煤礦井下無線異構網(wǎng)絡融合研究及網(wǎng)關設計.pdf

1、近年來，煤礦安全生產對信息化水平要求越來越高，傳統(tǒng)的有線通信網(wǎng)絡因覆蓋范圍有限、適應能力較差等原因，逐漸地采取無線通信作為補充手段。本文就是在這樣的環(huán)境背景下，提出煤礦井下有線、無線網(wǎng)絡相結合，融合不同網(wǎng)絡的設想，進而設計出異構融合網(wǎng)關，通過網(wǎng)關實現(xiàn)不同網(wǎng)絡間的互相通信，擴大井下網(wǎng)絡信號的覆蓋范圍，為煤礦井下大型設備的無人值守、井下環(huán)境監(jiān)測以及地面遠程監(jiān)控提供通信保障。
　　本文首先對井下的各種感知網(wǎng)絡的網(wǎng)絡協(xié)議、網(wǎng)絡結構及其在井

2、下的應用方向等方面進行了詳細介紹，接著總結了各種無線感知網(wǎng)絡和有線通信網(wǎng)絡的異構性。在此基礎上，提出了融合各種異構網(wǎng)絡的分層融合網(wǎng)關模型，本文分別從軟硬件方面進行了設計實現(xiàn)。
　　硬件方面，網(wǎng)關芯片系統(tǒng)采用MIPS24KC為核心的32位嵌入式微處理器Ralink RT5350作為硬件平臺，它同時具有AP熱點的接入功能、以太網(wǎng)交換接口、USB接口以及串口的支持，在RT5350的外圍擴展出CC2530芯片，通過RT5350的全功能US

3、RT串口與CC2530通信。軟件方面，移植Open Wrt系統(tǒng)到RT5350中，設置OpenWrt系統(tǒng)對WiFi模塊的支持，網(wǎng)絡攝像頭可以通過WiFi網(wǎng)絡上傳視頻監(jiān)控信息，同時，網(wǎng)關還可以連接USB攝像頭完成視頻畫面采集。
　　為保證一個網(wǎng)關的失效不影響整個網(wǎng)絡的有效性，對網(wǎng)關采取了Mesh的組網(wǎng)方式，軟硬件的結合，使得網(wǎng)關能夠通過RJ45接口與外圍的快速以太網(wǎng)模塊連接，實現(xiàn)網(wǎng)關與外部網(wǎng)絡的通信，內部通過串口與ZigBee模塊通信

4、，外部網(wǎng)絡或者WiFi網(wǎng)絡都能夠控制ZigBee網(wǎng)絡或者接收ZigBee網(wǎng)絡的數(shù)據(jù);網(wǎng)絡攝像頭節(jié)點可通過RT5350的USB接口或者無線WiFi的方式將監(jiān)控視頻畫面發(fā)送到外部以太網(wǎng)，網(wǎng)關允許WiFi網(wǎng)絡內的智能終端對ZigBee網(wǎng)絡的感知節(jié)點進行動態(tài)控制，外部網(wǎng)絡內的設備也可通過以太網(wǎng)遠程地控制井下設備，實時獲取井下信息。
　　異構融合網(wǎng)關實現(xiàn)了不同網(wǎng)絡內終端的相互通信，即實現(xiàn)了基于不同業(yè)務類型、不同數(shù)據(jù)速率以及不同網(wǎng)絡類型的節(jié)點