WiFi通信系统（共7篇）
WiFi通信系统 篇1
0 引言
煤炭生产作为我国能源生产的一个支柱产业,在国民经济中占有十分重要的地位。近年来,我国煤炭企业重特大安全生产事故时有发生,给国家和人民带来巨大的损失。煤矿事故发生后,为了保证安全,不发生二次事故,井下电力供应完全切断,井下已有的各种通讯设备无法开启。目前,由于我国矿井救援设备比较落后,救援技术发展比较缓慢,致使救援指挥通信不畅,在一定程度上影响了救援任务的指挥决策[1]。在矿井救援工作中,指挥调度状况在很大程度上决定着救援效果,许多事故发生后出现救援工作开展不及时或进展不顺利的现象,错过了最佳救灾时机。
所以,为了确保救援人员的人身安全,让救援基地与灾区的救援人员保持实时语音通讯,把灾区的视频信息和环境参数及时传回救援基地,需要快速建立一套应急通信链路来进行井下情况的监测。近年来由于无线通信技术的发展和煤矿信息化的要求,以WiFi为代表的SDR(Short Distance Radio,短距离无线通信)技术由于具备网络铺设简单、发射功率低、低功耗、续航能力强、易实现煤矿本质安全电路设计等特点,开始在煤矿行业中得到应用。本文根据矿井救援工作的实际需要,设计了一种基于WiFi无线技术的矿井救灾无线通信系统。
1 WiFi技术介绍
目前,无线接入技术主要包括IEEE的802.11、802.15、802.16和802.20标准,分别为无线局域网WLAN、无线个域网WPAN、蓝牙、无线城域网WMAN等[2]。其中基于802.11协议的无线局域网接入技术又被称为无线保真技术WiFi(Wireless Fidelity)。
WiFi是由AP(Access Point)和无线网卡组成的无线网络。AP一般称为网络桥接器或接入点,它是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁,因此任何一台装有无线网卡的PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源。IEEE802.11协议规定了WiFi的基本网络结构包括物理层、介质访问接入控制层(MAC层)及逻辑链路控制层(LLC层)。物理层定义了工作在2.4 GHz的I SM频段上的2种无线调频方式和1种红外传输方式。
IEEE802.11标准定义了两种基本操作模式:Infras tructure模式和Ad hoc自组网络模式[3]。
(1)Ad hoc自组网络模式
由一组客户终端组成,该模式不需要任何基础设施(如接入点AP或到分布系统的连接)的支持就可以实现其覆盖范围内的站点之间的通信。每个站点不需通过接入点AP就可以与相同BSS下的任何其他站点建立通信,如图一所示。
(2)Infrastructure模式
组成结构至少包括一个无线接入点AP和多个无线的终端站点,这些终端站点可通过接入点AP实现之间的相互通信。Infrastructure模式也可以通过AP与有线网络或因特网相连,如图二所示。
2 矿井通信的组网模式
基于WiFi的矿井通信救援系统包括:地面指挥调度中心、井下救援基地和灾变现场救护队。井下无线通信由井下救援基地、无线传输链路部分及运输小车等几部分组成。
如图三所示,地面指挥调度中心和井下救援基地之间采用有线连接方式传输数据。应急救援开始后,地面救援指挥调度中心完成相关救援预案论证,确定救援方案,进行有线电缆的快速铺设和相关设备的快速架设,迅速建立起井下救援基地与地面救援指挥调度中心的信息联系,完成井下救援基地平台的搭建。井下救援基地和WiFi射频模块之间采用无线连接方式。为了保证人员安全,在靠近灾变现场的情况不明区域,通过自动布放装置快速建立无线通信信道,并采用基于WiFi技术的无线接力方式实现通信信道向灾变现场的逐渐延伸,直至到达救援灾变现场,快速建立起采用有线加无线射频的混合组网煤矿应急救援信息传输通道。
由于WiFi技术的自组网功能,当2个节点通信距离超过其通信范围后,新投放的节点会自动加入WiFi网络成为中间路由节点,使通信链路长度延伸,保证通信的正常进行。其余节点依次进行投放。链路建立过程中,采集前端同时也送回救援前端的各种环境参数,救援人员和救援指挥调度中心分析和处理各种采集到的环境参数后,作出进一步的救援工作安排。安全可靠时,救援人员可以直接进入已探测到的区域,然后作进一步的深入探测或救援。否则,进行必要的排险工作,排除险情,为下一步救援工作做准备。同时,救援人员随身装配的数据设备,依靠已经搭建的Wi Fi网络,可完成救援人员之间或使救援人员与地面指挥调度中心之间的语音联系和救援人员定位功能。
3 WiFi在矿井应用的主要优势
WiFi就是基于802.11标准建立的,它具有部署方便、成本低、传输速率高、抗干扰能力强、灵活性好等优点[4]。
(1)无线电波的覆盖范围广
WiFi的覆盖半径基本上能达到100米左右,而普通的蓝牙技术基本上只能覆盖15米左右的半径区域[5]。
(2)价格低廉
WiFi网络的建设成本相对于传统的局域网布线成本要低,WiFi网络只需安装一定数量的无线网络节点(Access Point)就可以满足指定区域信号的覆盖,可以避免固定局域网繁琐的布线工程。
(3)传输速率快,网络可靠性高
WiFi最高带宽为11Mbps,在信号较弱或有干扰的情况下,带宽可调整为5.5或2.1Mbps,带宽的调整有效地保障了网络的稳定性和可靠性[6]。
4 结束语
WiFi无线传输技术是当前信息领域的研究热点,基于WiFi技术的开发应用层出不穷。这种基于WiFi无线技术的矿用救灾无线通信系统可以有效地将井下数据信息传递到地面调度中心。凭借WiFi技术的无线节点可以移动、组网快速简单、成本低、网络易维护等特点,该系统在矿井应急救灾中有着很大的推广应用价值。
参考文献
[1]周伟,孙弋.煤矿井下应急救援无线通信系统研究[D].西安:西安科技大学,2007.
