王军1， 顾义东2，3， 曾苛4
(1.甘肃省安全生产科学研究院， 甘肃 兰州 730000； 2.中煤科工集团常州研究院有限公司，江苏 常州 213015； 3.天地(常州)自动化股份有限公司， 江苏 常州 213015；4.天地科技股份有限公司 上海分公司， 上海 200030)
摘要：针对煤矿信息化发展对矿井通信系统网络扩展性、兼容性和通信速率的需求，介绍了WiFi通信技术的特点，从有线通信网络的延伸、无线调度通信、应急通信、数据采集和控制命令传输等方面分析了WiFi通信技术在煤矿信息化中的典型应用，提出了WiFi通信技术应与4G通信技术、矿井物联网通信技术等相互融合，以推动煤矿信息化进一步发展。
关键词：煤矿信息化； 矿井通信； 无线通信； WiFi通信； 应急通信
信息化在煤炭行业的应用越来越广泛，可有效提高井下人员的工作效率，减少井下用人，有利于煤矿企业安全生产[1-2]。煤矿信息化水平的发展离不开矿井通信，可靠通信是地面调度管理系统、井下自动化设备及人员之间信息交互的纽带，是煤矿信息化的基础及技术保障[3-4]。无线通信是矿井通信的重要组成部分，目前，中国煤矿井下应用较多的无线通信系统有漏泄无线通信系统、3G(包括CDMA，TD-SCDMA，WCDMA)无线通信系统等[5-9]，这些系统能实现基本的移动语音、数据通信功能。但随着煤矿信息化技术要求的提高，矿井无线通信系统的应用范围不断扩大，其网络扩展性、兼容性和通信速率等指标需求提高，WiFi通信技术可为矿井无线通信系统的改进提供有效的技术支撑。本文在介绍煤矿信息化发展需求的基础上，结合WiFi通信技术特点，分析WiFi通信技术在煤矿信息化中的应用。
随着电子、网络及通信技术的发展，中国煤矿信息化技术从无到有、从简单到复杂逐步发展。矿井安全监测监控系统、人员/车辆定位管理系统、视频监控系统、电力监控系统、胶带监控系统、有线/无线调度通信系统、广播对讲通信系统等大量在煤矿安装使用，为矿井日常生产管理提供相关视频、工况等信息，提高了煤矿信息化水平。随着矿井物联网技术的发展，上述各系统之间逐步融合，系统中各类设备之间的信息交互更加紧密，对矿井通信系统的传输能力提出了更高的要求[10]，主要体现在以下方面：① 网络扩展性。能满足不同规模的组网需求，扩容灵活、方便。② 网络兼容性。能满足矿井不同系统的组网需求，并能方便地与其他系统互联互通。③ 通信速率。能满足井下不同场合对通信速率的不同需求。
WiFi通信技术是近年来应用较多的矿用无线通信技术之一，与其他矿用无线通信技术相比，具有以下特点[11-12]：
(1) 组网灵活，网络扩展性好。WiFi是一种无线连网技术，支持标准TCP/IP协议，组网灵活，并具有很强的网络扩展能力。
(2) 融合性好。基于WiFi通信技术的矿用WiFi无线通信系统可与矿井的安全监控、图像监控等系统共用1个传输通道，实现语音、数据、图像传输。
(3) 兼容性高。WiFi是WLAN(Wireless Local Area Network，无线局域网)的主流技术，任何符合WiFi协议标准的设备可方便地通过WiFi建立通信连接，实现无线数据传输。
(4) 通信速率多样性。WiFi是基于IEEE 802.11协议的技术，不同协议版本支持的通信速率不同：IEEE 802.11g协议支持最高54 Mbit/s通信速率，IEEE 802.11n协议支持最高300 Mbit/s通信速率，可实现“视频+语音+数据”的多媒体通信功能；IEEE 802.11af、IEEE 802.11ah协议支持100 kbit/s～24 Mbit/s(6 MHz信道)通信速率，可实现低速率数据传输功能。
(5) 支持脱网通信。矿用WiFi无线通信系统可不依赖地面交换设备，为系统网络覆盖范围内的设备提供语音通信功能。
(6) 布网成本低。矿用WiFi无线通信系统可接入矿井工业以太网，不需要单独铺设通信网络，建设成本较低。
3.1 有线通信网络的延伸
在煤矿井下，矿用WiFi无线通信系统最高通信速率可达300 Mbit/s，最大传输距离可达300 m。同时，矿用WiFi无线通信系统网络由许多接入点(Access Point，AP)构建，AP具备标准的以太网接口，可就近接入矿井工业以太网，实现有线通信网络与无线通信网络的互联。AP将有线通信网络信号转换为无线通信网络信号，使通信网络延伸到有线通信网络难以安装、无法覆盖的场所，解决了井下末端网络接入问题。
3.2 无线调度通信
矿用WiFi无线通信系统具有强插、强接、监听、群呼、录音等调度功能，满足煤矿移动语音调度通信应用需要，可通过网关设备与调度通信系统无缝连接，实现与调度电话互通。通过对系统中调度通信平台、AP及WiFi手机终端等设备进行集成及软件优化，一定程度上克服了WiFi手机终端跨基站断话、语音通话滞后和无线信道带宽不稳定的技术弊端。但由于AP传输距离通常为100～300 m，所以在移动通话过程中，手机终端经常会在AP之间不断漫游切换，而WiFi通信技术缺少针对移动语音通话的漫游切换机制，造成漫游切换时延很大、移动语音通话效果较差。因此，矿用WiFi无线通信系统在煤矿的应用主要定位于矿井局部无线调度通信，满足井下部分作业人员的小范围移动通信需求。
3.3 应急通信
当煤矿井下发生事故导致常规通信中断或矿井局部临时需要通信时，需构建煤矿井下应急通信系统。应急通信系统要求设备简单、易操作、易维护，能够快速地建立、部署、组网。矿用WiFi无线通信系统采用扁平化网络结构，系统设备简单、体积小，网络布置快捷，与矿井工业以太网互连方便；系统支持无线Mesh网络技术应用，可迅速构建多跳宽带无线通信网络，满足语音、图像、数据或视频应急通信需求；系统具有脱网通信功能，只要临时构建部分通信网络，在其覆盖范围内的WiFi通信终端就能相互通信，有利于应急通信网络随建随用[13-16]。
