煤矿无线网络监控系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种煤矿监控系统，尤其是煤矿无线网络监控系统，包括地面服务器、核心交换机、汇聚无线交换系统、中继无线交换系统、组合开关和防爆摄像头，所述地面服务器通过网线与核心交换机连接，所述核心交换机通过光纤或网线与汇聚无线交换系统连接，所述汇聚无线交换系统通过无线网状网与中继无线交换系统连接，所述中继无线交换系统与组合开关和/或防爆摄像头连接。本实用新型专利技术提供煤矿无线网络监控系统带宽大、网络稳定、延长短、无丢包，实现井下高清视频监控和设备稳定的远程控制。

【技术实现步骤摘要】
煤矿无线网络监控系统
本技术涉及一种煤矿监控系统，尤其是煤矿无线网络监控系统。
技术介绍
煤矿监控系统的主要通讯形式包含工业以太网、现场总线、无线Wi-Fi、3G/4G等形式。其中工业以太网主要用于建立井下主干网络，现场总线用于监控设备，3G/4G用于语音通讯和人员调度。采煤机等综采工作面的移动设备一直是煤矿监控的难点，现场总线的带宽都很小，很难满足现场监控的需求，尤其像视频画面等很难实现实时传递不能满足煤矿生产的使用要求。此外，随着综采自动化的不断发展，各机电装备之间的数据实时交互需求日益明显，现有的现场总线也无法满足要求。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供一种带宽大、网络稳定的煤矿无线网络监控系统，具体技术方案为：煤矿无线网络监控系统，包括地面服务器、核心交换机、汇聚无线交换系统、中继无线交换系统、组合开关和防爆摄像头，所述地面服务器通过网线与核心交换机连接，所述核心交换机通过光纤或网线与汇聚无线交换系统连接，所述汇聚无线交换系统通过无线网状网与中继无线交换系统连接，所述中继无线交换系统与组合开关和/或防爆摄像头连接；所述地面服务器包括监控服务器和控制服务器，所述监控服务器用于接收和显示矿区现场图像，实现实时监控以及录像的备份、存储、检索、回放和恢复，所述控制服务器对组合开关的工作过程、状态和相关数据进行监视，控制服务器通过井下设备操作按钮台实现对组合开关的远程操作；所述汇聚无线交换系统包括无线交换机和天线，无线交换机通过光纤或网线与核心交换机连接，通过馈线与天线连接；所述中继无线交换系统根据设计要求设有多个，相邻的中继无线交换系统通过无线网状网连接，中继无线交换系统包括防暴交换机和无线交换机，所述防暴交换机与组合开关和/或防爆摄像头连接，防暴交换机通过网线或光纤与无线交换机连接，所述无线交换机通过馈线与天线连接。优选的，所述防暴交换机内部装有串口服务器，所述串口服务器通过RS485线与组合开关连接。优选的，所述防爆摄像头为激光光源摄像头和/或网络高清摄像头。优选的，所述天线为全向天线。优选的，所述核心交换机为三层交换机。优选的，还包括环境检测传感器，所述环境检测传感器与中继无线交换系统的无线交换机连接。其中，所述环境检测传感器为甲烷浓度传感器、一氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器中的一种或两种以上。无线网采用的是公用的2.4G和5.8G频段的无线网状网。无线网状网就是“Mesh”，也称为“多跳”网络。传统的无线局域网里，每个客户端都要通过一条与AP（相当于传统有线网络中的HUB）相连的无线链路来访问网络，用户间如果要相互通信的话，必须首先访问一个固定的接入点（AP），这种网络称为单跳网络。而在无线网状网中，任何无线设备节点即无线交换机都可以同时作为AP和路由器的接入点，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或多个对等节点进行直接通信。无线交换机吞吐量达300Mbps，且每个无线网状网之间可以连接（堆叠），保证了网络的扩充性。无线交换机可以实现15跳以后仍然保留90%，极低的损耗或衰减。无线交换机间的响应延时在固定场景下不大于2ms，在移动场景中不大于5ms。无线交换机还有自动路由链路备援特性，即在网络中有单个甚至多个节点发生故障时，网络会自动选择最优的信号传输路径，保证了整个网络的稳定性。在无线网状网里，如果要添加新无线交换机，只需要简单地接上电源就可以了，它可以自动进行自主配置，并确定最佳的多跳无线网状网络传输路径。添加移动设备时，网络能够自主发现拓扑变化，并自主调整通信路由，以获取最有效的传输路径。无线网状网技术的核心原理就是“分布式以太交换技术”，举例来说，一个4台无线交换机组成的网络架构，可以把它看成一台16口的交换机；换言之，此无线网络架构就是将此台交换机切割成16组设备，分别装上天线，放置在不同地点，组成一个完整的无线网状网络，整个网络只有1个IP，整个网络中的16个节点设备集中管理。采用多输入多输出技术（Multiple-InputMultiple-Output，MIMO）是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势。无线网状网采用点到多点的拓扑结构，具有宽带高速和高频谱效率的优势，具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点。每台无线交换机均可以和多台无线交换机通信，当某台交换机由于供电或其它原因不能正常工作时，不会影响主干网络数据传输。无线交换机也可以称为mesh路由，通常设有4个以太网接口和2个光纤接口，可以连接摄像头、传感器以及其它具有以太网接口或光纤接口的设备。Mesh路由器不仅具有路由的功能，它还具有网关或者网桥的功能。与传统的无线路由器相比，无线Mesh路由器可以通过多跳网络，以较小的传输功率来实现同样的覆盖；通过加强Mesh路由器中的MAC协议，还能构使得它在多跳Mesh网络环境下具有更好的可伸缩性。无线网状网的主要目标就是提供井下高速、大带宽的无线通讯解决方案。在综采面等复杂的环境下实现无线光纤的通讯效果，为移动设备、多路视频信号提供稳定的通讯平台。无线网状网络通信系统具有自适应的特点，可自主选择数据传输路径，从而可应用在移动设备如采煤机、矿用小火车。在设备移动过程中，链路情况会发生变化，系统根据变化情况自主选择最优路径。组合开关适用于煤矿有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境中，是为综采工作面多电机、大功率机电设备设计的组合起动控制设备。它适用于交流50Hz电压为3300V的供电系统中，对多台三相交流电动机或交流双速电动机的正转、反转、停止及双速切换、主从顺序起动进行控制，并能对电动机及供电线路进行保护。现有的组合开关的远程控制多采用CAN总线，但是CAN总线布置麻烦、成本高、故障排查困难，同时综采设备处于运动状态，综采设备运行一段时间后CAN总线长度不够需要增接。综采设备随着工作面的推进处于动态运行状态，中继无线交换系统即无线Mesh节点也因此处于动态变化状态，对于每个节点和相邻节点的无线链路而言，其链路通信质量也在不断发生变化。为了适应井下Mesh节点的动态变化，解决通信过程中处于变化状态的无线链路不稳定问题，采用高吞吐率路由协议来降低变化链路的丢包率，解决由链路失效导致的数据包丢失问题等。高吞吐率路由协议采取了传输功率控制、连续尝试、忽略链路失效等技术对路由协议进行优化，减少了链路临时变化对数据传输的影响。综采工作面无线Mesh节点的位置随着机电装备位置的变化不断发生变化，无线链路质量也随之变化，变化过程中不断有链路失效和建立新的链路。如果数据都依赖某单一链路进行传输，则可能导致该条链路负载过重，从而导致丢包等问题。因此，无线Mesh网络通过多路径对数据进行传输。多径路由控制协议的主要组成部分包括路径发现及其维护和通信负载平衡控制两个方面。由于巷道内空间狭小，障碍物多，中继无线交换系统的安装距离为50-100米。地面带宽300M，井下带宽150M。煤矿视频监控对高清有需求，不仅需要能够做到昼夜采集信息，而且要不受光线本文档来自技高网...