[2]陈文周.WiFi技术研究及应用[J].数据通信.2008,(2):14-17.
[3]王娜.基于WiFi的无线远程视频监控系统[J].安防科技,2010,(1):16-18.
[4]邱国良.浅谈WiFi技术的发展和应用[J].黑龙江科技信息,2009(,10):65.
[5]李扬.WiFi技术原理及应用研究[J].科技信息,2010(,6):241.
[6]孙仁锋,桂鹏,王春光.基于WiFi的井下通讯系统在矿山企业中的应用[J].矿山机械,2009,(6):70-71.
WiFi通信系统 篇2
目前, 国内的门禁系统多以密码、刷卡、指纹识别为主, 而且是有线控制, 传统的由计算机控制的门禁系统需要构建专用的控制网络[1], 不能很好的利用原有的计算机网络, 会产生重复建设, 并且不能进行局域网之外的无线远程控制;无线网络伴随着社会的发展逐渐成为一种重要和普遍的通信方式, 而利用无线WiFi的通信方式来控制门禁系统成为人们对智能安防系统日益增长的迫切需求。而以IP通信为基础的融合通信, 把计算机网络与传统通信网络融合为一体, 将数据、音视频融合在一个网络平台上[2,3];以IP通信为基础和载体, 本文提出一套基于融合通信的WiFi门禁系统, 将门禁系统和IP融合通信达成一个有机的整体, 突破有线控制的限制, 可以灵活实现远程WiFi手机无线控制门禁系统。
2 融合通信与WiFi门禁控制系统 (Integratedcommunication and WiFi access control system)
2.1 融合通信
融合通信技术是通信技术 (Communications
Technology, CT) 和信息技术 (Information Technology, IT) 的相互融合, 所有业务 (传统业务、新IP业务) 均切换到由统一的IP网络承载, 是一个能够提供包括语音、数据、视频和多媒体业务的、基于分组技术的、综合开放的网络架构, 融合通信的体系结构如图1所示。
这个网络的基础是利用IP作为传输协议, 利用现有的网络技术, 将语音、视频集中到IP网络上来。
由图1中可以看出, 该体系结构由上往下由业务层、控制层、承载层和接入层四层组成, 其中业务层负责在呼叫建立的基础上提供各种增值业务和管理功能, 网络管理和智能网是该层的一部分;控制层负责完成各种呼叫控制和相应业务处理信息的传送;承载层负责将用户侧送来的信息转换成能够在网上传递的格式并将信息选路至目的地, 该层包含各种网关并负责网络边缘和核心网之间媒体流的交换/路由;接入层负责将用户连接至网络, 其中就包括了现在广泛使用的无线WiFi网络, 完成业务量的集中和将业务传送至目的地, 包括各种接入方法和接入节点[2]。
2.2 融合通信控制门禁优势
融合通信是以IP通信为基础和载体, 以语音、数据、视频, 以及即时通信等为核心业务, 无论用户在任何地方, 只要有IP网络就可以接入到网络中享有统一通信的各种服务;统一通信平台还可以使用户通过多样化的终端、以IP为核心的统一控制和承载网以及融合的业务平台实现各类的通信, 除支持传统电话交换机的语音通信功能外, 还可提供基于NGN (下一代网络) 的IP语音通讯增值功能;无线网络伴随着社会的发展逐渐成为一种重要和普遍的通信方式, 融合通信包含了WiFi的无线通信接入方式, 利用无线WiFi的通信方式来控制门禁系统是一个快捷、方便、可移动控制的方式。
鉴于融合通信的优越性以及融合通信在未来的发展, 现在国内已经有中兴、华为, 以及无锡三通科技有限公司等厂家加入到融合通信产品的研发和生产, 在国内也占据了一定的市场, 打破了思科等国外厂家在国际市场上的垄断。
2.3 WiFi门禁系统的构成和实现
2.3.1 系统的构成
该系统由如图2所示的无线路由器、语音控制器、电磁锁、门禁控制板和语音交换机构成。
2.3.2 语音控制器电路及控制过程
将融合通信系统如图2所示 (语音交换机、语音控制器) 接入无线局域网 (一个无线路由器) , 同时将门禁控制器与语音控制器连接;在语音交换机配置语音控制器控制端口上的电话号码, 将无线WiFi手机通过无线路由器接入局域网后用SIP协议在语音交换机上注册分配WiFi手机的电话号码, WiFi手机注册后安装CSipSimple的APP (一种拨号软件) , 通过拨号软件拨打语音语音控制器控制端口的号码, 接通语音控制器上的控制电路开关量输出, 如图3所示, “1”指开关量输入 (2组) , “2”指开关量输出 (2组) 。当系统根据配置, 相应的事件产生后, 主芯片相应的控制脚的电平会发生改变, 当输出高电平时, 继电器电路得电、会动作, 从常闭状态改变为常开状态。反之, 继电器电路失电也会动作, 由常开改为常闭, 从而来控制连接的门禁控制板继电器动作, 继电器动作后控制门禁控制器产生开关动作[3,4]。
3 结论 (Conclusion)
与传统门禁系统相比, 该门禁系统突出了以IP通信为基础的融合通信系统下的远程门禁控制, 既提高了门禁系统的运作效率, 又节省了公司的整体预算, 节约了成本。传统的电话与计算机实现门禁功能稳定, 但是需要布线等操作, 相对繁琐、占用空间较大, 并且距离非常有限。然而基于融合通信的门禁系统, 借助于现有的IP网络, 把控制端计算机和门禁系统有机的连接起来。只要计算机能连接该门禁所在的内网 (如校园网或企事业单位的内网) , 无论在何地都能轻松控制门禁。这样, 不仅不用在另外部署专门的门禁网络, 而是直接在IP网上走数据, 而且系统扩展性好, 延长了传输距离, 节省了财力、物力、人力, 并且门禁控制软件用户界面操作方便简单, 提供二次开发接口易于定制不同的客户需求。
参考文献
[1]陈大春.基于以太网的分布式智能门禁系统的设计与实现[D].西南交通大学硕士论文, 2009:17-30.
