最新煤矿井下人员定位系统通信解决方案

最新煤矿井下人员定位系统通信解决方案

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煤矿井下人员定位系统通信解决方案

高峰高泽华文柳欧阳红升徐大雄 (北京邮电大学北京1 0 8 ) 0 0 6

摘要：提出了一套结合有线与无线技术的完整通信解决方案，可用于各类井下人员定位系统。 关键词：人员定位系统；通信解决方案；矿井

井下人员定位系统提高了煤矿安全生产和现代息通过无线方式传递到其注册的U S。井下一个 C处

C负责收集其附近数个已注册U S P信息的收集，如化管理水平，灾害辅助救援时发挥重要作用。为了 U S在所 保证井下定位基站采集到的定位信息能够及时传递图 1示。

到井上，以及井上的控制信号及时通过定位基站传递给井下单位，立低成本，靠，效的井下通信建可高系统以完成井下信息的双向传递任务。

1组网及传输方式井下人员定位系统由软件系统和硬件系统组

成，其中软件系统包括应用软件和嵌入式软件两部分组成。硬件系统由控制管理中心 C MC(otl Cno r

图1 Ar意图 L￣,

框内为一个L ( oaA e )即局部区域，个 A L c l ra, 由一

Maa e e t etr n gm n C ne)、井下定位基站 U S (U d r U S (约为7 ) U S P n e . C和nn 个个 P组成。U S C通过特定接口连

实现信息传递。 gon oio i tt n、井下控制基站 U S (—接到井下已铺设的有线通信线路上， ru dP sin gSai ) t n o C Un UP U dr on o t l t i )无线通信基站WC ( r. 11 BN、 S、 CS无线通信 MAC协议 eg u dC n o Sa o、 r r tn S Wi . e

1sC m nctnSao ) es o mui i ti、定位信标节点B ( e— ao tn N B acnn d ) o o e组成。

B U SU S N、P、C上都安装有工作于4 3 z点的 3MH频

射频收发模块。用于彼此之间信息传递。系统支持B与 N C、 P与U S N P之间不整个系统采用有线与无线相结合的组网方式来 U S U S C之间的双工通信。但B与U S US 解决井下信息传输问题。整个井下，在从井口到巷道能直接通信联系，C为这个局部网络中的总控制器。深处

都已安装好有线通信线路。U S C收集到定位信为了应对特殊需求，制定了适用于这种井下特殊系统的通信协议，要包括物理层 (H和媒体主 P Y)息，过有线通信传输到地面C C通 M。而在采掘面附近 MA。 A子层的任务是使用物理层提的近百米巷道附近，由于巷道还在随着采掘不断延访问子层 ( C) M C实现设备( N、P、 c ) B U u s问的数据帧传 S伸，时部署有线通信系统既不方便，实也不经济，故供的服务，采用无线传输的方式解决传输问题，以保证系统对输。MA子层主要功能包括 4方面： C产生并发 C个 US U SB根据协调器的信标帧与协调器同整个巷道的覆盖。一段时间后再用有线通信线路替送信标帧， P、 N代无线传输网络。同时这些无线传输设备可以被再步；持关联和取消关联操作；用 C MA C支使 S— A机制次利用。次替换，依可保证系统随着采掘进行对整个访问信道；持时隙保障G S gaate m o)支 T (urnedt e l机 i st巷道实现完全覆盖。

制。中：联操作是指B在加人一个特定U S其关 N C网络

向其注册的过程。B在巷道中不断移动， N会从一井下 U S时检￣ B信息，然后将收集到的信时， P实 J IN4 收稿日期：0 0 0— O 0I 2 1— 12I金项目：基国家自然科学基金资助项目 ( 0 0 0 5) I 6 6 2 0;BM中国研究院联合研究项

最新煤矿井下人员定位系统通信解决方案

2 1 .数据通信 0 02

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个U S制区切换到另一个 U S C控 C控制区，就需要进间等信息的请求帧； C收到后判断，在特定时段发这 U S行关联和取消关联操作。时隙保障机制和时分复用送一个广播公告 (括矿工编号 )允许 B发送超声包， N

