基于5G的超级上行的煤矿无线通信系统的制作方法

基于5g的超级上行的煤矿无线通信系统
技术领域
1.本实用新型涉及煤矿无线通信技术领域，特别是涉及一种基于5g的超级上行的煤矿无线通信系统。


背景技术：

2.5g，即第五代移动通信技术。当前，全球5g商业应用基础试验取得了良好进展，我国已正式发放5g商用牌照，但5g矿用设备研发和应用国内外尚无先例。5g作为新一代移动通信技术，相比4g具有更高速率、更短时延和更大连接等技术特性，将满足20gbit/s的接入速率、毫秒级时延的业务体验、千亿设备的连接能力、超高流量密度和连接数密度及百倍网络能效提升等性能指标要求。
3.2019年5月29日召开的中央全面深化改革委员会第八次会议，审议通过了《关于在山西开展能源革命综合改革试点的意见》。9月23日山西省推出了《山西能源革命综合改革试点15项变革性、牵引性、标志性重大举措》，提出“变革煤炭开采方式，向绿色智能时代迈进”，明确“绿色智能是世界煤炭工业的发展趋势，也是中国煤炭工业必须解决的重大命题。山西将开展煤矿智能化改造试点及绿色开采技术试点示范，将智能化改造纳入煤矿安全技术改造，相关投入列入安全费用使用范围，加大金融支持力度，有效解决绿色智能矿山建设投入难题。全力推进煤矿智能化改造，以5g通信、先进控制等技术为牵引推进智能煤矿建设，实现煤炭开采“无(少)人化、减损化”变革。”4.煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、5g通信技术等与现代煤炭开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿综采、开拓、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行，对于提升煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义。
5.但目前的通用5g技术采用的上下行配比是根据互联网应用的特点进行设计，是下行远远大于上行的，这与煤矿井下应用需求是相反的，因此需要对上下行配比进行改进以便适合煤矿的应用，同时还要就煤矿巷道狭长、多转角、电磁干扰严重的复杂环境，设计有效的组网方案实现5g信号在煤矿中的信号覆盖。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于5g的超级上行的煤矿无线通信系统，能够解决现有的移动通信网络上下行配比不满足煤矿实际应用要求的问题。
7.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于5g的超级上行的煤矿无线通信系统，所述系统包括：5g智能调度平台、调度台、隔爆型基站控制器、隔爆兼本安型无线基站、矿用本安型5g手机，其中，5g智能调度平台、调度台，及隔爆型基站控制器均接入至5万兆超高带宽工业环网交换机，构成 tcp/ip局域网，实现600mbps的上行峰值速率，及200mbp的下行峰值速率。
8.在一些实施方式中，5g智能调度平台及调度台设置在井上，隔爆型基站控制器、隔爆兼本安型无线基站，及矿用本安型5g手机设置在井下。
9.在一些实施方式中，由设置于井上的设备到设置于井下的设备的通信称为下行通信，由设置于井下的设备到设置于井上的设备的通信称为上行通信。
10.在一些实施方式中，5g智能调度平台包括：相互之间通过tcp/ip局域网连接的5gc、调度主机、网管主机、录音服务器、5万兆超高带宽工业环网交换机。
11.在一些实施方式中，调度主机采用sip协议和voip技术下的语音数据及信息的交换，除具备传统数字程控调度机的所有功能外，还具有虚拟中继、多方电话会议、预案管理及应急联动的功能。
12.在一些实施方式中，网管主机提供整个基于5g的超级上行的煤矿无线通信系统的网管功能接口，包括了安全管理、拓扑管理、配置管理、故障管理的基本功能以外，还具备与云端服务器建立vpn、数据转发、鉴权管理功能。