[2]中国通信网www.c114.net.
[3]王汝琳.智能门禁控制系统[M].北京:电子工业出版社, 2004:60-82.
WiFi通信系统 篇3
瓦斯抽采一直是重庆能源投资集团松藻煤电公司各矿安全、生产的关键, 近些年更是如此, 因此在井下施工专用瓦斯抽采巷道、在巷道内施工抽采钻孔抽采瓦斯成为重庆能源投资集团松藻煤电公司各矿井治理瓦斯的主要手段之一。随着国家煤矿安全监察局等部门对矿井瓦斯治理强度的加大, 石壕煤矿井下瓦斯抽采打钻点增多。因打钻点存在瓦斯等易燃、易爆性气体, 而且空间狭小、粉尘大、环境潮湿[1], 直接影响着打钻的效率和矿工在打钻现场的安全。而井下瓦斯巷打钻地点情况复杂, 施钻人员只能通过调度电话反馈现场情况, 不能将现场情况及时反馈到地面调度中心, 因而调度中心不能及时掌握现场情况并做出调度指令, 存在较大的安全隐患。为解决上述问题, 松藻煤电公司石壕煤矿经多方论证, 选择装配WiFi无线通信系统。该系统可实现便携式通话, 并把井下瓦斯巷打钻点的现场图像上传至地面调度中心。
1 矿用WiFi无线通信系统的特点
1.1 矿用无线通信技术比较
目前, 应用于矿井的无线通信系统有矿用小灵通 (PHS) 无线通信系统、矿用CDMA无线通信系统、矿用WiFi无线通信系统[2,3], 这3种无线通信系统的技术参数比较如表1所示。
从表1可看出, WiFi无线通信系统的基站带宽为54 Mbit/s, 频带利用率较高, 既能实现把井下打钻点的图像上传到调度中心, 又具有良好的通话效果, 并且WiFi的基站可以接入矿上已有的环网通道, 不需要重复敷设主干电缆。小灵通和CDMA系统均需独立成网, 将增加矿方投资。因此, WiFi无线通信技术是石壕煤矿实现井下打钻点视频监控和无线通信需求的理想选择。
1.2 WiFi无线通信系统技术特点
(1) WiFi无线通信系统可利用矿上已有的工业以太环网线路, 无需建设专用的语音传输线路, 这样可以减少矿上的投资资金。
(2) WiFi无线通信系统带宽达54 Mbit/s, 图像、语音、数据可以综合传输, 互不影响。
(3) 无线Mesh技术级联, 可满足特殊区域的应用。石壕煤矿井下打钻点安装2台无线WiFi基站, 基站之间通过无线跳接传输视频和语音。
(4) 具有手机脱网通信功能。手机之间可直接对讲, 当井下基站与地面交换机之间的线缆断时, 基站覆盖下的手机也可以相互通话。基站的脱网功能可用于事故应急救援和临时施工通信[4,5]。
2 WiFi无线通信系统在石壕煤矿的应用
2.1 系统组成
石壕煤矿WiFi无线通信系统地面主要由IP调度交换机 (语音服务器) 、维护终端、语音网关、网络交换机等组成。井下主要由井下环网交换机、本安型无线光纤基站、本安型网络摄像仪、手机、矿用电源等组成。该系统网络拓扑如图1所示。
(1) IP调度交换机:
地面机房配置一台工业级语音服务器作为系统的软交换中心, 集成了全套的语音、图像、数据交换平台。
(2) 语音网关:
通过语音网关接出1部有线电话作为调度台电话, 可对所有的手机用户进行调度。
(3) 网络交换机:
使IP调度交换机、维护终端、语音网关在同一局域网内互联互通。
(4) 基站:
是无线网络的接入点, 是无线收发单元, 是从用户到网络以及从网络到用户之间的通信传输站。石壕煤矿在打钻点采用光纤基站, 具备3个电口和2个光口。
(5) 本安型网络摄像仪:
是井下瓦斯巷打钻点的视频监控终端。该摄像仪通过CCD摄像头采集视频信号, 视频信号采用H264技术压缩并转换成以太网信号, 再通过无线基站传到地面调度中心。
2.2 视频监控
在井下瓦斯巷打钻点安装一台本安型网络摄像仪, 该摄像仪由一台电源单独供电, 摄像仪实时监控到的图像通过基站A无线Mseh跳接技术传送到基站B, 基站B通过光缆接入环网交换机, 图像经过环网上传至地面调度中心, 地面调度中心的调度值班人员可以在电脑显示屏上清晰地看到井下打钻点的现场情况, 调度员根据现场监视的情况向领导汇报或者对井下作业人员发出指令、采取相应措施, 实现对井下瓦斯巷打钻点的现场监控。
2.3 语音通信
在地面调度中心可以通过2种方式与瓦斯巷打钻点取得通话联系。一种方式是从地面调度机房IP调度交换机接出1台语音网关, 通过语音网关接出一部有线电话放在调度台上, 这样调度员就可以使用这部有线电话和井下基站覆盖的区域手机电话通话, 另外调度员也可以通过这部调度电话在软调度台上对井下的手机用户实现强插、强拆、监听、会
议等调度功能。另外一种方式是在地面调度中心安装一台WiFi小基站, 小基站的无线信号可以覆盖整个调度中心, 在地面调度中心的调度员就可以通过手机和井下基站覆盖区域的手机用户相互通话, 根据监控到的井下瓦斯巷打钻点的现场情况发出相应的调度指令。
3 结语
WiFi无线通信系统在石壕煤矿投入运行后, 很好地实现了对井下瓦斯巷打钻点的视频监控和语音通话功能, 地面调度中心能根据井下的现场图像及时地作出调度。但是系统有些地方还需要在以后的开发中进一步地完善, 如矿用无线基站、摄像仪都需要单独配置电源, 取电移动不是很方便。
参考文献
[1]刘耀鸿.现有矿井移动通信技术的分析与比较[C]//第19届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨中国矿业大学 (北京) 百年校庆学术会议论文集, 2009, 北京.