机制相似，可以动态地为有收发请求的 B U S但 N、 P分波并通知U S动计时器，若媒体忙碌则把 B卡号 P启 N配时隙。

存储下来，照B按 N的请求信号到达先后排队，等待媒

超帧：以超帧为周期组织U S C网络内实体问的通体空闲后再发广播公告。B收到允许信号即刻开始 N

信。每个超帧

都以U S出的信标帧为始，这个信发送超声波。 C发在标帧中包含了超帧将持续的时间以及对这段时问的U S和 U P CS之间的通信： C发送一个包括矿 US

分配等信息。超帧将通信期间分为3阶段：标帧工编号的广播公告， P收到这一公告后启动计时器个信 US发送时段、竞争访问时段和非竞争访问时段。在超帧 (由于无线电传输速率极高，以近似认为 U S B 可 P和 N的竞争访问时段，N、P使用带时隙的 C MA C 同时收到公告，即计时器启动同时B发送超声波 ) B US S~A N,访问机制，并且任何通信都必须在竞争访问时段结收￣ B发送的超声波时停止计时器，到定位信息。 J IN得 束前完成。在非竞争访问时段， C根据上一超帧期随后将此信息发送到 u s此时可以采用竞争发送与 U S c,间网络中设备申请G S T的情况，将非竞争时段划分为预约发送两种方式。竞争发送：先定位于竞争访问首若干个G S T。每个G S T由若干个时隙组成，隙数目时段中一个时隙的边界，时 然后等待随机数目个时隙。

在设备申请G s T时指定。如果申请成功，申请设备就等待完毕后，开始检测信道状态：若信道空闲，在下拥有了它指定的时隙数目。 个可用时隙边界开始发送数据；信道忙，若重新等一

数据传输模型：网络中的U S U S B等设备组待随机数目的时隙，检查信道状态， C、P、N再重复这个过程成以U S C为核心的星型网。因而存在两种数据传输方直到有空闲信道出现。预约发送：首先向U S C申请

式：据从 U S送给其他设备、据从其他设备发 G S数 C发数 T时段，申请成功后。在其拥有的时隙内将数据当C。送给 U S U S先广播信标帧，标帧表示超帧的发送给U S C。 C首信. 开始。设备之间通信使用基于时隙的C MA C信道 12 UCS与 CMC之间的通信 S—A

访问机制，有设备都通过 U S所 C发送的信标帧进行同

有线方式：控制器局域网C N ( o t l r ra A C nr l e oeA

步。在时隙C MA C S— A机制下，当设备需要发送数 N tok是

国际上应用最广泛的现场总线之一。每 e r) w由德 oc公 0 据帧或命令帧时，首先定位下一个时隙的边界，它然国B sh司8年代初推出，现已应用于汽车行业、后等待随机数目个时隙。等待完毕后，备开始检测机械工业、医疗器械、家用电器及传感器等领域。设

A信道状态：信道空闲，备在下一个可用时隙边界 C N已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前若设开始发送数据；若信道忙，备需要重新等待随机数途的现场总线之一。C为多主方式工作，设 AN网络上任量时隙，再检查信道状态，复此过程直到有空闲信重一

节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发

道出现。在这种机制下，确认帧的发送不需要使用送信息，而不分主从；AN用非破坏总线仲裁技 C采

C M C机制， S A— A而是紧跟着接收帧发送回源设备。

术，当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时，优

B N和UC S之间的通信：个 B每 N周期性 (个时先级较低的节点会主动退出发送，而最高优先级节这

间间隔通过 C具体设定，以控制命令的形式通过点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省总线 MCC N最高通信速率可达 1 bt/0 M is m,/4 U S送给B向其关联的U S C发 N) C发送定位请求。对于冲突仲裁时间； A

K isO m;A/l任意一个 B来说， N当定时器到时，它准备 …… 此处隐藏：4327字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……