13.在一些实施方式中，录音服务器可具备实时录音功能，记录的内容除通话内容外，还可以记录通话日期、通话时间、通话时长及来去电、号码、rtp地址。
14.在一些实施方式中，5g智能调度平台配置有不间断供电电源ups。
15.在一些实施方式中，调度台包含触摸式调度台，置于矿井调度室，设备自身具备喇叭、麦克，通过音频线接入pc主机。
16.在一些实施方式中，隔爆型基站控制器，是基带处理单元，集中控制管理整个基站系统，实现5gc与井下隔爆兼本安型无线基站的信号转换。
17.采用这样的设计后，本实用新型至少具有以下优点：
18.1、5g无线通讯传输速率：基于2:8上下行配比不满足于井下数据实时上传的情况，研发上行峰值速率600mbps，下行峰值速率200mbps的上下行配比为3:1的无线网络；
19.2、5g无线通讯实现井下设备无线远程集控响应时间不大于20ms，满足无人值守无线远程遥控的实时性要求；
20.3、可实现井下同时在线高清视频传输不小于100路，满足井下所有移动目标并发接入要求；
21.4、满足300米综采工作面无线语音、视频、数据同时接入，远程虚拟场景再现；
22.5、设计基于5g通讯的井下隔爆兼本安型无线基站、隔爆型基站控制器、矿用本安型5g手机，满足煤矿井下应用；
23.6、采用5万兆超高带宽工业环网交换机改造传统万兆工业以太环网，采用硬切片技术实现煤矿井下各个系统之间的业务隔离，优化数据存储转发机制及路由设计大幅度降低数据转发延时，配合超高带宽技术使其满足智能化矿山建设要求。
附图说明
24.上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
25.图1是基于5g的超级上行的煤矿无线通信系统的结构示意图。
具体实施方式
26.以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
27.围绕智能化煤炭生产需求，针对煤矿中巷道狭长、业务多为上行、工作面动态推进以及远程控制对时延及隔离度的要求等影响5g通信技术应用的问题，本实用新型主要解决的问题如下：
28.1.井下5g基站隔爆化改造，并取得安标认证使其满足煤矿井下部署的硬性要求。
29.2.考虑井下对上行速率的需求，基于2:8上下行配比不满足于井下数据实时上传的情况，设计上行峰值速率600mbps，下行峰值速率200mbps的上下行配比为3:1的无线网络。
30.3.井下无gps情况下，通过网络授时技术解决5g基站设备时钟同步问题。
31.4.通过部署5g智能调度平台，实现对矿用本安型5g手机的调度功能。
32.5.通过部署5万兆超高带宽工业环网交换机改造传统万兆工业以太环网，采用硬切片技术实现煤矿井下各个系统之间的业务隔离，优化数据存储转发机制及路由设计大幅度降低数据转发延时，配合超高带宽技术使其满足智能化矿山建设要求。
33.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
34.基于5g的超级上行的煤矿无线通信系统，包括5g智能调度平台、调度台、隔爆型基站控制器、隔爆兼本安型无线基站、矿用本安型5g手机，各部分之间通过5万兆超高带宽工业环网交换机或5g无线网络相连接，构成tcp/ip 局域网。
35.1、5g智能调度平台
36.5g智能调度平台包含相互之间通过tcp/ip局域网连接的5gc、调度主机、网管主机、录音服务器。各设备设置于矿井的地面主控制通信中心，并分别都接入到5万兆超高带宽工业环网交换机实现连接。5万兆超高带宽工业环网交换机与井下隔爆型基站控制器相连。
37.5gc采用原生适配云平台的设计思路，基于服务的架构和功能设计提供更泛在的接入、更灵活的控制和转发以及更友好的能力开放，同时实现移动性管理和会话管理的独立进行，是5g网络的核心交换设备。优选配置两台5gc实现双机热备，保障系统运行稳定可靠。