[2]李文峰, 李华, 马志鹏, 等.矿山现代无线移动通信技术的研究[J].煤炭科学技术, 2007 (6) :72-74.
[3]孙继平.煤矿井下安全避险“六大系统”的作用和配置方案[J].工矿自动化, 2010 (11) :1-4.
[4]孙继平.矿井移动通信的现状及关键科学技术问题[J].工矿自动化, 2009 (7) :110-114.
WiFi通信系统 篇4
通过调查发现,目前国内煤矿使用了多种多样类型的矿用机车,比如电瓶车、内燃机车等。因为煤矿井下有着十分复杂的地质情况,矿用机车就有着特别大的作用,不管是井下工人,还是设备材料的运输,都是由矿用机车来完成的;那么与目标车辆之间的通讯时间,就成为了一个重要问题。目前,大部分煤矿采用的是传统的有线电话通讯网络,这种通讯系统存在着很多的缺点,比如在井下需要比较复杂的布线,安装难度较大等,这样就限制了井下有线话机的数量;往往需要经过数十分钟的延迟之后,机车司机才可以接收到重要信息,这样煤矿调度机车的时长也得到了增加,对工作效率产生很大的影响,紧急救援时间得到了延长,还会对煤矿形象产生破坏作用,不利于煤矿的安全生产,威胁到人们的生命财产安全和国家的和谐发展。
那么如今煤矿生产中,非常重要的一个问题就是如何保证机车通信的实时性,缩短与目标机车通讯的时间,提高工作效率,缩短救援时间。目前采用的是直接通讯和中继转发来实现煤矿井下安全监控和生产调度对井下机车的管理,前者是利用载波电话等来将机车状态信息实时上报,但是它只有很差的音质和音量,无法有效的抗干扰。后者是将机车首先利用红外通讯向中继站点传输,然后其他的中继站点将得到的讯息传送上报。这种方式也存在着很明显的缺点,那么就是延时会增加。随着时代的发展和科学技术的进步,中国煤炭行业必然会朝着自动化和信息化管理的现代化矿井发展。那么,就需要大力研究矿井机车无线通信技术,如果煤矿中出现了各类问题,相关的反应和部署都可以在第一时间做出,将矿井机车的作用给充分的发挥出来。
2 系统介绍
系统构成:该系统包括了很多个组成部分,比如地面监测服务器、中继网关、用户网关等,还有WIFI无线基站、车载式移动电话等都是它的组成部分。某煤矿将以太环网和矿井无线通信系统作为了已有矿用工业的传输通道,通过以太网线,可以直接连接所有的WIFI无线基站和工业以太网交换机,同时,将车载式移动电话安装在矿用无轨脚轮车上,与基站之间的语音通信也是利用WIFI无线信号来连接的。
系统的工作原理:本系统的工作原理是利用矿井宽带以太网平台来连接通讯服务器、矿用无线通信基站、矿用手机等,通过WIFI无线信号、网线和光纤等来传输所有的数据。服务器将IP地址分配给工作区域内的每一台机车,然后注册于管理软件中。在管理软件中注册车载电话,可以直接通话于矿井无线通信收集、调度电话座机等,并且本辆机车在井下的实时位置也可以利用与该辆机车上的车载电话通信的基站来有效确定。车载电话发出的无线信号,被基站所接收,然后将这些无线信号调制和打包,之后向地面管理主机传送,利用的是矿用网络交换机,管理软件对其做必要的处理,然后利用矿用网络交换机来向被呼叫手机所在区域的基站进行传送,信号被呼叫的目标所接收到之后,除了必要的振铃提示之外,还需要通过调制将其以语音的形式向持机者发送,完成一次通话。在这个过程中,经过管理软件处理的所有数据都会在数据库中储存。外线通话指的是连接在用户网关上的电话用户需要与PSTN电话系统的用户通话。在这一类通话中,电话功能由中继网关电路来模拟,将远程环路会接功能提供出来,并且对来话振铃进行检测。用户网关上的电话拨号后,电话机的模拟信号会被用户网关转化为IP数据包,向以太环网平台上传送,这些信号被中继网关接收到之后,可以对电话自动接听,连接到PSTN程控交换机,将二次拨号音提供给主叫电话。
主要设备介绍:地面监测服务器,它的作用主要是处理调度和管理WIFI无线通信系统中的数据,和煤矿监控系统中心站的功能类似。可以在很多的操作系统上运行这个系统软件程序,比如窗口2008、窗口XP等等,本文使用的方案设计是在LINUX操作系统上运行的,这样系统的可靠性、安全性以及经济性可以得到有效保证。这个软件的主要功能包括很多方面,比如号码注册管理功能、会话状态、显示功能、录音功能以及参数设置功能等等。矿用无线通信基站,将WIFI技术应用到矿用无线通信基站中,有线无线转换、并具交换、持续、控制、管理功能都可以得到实现,可以将语音、数据以及图像多媒体信息接入进去,支持的功能有很多,比如人员定位、对讲功能、一键呼叫功能等,可以在800米左右的距离内实现无线信号覆盖,预留端口,这样就可以对功能进行扩展,通过阻燃网线来连接各个基站,以太网有效通信距离较长,一般在1千米左右。矿用车载式移动电话,矿用机车无线通信系统的语音终端就是矿用车载式移动电话,要想与车载电话进行语音通信,可以通过基站提供的覆盖信号来实现,系统要想联通PSTN网络,只需要对系统的网关设备进行增加即可。本软件的接入工具是IP,管理采用的是WEB方式,这样用户管理和维护的难度就会得到降低;可以利用用户自定义规则来编制车载电话号码。结合网络的具体情况,来对多种语音编码方式进行自动选择,比如G711等;可以对机车定位,还具有声光报警功能。语音网关,通过语音网关,可以有效无缝连接无线通信系统与PSTN有线电话系统,结合用户有线电话系统交换机类型来对语音网关或者数字中继网关来模拟,直接接PSTN环路中继积聚可以对语音网关进行模拟,通话可以支持4路用户通过。