3.4 数据采集和控制命令传输
WiFi通信技术在市场上取得了巨大成功，已经成为智能手机、便携式智能终端的标准配置。智能手机、便携式智能终端目前已在矿井大量配置、使用，利用智能终端及WiFi直连技术，可建立点对点文件共享传输通道，实现煤矿井下设备数据采集或控制命令传输[17]。
WiFi通信技术是矿井应用较广泛的无线通信技术之一，具有组网灵活、网络扩展性好、融合性好、兼容性高、通信速率多样性、支持脱网通信、布网成本低等特点，可用于有线通信网络的延伸、无线调度通信、应急通信、数据采集和控制命令传输等方面，以满足煤矿信息化发展的通信需求。但WiFi通信技术存在易受其他设备干扰、无线通信质量一般、移动语音通信漫游切换功能差等问题，WiFi通信技术应与4G通信技术、矿井物联网通信技术等相互融合，推动煤矿信息化进一步发展。
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Application analysis of WiFi communication technology in coal mine informatization
WANG Jun1, GU Yidong2,3, ZENG Ke4
(1.Gansu Scientific Research Institute of Security Production, Lanzhou 730000, China; 2.CCTEG Changzhou Research Institute, Changzhou 213015, China; 3.Tiandi (Changzhou) Automation Co., Ltd., Changzhou 213015, China; 4.Shanghai Branch, Tiandi Science and Technology Co., Ltd., Shanghai 200030, China)
Abstract：In view of requirements of network expansibility, compatibility and communication rate of mine communication system for coal mine informatization, features of WiFi communication technology were introduced, typical applications of WiFi communication technology in coal mine informatization were analyzed from aspects of extension of wired communication network, wireless dispatching communication, emergency communication, data collection and control command transmission. A view was pointed out that WiFi communication technology should be integrated with 4G communication technology, mine Internet of things communication technology and so on, so as to promote further development of coal mine informatization.
Key words：coal mine informatization; mine communication; wireless communication; WiFi communication; emergency communication
文章编号：1671-251X(2017)07-0090-04
DOI：10.13272/j.issn.1671-251x.2017.07.019
收稿日期：2017-05-12；
修回日期：2017-05-24；责任编辑：盛男。
基金项目：国家重点研发计划资助项目(2016YFC0801405)；中国煤炭科工集团智慧矿山专项项目(2016-ZHKSZX-04)。
作者简介：王军(1989-)，男，甘肃兰州人，硕士研究生，主要研究方向为控制工程，E-mail:1020119525@qq.com。
引用格式：王军，顾义东，曾苛.WiFi通信技术在煤矿信息化中的应用分析[J].工矿自动化，2017,43(7)：90-93. WANG Jun,GU Yidong,ZENG Ke.Application analysis of WiFi communication technology in coal mine informatization[J].Industry and Mine Automation，2017,43(7)：90-93.
中图分类号：TD655
文献标志码：A 网络出版时间：2017-06-27 17:17
网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20170627.1717.019.html