【技术保护点】
煤矿无线网络监控系统，其特征在于，包括地面服务器、核心交换机、汇聚无线交换系统、中继无线交换系统、组合开关和防爆摄像头，所述地面服务器通过网线与核心交换机连接，所述核心交换机通过光纤或网线与汇聚无线交换系统连接，所述汇聚无线交换系统通过无线网状网与中继无线交换系统连接，所述中继无线交换系统与组合开关和/或防爆摄像头连接；所述地面服务器包括监控服务器和控制服务器，所述监控服务器用于接收和显示矿区现场图像，实现实时监控以及录像的备份、存储、检索、回放和恢复，所述控制服务器对组合开关的工作过程、状态和相关数据进行监视，控制服务器通过井下设备操作按钮台实现对组合开关的远程操作；所述汇聚无线交换系统包括无线交换机和天线，无线交换机通过光纤或网线与核心交换机连接，通过馈线与天线连接；所述中继无线交换系统根据设计要求设有多个，相邻的中继无线交换系统通过无线网状网连接，中继无线交换系统包括防暴交换机和无线交换机，所述防暴交换机与组合开关和/或防爆摄像头连接，防暴交换机通过网线或光纤与无线交换机连接，所述无线交换机通过馈线与天线连接。

【技术特征摘要】
1.煤矿无线网络监控系统，其特征在于，包括地面服务器、核心交换机、汇聚无线交换系统、中继无线交换系统、组合开关和防爆摄像头，所述地面服务器通过网线与核心交换机连接，所述核心交换机通过光纤或网线与汇聚无线交换系统连接，所述汇聚无线交换系统通过无线网状网与中继无线交换系统连接，所述中继无线交换系统与组合开关和/或防爆摄像头连接；所述地面服务器包括监控服务器和控制服务器，所述监控服务器用于接收和显示矿区现场图像，实现实时监控以及录像的备份、存储、检索、回放和恢复，所述控制服务器对组合开关的工作过程、状态和相关数据进行监视，控制服务器通过井下设备操作按钮台实现对组合开关的远程操作；所述汇聚无线交换系统包括无线交换机和天线，无线交换机通过光纤或网线与核心交换机连接，通过馈线与天线连接；所述中继无线交换系统根据设计要求设有多个，相邻的中继无线交换系统通过无线网状网连接，中继无线交换系统包括防暴交换机和无线交换机，所述防...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋华，王文政，宗兆龙，
申请(专利权)人：无锡鸿飞信联科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32