系统功能:具体来讲,矿用机车无线通信系统的功能主要包括这些方面,一是煤矿生产运输的语音指挥调度可以得到满足,并且额可以定位井下机车;二是井下机车在基站间高速移动可以实现无缝切换;三是井下供电可以利用各个型号机车的宽电源来进行;四是可以无缝连接六大系统中的井下无线通信系统,可以系统化管理煤矿井下手机和车载电话系统等。五是利用管理软件来与矿井机车司机进行通讯,可以直观便捷进行,并且一对一或者一对多都可以实现,有着十分友好和美观的界面。系统有标准接口预留,那么就可以联网行政电话系统。有标准接口预留,这样位置、视频以及其他的多媒体信息等都可以利用已有的系统平台来传输。
3 结束语
通过分析得知,在煤矿中应用基于WIFI技术的矿用机车无线通信系统,具有一系列的优点,比如可以有效缩短通讯时间,缩短救援时间,提高工作效率,保证矿井生产的安全等等。文章简要分析了基于WIFI技术的矿用机车无线通信系统的应用,希望可以提供一些有价值的参考意见。
参考文献
[1]黄晓锋.WIFI无线通讯系统在山西平朔一号井的应用[J].数字技术与应用,2011,2(6):123-125.
[2]邵国强,陶浒生.KTW3型矿用机车无线电通信系统在玉华煤矿的应用[J].工矿自动化,2002,2(1):87-89.
WiFi通信系统 篇5
随着互联网及移动通信的飞速发展,语音业务量逐步增多及信息的全球化传输使得语音通信在网络安全方面的问题逐渐突出,因而语音信息的安全传输也就显得越来越重要。
混沌信号的内在随机性、非周期性、连续宽带频谱、遍历性、类似噪声的等特性,使它与生俱来隐蔽性。同时,混沌信号对初始值的极度敏感性和高度的随机性让混沌信号具有长时间抗截获能力和不可预测性。而且当混沌系统拥有两个或两个以上正值的Lyapunov指数的超混沌系统时,混沌系统有着更加复杂的运动轨迹,这就使得混沌信号具备了很高的复杂度。与此同时混沌系统只由初始条件与非线性系统的方程、参数所决定,这样就使得混沌信号能容易的产生和复制。混沌信号的隐蔽性、自相似性、不可预测性和易于实现等特征都特别适用于保密通信。
混沌加密是指在发送端利用混沌系统产生混沌序列作为密钥序列,利用该序列与明文运算后产生密文。密文经信道传输后,在接收端用混沌同步的方法将密文进行解密。与一般的加密技术相比,混沌加密更难破解,具有密钥空间大、速度快、保真度高、安全性好以及足够的带宽和较强的实时功能,有着广阔的应用前景 , 且现在利用混沌加密图像、语音和视频信号已经逐步趋于成熟。
近年来,无线网络迅速发展。WiFi与传统的有线传输相比,它不需要布线,节省了应用成本 ;与蓝牙等无线传输相比,它具有传输距离远,传输速度更快等优点,且在现实生活中Wi Fi无线通信技术已经得到了广泛的应用。
1 硬件平台
本系统分为三个部分 :服务器模块、WiFi无线传输模块、客户端模块。
服务器与客户端均采用Cortex-A8开发板作为其硬件平台,Cortex-A8板具有丰富的接口资源,无需扩展接口即可满足本方案的要求。Wi Fi无线传输模块则采用TP-LINK 450M无线路由器接发数据。在Cortex-A8板平台上运行的是经过裁剪的Linux内核。
图1为本系统的硬件及连接图。图中左边的开发板为客户端。右边的开发板为服务器。
2 混沌系序列的产生
一般来说,利用混沌加密通常有两种情况。一是利用混沌系统产生的混沌序列作为密钥与原始的数据进行运算来产生密文,这是我们所熟知的序列加密。另一种是将明文作为混沌系统的初始条件或控制参数,通过混沌系统迭代进而产生密文,这即是分组密码。本系统采用的是混沌序列加密,在发送端利用混沌系统产生的混沌序列与开发板采集并编码后的语音序列进行运算,经Wi Fi传输后,在接收端对接收到的密文与混沌序列进行逆运算并解码后即可还原出原来的语音信号。
本系统的混沌序列是由混沌差分方程迭代产生的。凌大旺在此前曾提出了利用基于改进的Wang-Chen算法的离散混沌系统生成混沌序列的方法。发送端的混沌系统方程如下。
上试中e、d为该离散系统的参数,其中e=1.0×105、d=20.0。该系统使用的是驱动 - 响应式同步方法,y(1)方程用于产生混沌序列,x、z方程用于系统的同步。在接收端将语音数据与y(1)方程产生的混沌序列进行运算即可生成密文 ;接收端将接收到的密文与y(2) 所产生的序列进行相应的逆运算,即可解密得到原始的语音式 (2)数据。接收端的混沌系统方程如下所示。