38.调度主机采用sip协议和voip技术下的语音数据及信息的交换，除具备传统数字程控调度机的所有功能外，还具有虚拟中继、多方电话会议、预案管理及应急联动等功能，是整个系统的核心部分。优选配置两台调度主机，实现双机热备，保障系统运行稳定可靠。
39.网管主机提供整个基于5g的超级上行的煤矿无线通信系统的网管功能接口，包括了安全管理、拓扑管理、配置管理、故障管理四大基本功能以外，还具备与云端服务器建立vpn、数据转发、鉴权管理功能，管理操作人员可在本地通过网管终端对平台内的所有设备进行管理维护，也可以通过云平台进行管理维护。优选配置两块网卡，实现外网内网的隔离，提高系统安全性。
40.录音服务器可具备实时录音功能，记录的内容除通话内容外，还可以记录通话日期、通话时间、通话时长及来去电、号码、rtp地址等；记录通话长度可达几百至几千小时，当话音容量达到极限时，可以自动清除最先的资料，确保资料的时效性。
41.5万兆超高带宽工业环网交换机，采用ptn技术，支持硬切片技术，相对于传统万兆环网具有低延时、高可靠、高带宽等特点，可提供多样化网络接入方式，可配置以太网口、光模块，为系统各设备提供网络接口。
42.5g智能调度平台可优选配置不间断供电电源ups，保证意外断电后系统能够正常工作。
43.2、调度台
44.调度台包含触摸式调度台，置于矿井调度室，设备自身具备喇叭、麦克通过音频线接入pc主机，调度台通过网络接入到5g智能调度平台，调度台采用全图形化的操作界面，实现对井下人员的包括但不限于通话记录查询功能、组呼、群呼、调度强插、强拆、呼叫转移、等级限制、设置不同的呼叫权限、电话会议、录音、实时监听、视频监控联动显示、周边数据联动显示等调度功能。
45.优选的，调度台部分可再配置调度专用ip话机，实现与触摸式调度台的联动。
46.3、隔爆型基站控制器
47.隔爆型基站控制器，是基带处理单元，集中控制管理整个基站系统，实现 5gc与井下隔爆兼本安型无线基站的信号转换；提供10个万兆光口、10个千兆光口，可接入5万兆超高带宽工业环网交换机。
48.优选的，配置隔爆型ups，电池使用时间不低于4小时，保证传输的稳定性。
49.4、隔爆兼本安型无线基站
50.隔爆兼本安型无线基站为射频远端处理单元，提供5g无线信号的覆盖功能。其主要包括：高速接口模块、信号处理单元、功放单元、双工器单元、扩展接口和电源模块接收隔爆型基站控制器发送的下行基带数据，并向隔爆型基站控制器发送上行基带数据，实现与bbu的通信。
51.优选的，配置双极化定向天线，在提升传输性能的同时，提高覆盖范围。
52.优选的，配置隔爆型ups，电池使用时间不低于4小时，保证传输的稳定性。
53.5、矿用本安型5g手机
54.矿用本安型5g手机，采用安卓系统，具备语音、视频、拍照、照明、浏览器等功能，支持移动、联通、电信的5g网络，电池使用时间不低于8小时。
55.矿用本安型5g手机可通过5g无线网络接入到隔爆兼本安型无线基站，进而连接到井上5g智能调度平台。
56.图1为根据本实用新型的一个具体实施例的矿井基于5g的超级上行的煤矿无线通信系统的结构示意图。
57.基于5g的超级上行的煤矿无线通信系统包含：5g智能调度平台、调度台、隔爆型基站控制器、隔爆兼本安型无线基站、矿用本安型5g手机，各部分之间通过5万兆超高带宽工业环网交换机或5g无线网络相连接。
58.5g智能调度平台包含：调度主机1、调度备机1’、网管主机2、录音服务器3、5gc 4、5gc 4’、5万兆超高带宽工业环网交换机5。调度主机1、调度备机1’、网管主机2、录音服务器3、5gc 4、5gc 4’分别通过网线接入到5 万兆超高带宽工业环网交换机5。
59.调度主机1、调度备机1’实现网络实时双机热备，调度主机1的数据实时备份到备用服务器处，当主用服务器故障时备用服务器自动启动。所述调度主机1和1’用于矿区内各
类终端提供接入、交换等标准核心网功能。实现电话业务交换功能、电话调度功能、短信服务等功能。
60.网管主机2提供整个调度通信系统的网管功能接口，管理操作人员可通过网管终端对系统内的所有设备进行管理维护。优选配置两块网卡，实现外网内网的隔离，提高系统安全性。
