换机应当预留3－4个RJ45接口。

b）将软交换平台接入井上核心交换机后，设置用户登陆名、口令、服务器IP地址等相关信息。

c）无线基站接入井上核心交换机后，设置用户登陆名、口令、SSID、IP地址、假如需要无线电波数据加密还能够设置WEP密码。

（2）详细说明一下基站的固定摆放方面的注意事项。

a）KTW138型矿用本安无线基站在安装时基站应悬挂固定在巷道的上方，并保证基站的天线部分应高于水平地面1.8米以上。

b）调整每根天线尽量与巷