3 系统的软件模块
发送端实现对语音数据的采集、编码及加密 ;接收端实现对接收的语音数据进行解密、解码并进行播放。其流程分别如图2、图3所示 :
4 实验结果
在开发板上运行程序后,利用示波器分别对采集、加密及解密后的语音信号进行显示并比较。图4为采集的语音信号波形,图5为加密后的语音信号波形,图6为接收端解密后的语音信号波形。由图5可以看出,经加密后的波形类似噪声的波形,表明该混沌加密的效果良好 ;由图6可以看出本系统失真较小,适合语音的可靠传输。
5 结束语
本系统利用WiFi实现了对实时语音信号的可靠、快速的传输,且失真较小。采用了较前沿的Wi Fi技术与混沌加密技术,且随着语音业务量的逐步增多及ARM技术的发展,该方案有着很好的应用前景。
摘要：随着语音数据量的日益增多,语音通信的安全也越来越受到人们的重视。本文提出了在ARM平台上实现语音的混沌保密通信的一种新方法。利用ARM开发板搭建一个局域网,在客户端对语音进行采集、编码、混沌加密,并通过Wi Fi进行传输,同时在服务器端进行解密、解码及播放。实验结果表明,该方案可以实现实时语音数据的可靠、快速的传输,且语音波形失真较小。
WiFi通信系统 篇6
近年来, 移动通信网络飞速发展, 移动设备接入量和移动数据呈爆炸式增长。在此过程中, WIFI (IEEE802.11) 技术发挥了至关重要的作用。本文将浅谈WIFI技术在当前移动通信网络中的作用, 并展望WIFI技术将如何发展和改变以适应未来移动通信网络。
2 移动通信网络的发展趋势
在21世纪的前15年中, 移动通信网络越来越多地走到人们身边, 改造和影响着人们的生活。近年来, 移动通信网络的发展呈现两个趋势[1,3]:1) 移动设备的接入量和数据流量呈爆炸式增长, 据美国思科公司预计, 全球移动通信网络的数据量在2020年将达到2010年的1000倍;2) 接入移动通信网络的移动设备由最初单一的移动电话向多样化发展, 譬如笔记本电脑、平板电脑、穿戴式设备等, 这些设备对数据通信的要求截然不同。如何满足移动设备的海量多样化数据需求, 是未来移动通信网络的重大挑战。
3 当前 WIFI 技术简介
在本节中, 我们将对WIFI技术的物理层和MAC层技术进行简介, 并阐述当前WIFI技术在移动通信网络下的局限性[4]。
3.1 WIFI 技术的物理层和 MAC层
WIFI技术的物理层采用OFDM技术, OFDM技术能够最大限度地利用频谱资源, 从而达到高数据量传输。当前的WIFI标准主要工作在两个频段:2.4GHZ频段和5GHZ频段。在2.4GHZ频段下, 总可用频谱带宽为80MHZ, 共有13个频段可供利用, 单个设备最多可以使用20M带宽。在5GHZ频段下, 总可用频谱带宽为325MHZ, 共有20个频段可供利用, 单个设备最多可以使用80M带宽。可知, 在5GHZ频段下的可用带宽资源较为丰富, 因此, 越来越多的WIFI设备开始工作在5GHZ频段。
WIFI技术的MAC层采用CSMA技术来为多用户提供接入。CSMA技术的工作原理为:任何一台设备在发送数据之前必须先对当前频谱进行探测, 若当前频谱为空闲状态则可以发送数据, 否则进入等待模式并在等待结束后开始下一次探测。当网络拓扑结构变得更加复杂时, MAC层还将应用RTS/CTS技术。
3.2 当前 WIFI 技术在移动通信网络下的局限性
由3.1节可知, WIFI技术虽然在物理层上能够较为高效地利用频谱资源, 但在MAC层上, WIFI技术的CSMA由于成本的限制并不能高效地服务于多用户数据, 该瓶颈在设备接入量增加时变得尤为突出。由于同一频段上同时最多只能有一对设备进行发送和接收, 当设备增多时, 大量设备将持续处于等待状态, 这导致数据传输的延迟增大, 此类现象经常发生于人口密集的场所, 譬如机场、火车站、体育场等。在未来, 随着可穿戴设备的飞速发展和物联网的广泛应用, 现有WIFI技术必将无法支持与之相匹配的数据需求。因此, 当前WIFI技术在移动通信网络的飞速发展下存在很大的局限性。
4 未来 WIFI 技术展望
经过第三节的分析可知, 由于设计上的缺陷, WIFI技术必须要进行改变才能适应未来移动通信网络的发展。在本节中, 我们将介绍两种对现有WIFI技术的改进方法。
4.1 多用户 MIMO (MU-MIMO) 技术
为了解决MAC层造成的用户等待问题, 多用户MIMO技术希望通过利用多天线来分开多个终端设备, 从而可以同时支持多个数据流的传输。随着芯片制造技术的发展, 多天线的制造成本显著降低, 因此, 这项技术有望大量应用于未来WIFI设备中, 从而有力解决在密集终端设备下的数据服务问题。
4.2 超高频率 WIFI 技术