61.录音服务器3提供对调度机所有电话的录音和存储查询功能，可支持全部用户的在线录音，对有关责任进行完整准确的记录和追踪。
62.5gc 4、5gc 4’实现网络实时双机热备，5gc 4的数据实时备份到备用服务器处，当主用服务器故障时备用服务器自动启动。5gc可实现移动性管理和会话管理的独立进行，是5g网络的核心交换设备。
63.5万兆超高带宽工业环网交换机5提供地面主控制通信中心部署设备的网络接口，采用ptn技术，支持硬切片技术，可提供多样化网络接入方式，可配置以太网口、光模块，为系统各设备提供网络接口。
64.优选的，5g智能调度平台可配置不间断供电电源ups 000，不间断供电电源ups 000，通过电源线可同时给调度主机1，调度备机1’、网管主机2、录音服务器3、5gc 4、5gc 4’、5万兆超高带宽工业环网交换机5，保证意外断电后系统仍能够正常工作。
65.2、调度台
66.调度台包含：调度台101，置于矿井调度室。调度台101通过网络接入到 5万兆超高带宽工业环网交换机5。
67.调度台采用全图形化的操作界面，实现对井下人员的包括但不限于通话记录查询功能、组呼、群呼、调度强插、强拆、呼叫转移、等级限制、设置不同的呼叫权限、电话会议、录音、实时监听、视频监控联动显示、周边数据联动显示等调度功能。
68.优选的，调度台部分可再配置调度专用ip话机102，实现与调度台的联动。
69.优选的，调度台部分可再配置视频专用调度ip话机103，实现视频通话等调度功能。
70.3、隔爆型基站控制器
71.隔爆型基站控制器包含隔爆型基站控制器6、矿用隔爆型ups电源7。
72.隔爆型基站控制器6可通过光口接入5万兆超高带宽工业环网交换机5，隔爆型基站控制器6与隔爆兼本安型无线基站8之间采用光纤连接。
73.每台隔爆型基站控制器6需要配接一台矿用隔爆型ups电源7，矿用隔爆型ups电源7，将660/127v转化成127v输出，给本安型基站提供电源。并提供断电后不小于4小时的备用电源。
74.4、隔爆兼本安型无线基站
75.隔爆兼本安型无线基站包含隔爆兼本安型无线基站8、矿用隔爆型ups电源7。
76.隔爆兼本安型无线基站8可通过光口接入隔爆型基站控制器6。
77.隔爆兼本安型无线基站8将数据信号进行转换转换成无线信号，通过空中无线接口和矿用本安型5g手机完成信号转换和传输，实现煤矿井下移动通信的需要。一个基站双向覆盖距离可达300-400米，可在井下巷道中每隔350 米布置一台隔爆兼本安型无线基站8，可达到井下巷道信号全覆盖。
78.每台隔爆兼本安型无线基站8需要配接一台矿用隔爆型ups电源7。
79.5、矿用本安型5g手机
80.矿用本安型5g手机9采用安卓系统，具备语音、视频、拍照、照明、浏览器等功能，支持移动、联通、电信的5g网络，电池使用时间不低于8小时。
81.矿用本安型5g手机9可通过5g无线网络接入到隔爆兼本安型无线基站8，进而连接到井上5g智能调度平台。
82.本实用新型具有如下的有益效果：
83.1、5g无线通讯传输速率：基于2:8上下行配比不满足于井下数据实时上传的情况，研发上行峰值速率600mbps，下行峰值速率200mbps的上下行配比为3:1的无线网络；
84.2、5g无线通讯实现井下设备无线远程集控响应时间不大于20ms，满足无人值守无线远程遥控的实时性要求；
85.3、可实现井下同时在线高清视频传输不小于100路，满足井下所有移动目标并发接入要求；
86.4、满足300米综采工作面无线语音、视频、数据同时接入，远程虚拟场景再现；
87.5、设计基于5g通讯的井下隔爆兼本安型无线基站、隔爆型基站控制器、矿用本安型5g手机，满足煤矿井下应用；
88.6、采用5万兆超高带宽工业环网交换机改造传统万兆工业以太环网，配合硬切片技术实现煤矿井下各个系统之间的业务隔离，使其满足智能化矿山建设要求。
89.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。