煤矿井下无线异构网络融合研究及网关设计

发布时间：2020-08-26 13:47

【摘要】：近年来,煤矿安全生产对信息化水平要求越来越高,传统的有线通信网络因覆盖范围有限、适应能力较差等原因,逐渐地采取无线通信作为补充手段。本文就是在这样的环境背景下,提出煤矿井下有线、无线网络相结合,融合不同网络的设想,进而设计出异构融合网关,通过网关实现不同网络间的互相通信,扩大井下网络信号的覆盖范围,为煤矿井下大型设备的无人值守、井下环境监测以及地面远程监控提供通信保障。 本文首先对井下的各种感知网络的网络协议、网络结构及其在井下的应用方向等方面进行了详细介绍,接着总结了各种无线感知网络和有线通信网络的异构性。在此基础上,提出了融合各种异构网络的分层融合网关模型,本文分别从软硬件方面进行了设计实现。 硬件方面,网关芯片系统采用MIPS24KC为核心的32位嵌入式微处理器Ralink RT5350作为硬件平台,它同时具有AP热点的接入功能、以太网交换接口、USB接口以及串口的支持,在RT5350的外围扩展出CC2530芯片,通过RT5350的全功能USRT串口与CC2530通信。软件方面,移植OpenWrt系统到RT5350中,设置OpenWrt系统对WiFi模块的支持,网络摄像头可以通过WiFi网络上传视频监控信息,同时,网关还可以连接USB摄像头完成视频画面采集。 为保证一个网关的失效不影响整个网络的有效性,对网关采取了Mesh的组网方式,软硬件的结合,使得网关能够通过RJ45接口与外围的快速以太网模块连接,实现网关与外部网络的通信,内部通过串口与ZigBee模块通信,外部网络或者WiFi网络都能够控制ZigBee网络或者接收ZigBee网络的数据；网络摄像头节点可通过RT5350的USB接口或者无线WiFi的方式将监控视频画面发送到外部以太网,网关允许WiFi网络内的智能终端对ZigBee网络的感知节点进行动态控制,外部网络内的设备也可通过以太网远程地控制井下设备,实时获取井下信息。 异构融合网关实现了不同网络内终端的相互通信,即实现了基于不同业务类型、不同数据速率以及不同网络类型的节点的通信,更加完善了井下通信系统。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD65;TN92
【图文】：

图2 ZigBee网络在人员定位系统中的应用Figure2 Application of ZigBee in personnel positioning system矿井下人员定位系统中，依据工作人员和机车设备等的工作路径，设置，基站节点负责ZigBee网络的组建，当携带定位节点的人员或者机车设站的无线范围内，会自动加入ZigBee网络，将自身的位置信息上传到基

据传输速率最高达到11Mbps。WiFi网内的无线终端连接无线分站即AP热点实现与外部以太网通信，一个典型的Win网络如图3所示。WiFi无线网络的覆盖范围更广，数据传输率更高，具有更高的可靠性，且对设备能量要求低，功耗低，寿命长。以太网‘丨 厂‘？服务器__((')) (0 丨)）B ... T ... 6 无?热点f/ 。\_ ...象…I)…|]终-图3无线AP工作原理Fig3 principle of wireless APIEEE 802.11a 是最先提出的协议标准，IEEE 802.1 Ig 结合了 IEEE 802.11a/b的优势，在覆盖范围和传输速度方面都有所提升，数据传输率最高可达54Mbps，且能够兼容之前的协议标准。煤矿井下的各个巷道口可布置多个无线交换模块，即AP接入点，将工业以太网转换成WiFi网络覆盖到井下，实现煤矿井下的高速率、高可靠的无线通信网络。2.2.2 WiFi在煤矿井下的应用煤矿井下可构建无线基站

Figure4 Application of WiFi in multimedia data monitoring system工业以太网及应用煤矿井下地质复杂且作业环境恶劣，随着煤矿开采规模的越来越大，需要越

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本文编号：2805253