在未来移动通信网络中, 某些设备需要超高速率的数据传输, 譬如高清电视等, 传统的2.4GHZ频段和5GHZ频段的带宽已不足以满足这些设备的上述需求, 因此, 未来WIFI技术需要变得更加多样化, 其中, 超高频率WIFI技术可以工作在60GHZ频段下, 该频段的可用频谱带宽为数GHZ, 大大高于传统的WIFI技术。实验表明, 该技术可以提供数GB每秒的数据传输, 因而可以应用于未来高速率传输的终端设备。
5 总结
在本文中, 我们首先概述了未来移动通信网络的发展趋势, 并探讨了现有WIFI技术在上述发展趋势下的局限性, 针对这种局限性, 进一步介绍了未来WIFI技术的两个主要发展方向。综上所述, 未来WIFI技术必将沿着高效化和多样化继续发展, 从而为移动通信网络的迅猛发展提供有力的支撑。
参考文献
[1]胡坚波.中国移动通信发展现状和趋势[J].世界电信, 2006.
[2]张玉龙, 李志峰, 赵勋.对4G移动通信技术应用与发展的展望[J].信息通信, 2013.
[3]董爱先, 王学军.第5代移动通信技术及发展趋势[J].通信技术, 2014.
WiFi通信系统 篇7
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Wi Fi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。今年来随着基于WIFI技术的无线通信的发展, 以及适用于矿井防爆环境产品的出现, 相信不久的将来, 基于WIFI技术的无线通信将在矿井井下无线通信系统中必将占据重要的地位。
2 Wi Fi技术
Wi Fi, 全称w ire le s s Fidlity, 实际上Wi Fi是无线局域网联盟 (w LANA) 的一个商标, 该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作, 与标准本身实际上没有关系。但是后来人们逐渐习惯用WIFI来称呼802.11b协议。IEEE802.11规定的发射功率不可超过100毫瓦, 实际发射功率约60~70毫瓦, 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。
Wi Fi系统基于局域网技术, 组网方便, 易于维护, 使用的频段为公用频段 (ISM频段) , 无须在无委会备案, 不用缴纳费用, 便于地面无线网络的覆盖使用, 能避免将来出现不必要的麻烦;Wi Fi技术先进, 符合发展趋势, 可利用井下工业环网, 不用单独建网, 通话信道较小灵通更多, 系统功率可根据环境自动调整, 更能保证通话质量, 系统建成后带宽可满足将来无线视频等井下其它应用, 扩展能力强。
3 Wi Fi技术在井下无线调度通信系统中应用方案
3.1 矿井工业以太环网
工业以太网, 一般来讲是指技术上与商用以太网 (即IEEE802.3标准) 兼容, 但在产品设计时, 在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。近年来新开发的适应于煤矿井下环境的环网交换机设备, 为工业以太环网在煤矿井下的应用提供了必备条件, 使煤矿监控系统传输技术在高速率、高可靠性、高兼容性等方面的发展上了一个台阶。矿井工业以太环网的建立为矿井实现基于Wi Fi技术的井下无线通信提供了网络传输基础。
3.2 Wi Fi井下无线通信系统结构及原理
整个系统以矿井工业以太环网为整个系统的主干传输平台, 以Wi Fi无线网络和TCP/IP协议为基本架构, 形成有线主干与无线终端相结合的方式, 覆盖矿井部分或全部巷道及地面相关区域, 最终实现煤矿宽带无线通讯。
Wi Fi井下无线通信系统结构图如图3.1所示。
该系统由位于地面的管理主机通过交换机为进入到无线信号覆盖区域的每一台手持机分配一个独立的IP地址, 并自动为其在管理软件中注册, 将数据存入数据库。注册后的手持机即可实现点对点通话。呼叫时对应节点收到手持机发出的无线信号, 并将其转换为数字信号通过矿用网络交换机发送到地面管理主机, 经软件处理后又经矿用网络交换机发送到被呼叫手持机所在区域的节点, 呼叫目标手持机接收信号后转换成语音, 即完成一次通话过程。所有经软件处理的通话数据都会存入数据库作为数据备份。
3.3 IPPBX调度系统结构
IPPBX调度通信系统由IPPBX服务器、PC调度台、录音服务器和IP电话终端组成, 如图3.2所示:
IPPBX服务器是IPPBX调度通信系统的核心, 它既是Vo IP系统的SIP服务器, 又是调度系统的PBX, 是基于软交换 (soft swich) 技术设计的IPPBx的控制系统。软交换是一个软件的实体, 用于提供呼叫控制功能。软交换的基本定义为:“软交换是一种支持开放标准的软件, 能够基于开放的计算平台完成分布式的通信控制功能, 并且具有传统的TDM电路交换机的业务功能”。软交换解决了不同网络、不同设备、不同技术间的互通问题。IPPBX服务器内置标准E1接口板, 可实现与PSTN程控电话网的互联。
4 Wi Fi技术在矿井无线通信系统中应用实例及优缺点
在调研中, 我们了解到, 基于Wi Fi技术的无线通信系统的产品主要有华科力扬科技有限公司的WIFI井下无线通讯调度系统, 济南蓝动激光技术有线公司的KT105矿用无线通信系统等等, 该技术在兖矿集团兴隆庄煤矿、东滩煤矿、北宿煤矿;济矿集团鹿洼煤矿;山西晋城无烟煤矿业集团曲堤煤矿;辽宁省抚顺市四平煤矿、徐家大沟煤矿、中兴煤矿有限公司等全国几十个矿井都得到了应用, 在这些矿井的应用中, 总结出了Wi Fi技术在实际应用中的以下几个主要特点:
(1) 采用以太网络和VOIP技术, 全数字化, 是通讯发展的趋势。
(2) 可以多系统共用主体网络, 可以和矿井信息化建设 (如远程控制、集中调度、安全检测、视频监控、人员定位) 共用千兆环网交换机和光缆, 减少了施工量, 节约资金。在没有安装环网的煤矿, 可以为远程控制、集中调度、视频监控等提供接口和光缆线路。
(3) 能够复用矿务局与煤矿之间、煤矿与煤矿之间的计算机网络, 实现跨区域通讯。
(4) 基站脱网工作, 手机脱网通讯。即使井下基站与服务器中断隔离, 手机仍可以用拨打对方IP地址的形式建立通话。
(5) 系统频率2.4G, 属于工业自由频段, 如前文所述, 无线局域网使用的ISM频段是全球开放的频率使用段, 不用向无线电管理委员会申请, 使得用户端无需任何许可就可以自由使用该频段上的服务。
(6) 动态拓扑特性。用户端可在网络的覆盖范围内任意移动, 随时加入或退出。但拓扑结构的动态变化不会给客户端带来任何影响。
(7) 组建简便。无线局域网的组建在硬件设备上的要求与有线网相比, 更加简洁方便, 而且目前支持无线局域网的设备已经在市场上得到了广泛的普及, 不同品牌的接入点AP以及客户网络接口之间在基本的服务层面上都是可以实现互操作的。
(8) 使用方便, 设定设备IP地址, 安装了服务器开机即可使用。
(9) 调度方便, 软交换管理, 调度实施方便, 可以管理用户通话, 包括强行拆线, 通话记录, 查询等。
然而, 在实际应用的反馈中我们发现, 虽然Wi Fi网络的特性使其受到越来越广泛的关注和应用, 但其自身也暴露出了一些缺点和不足, 主要表现在以下几个方面:
(1) 电源问题, Wi Fi系统的基站采用近端供电和远端供电方式, 接入电压:127V, 380V, 660V, 当井下瓦斯超限时, 属于断电范围, 只能通过不间断电源供电。
(2) Wi Fi手机在实际通信中, 存在跨基站移动通话会导致掉线问题, 作为调度指挥应用时, 存在安全隐患。
(3) Wi Fi系统中只有数据压缩传输算法, 没有语音压缩算法, 通话质量有一定的失真。
(4) 空口无线业务信道带宽不太恒定, 多部手机通话时会有掉线及阻塞的现象。
5 基于Wi Fi技术的无线通信系统的发展前景
由于无线网络的方便与高效等显著的优势特点, 近年来, 无线AP的应用迅猛的增长。国内外已经开始着手以无线标准来建设城域网, 考虑到其各种优势, Wi Fi的无线地位将会日益牢固。
Wi Fi技术具有为可移动性、价格低廉等众多优点, 理所当然的成为高速有线接入技术的有效补充, 且已经广泛应用于有线接入需无线延伸的领域。由于数据速率、覆盖范围和可靠性的差异, Wi Fi技术在宽带应用上作为高速有线接入技术的补充。虽然与蜂窝移动通信也存在少量竞争, 但Wi Fi也会成为蜂窝移动通信的补充。3G技术虽是一个比较完美的系统, 但不能保证有效的区域和范围, Wi Fi可以发挥对3G的重要补充作用, Wi Fi技术与3G技术的结合将会有广阔的发展前景。
由于WIFI具有宽带数据接入和以太网传输的强大功能, 因此, 它也可作为煤矿综合自动化监控数据传输、光纤环网对接和多网合一的网关设备应用, 是目前煤矿较好的宽带数据通讯解决方案。
6 结束语
鉴于在实际应用中存在这些问题, 影响了基于Wi Fi的井下无线通信系统在煤炭企业中的应用效果, 因此建议在目前井下无线通信系统设备选型中暂缓使用该项技术, 但任何一项新的技术在发展及实践应用中总是需要一个相对完善的过程, 期间技术暴露缺陷的同时也在改进;随着Wi Fi厂家对该项技术在实际应用中的不断改进以及该项技术自身具备的多项优点——宽带数据接入和以太网传输的强大功能, 特别是Wi Fi协议本身以及其网络的特性, 使得基于Wi Fi无线技术的通信设备可以符合煤矿安全要求, 并应用于煤矿的特殊环境, 改变井下无线通讯长久以来一直徘徊在窄频范围的现状, 相信不久的将来该技术在煤炭行业会有瞩目的前景。
摘要：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。
关键词：WIFI,无线通信
参考文献
[1]陈湘源.煤矿无线通信系统的现状与发展[J].煤炭工程, 2009 (1) .P23-27.
[2]程德强.矿井无线通信技术及其发展趋势[J].工矿自动化.2007 (5) .P36-39.