煤礦信息化技術(shù)煤礦信息化技術(shù)

丁恩杰教授煤礦信息化技術(shù)中國礦業(yè)大學(xué)報告提綱一、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)二、數(shù)字化變電所四、WI-FI無線通信技術(shù)五、研究課題--基于WI-FI的新一代井下救災(zāi)監(jiān)控指揮系統(tǒng)一、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)一、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)

（二）Ethernet應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的關(guān)鍵技術(shù)（四）工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢

（一）工業(yè)以太網(wǎng)概念（三）工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)是應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)，在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)(即IEEE

802.3標(biāo)準(zhǔn))兼容。產(chǎn)品設(shè)計時，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性、本質(zhì)安全性等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。（一）工業(yè)以太網(wǎng)概念(1)Ethernet的介質(zhì)訪問控制(MAC)層協(xié)議采用帶碰撞檢測的載波偵聽多址訪問(CSMA/CD)方式，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重時，網(wǎng)絡(luò)的確定性不能滿足工業(yè)控制的實時性要求；(2)Ethernet所用的接插件、集線器、交換機(jī)和電纜等是為辦公室應(yīng)用而設(shè)計的，不符合工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境要求；(3)在工廠環(huán)境中，Ethernet抗干擾(EMI)性能較差，若用于危險場合，以太網(wǎng)不具備本質(zhì)安全性；(4)Ethernet不能通過信號線向現(xiàn)場設(shè)備供電問題

。

Ethernet為何不能直接應(yīng)用于工業(yè)場合（一）工業(yè)以太網(wǎng)概念隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及推廣，Ethernet傳輸速率的提高和Ethernet交換技術(shù)的發(fā)展，上述問題在工業(yè)以太網(wǎng)中正在迅速得到解決。（一）工業(yè)以太網(wǎng)概念（二）Ethernet應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的關(guān)鍵技術(shù)

通信確定性與實時性

工業(yè)以太網(wǎng)采取了以下措施使得該問題基本得到解決：1．采用快速以太網(wǎng)加大網(wǎng)絡(luò)帶寬。Ether-net的通信速率從10、100

Mb/s增大到如今的1、10Gb/s。在數(shù)據(jù)吞吐量相同的情況下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕和網(wǎng)絡(luò)傳輸延時的減小，即網(wǎng)絡(luò)碰撞機(jī)率大大下降，從而提高其實時性。

2．采用全雙工交換式以太網(wǎng)。用交換技術(shù)替代原有的總線型CSMA/CD技術(shù)，避免了由于多個站點共享并競爭信道導(dǎo)致發(fā)生的碰撞，減少了信道帶寬的浪費，同時還可以實現(xiàn)全雙工通信，提高信道的利用率。

3.降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與商業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不同，每個結(jié)點傳送的實時數(shù)據(jù)量很少，一般為幾個位或幾個字節(jié)，而且突發(fā)性的大量數(shù)據(jù)傳輸也很少發(fā)生，因此可以通過限制網(wǎng)段站點數(shù)目，降低網(wǎng)絡(luò)流量，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崟r性。

4.應(yīng)用報文優(yōu)先級技術(shù)。在智能交換機(jī)或集線器中，通過設(shè)計報文的優(yōu)先級來提高傳輸?shù)膶崟r性。

（二）Ethernet應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的關(guān)鍵技術(shù)

通信確定性與實時性

傳統(tǒng)的Ethernet并不是為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計的，沒有考慮工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性需要。由于工業(yè)現(xiàn)場的機(jī)械、氣候、塵埃等條件非常惡劣，因此對設(shè)備的工業(yè)可靠性提出了更高的要求。在工廠環(huán)境中，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)必須具備較好的可靠性、可恢復(fù)性及可維護(hù)性。

為了解決在不間斷的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，在極端條件下網(wǎng)絡(luò)也能穩(wěn)定工作的問題，美國Synergetic微系統(tǒng)公司和德國Hirschmann,

Jetter

AG等公司專門開發(fā)和生產(chǎn)了導(dǎo)軌式集線器、交換機(jī)產(chǎn)品，安裝在標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上，并有冗余電源供電，接插件采用牢固的DB-9

結(jié)構(gòu)。此外，在實際應(yīng)用中，主干網(wǎng)可采用光纖傳輸，現(xiàn)場設(shè)備的連接則可采用屏蔽雙絞線，對于重要的網(wǎng)段還可采用冗余網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以此提高網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力和可靠性。

（二）Ethernet應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的關(guān)鍵技術(shù)

穩(wěn)定性與可靠性

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多現(xiàn)場不可避免地存在易燃、易爆或有毒氣體等，對應(yīng)用于這些工業(yè)現(xiàn)場的智能裝置以及通信設(shè)備，都必須采取一定的防爆技術(shù)措施來保證工業(yè)現(xiàn)場的安全生產(chǎn)。在目前技術(shù)條件下，對以太網(wǎng)系統(tǒng)采用隔爆、防爆的措施比較可行，即通過對Ethernet現(xiàn)場設(shè)備采取增安、氣密、澆封等隔爆措施，使現(xiàn)場設(shè)備本身的故障產(chǎn)生的點火能量不外泄，以保證系統(tǒng)運行的安全性。對于沒有嚴(yán)格的本安要求的非危險場合，則可以不考慮復(fù)雜的防爆措施。

安全性（二）Ethernet應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的關(guān)鍵技術(shù)

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可可能會受到到包括病毒毒感染、黑黑客的非法法入侵與非非法操作等等網(wǎng)絡(luò)安全全威脅。一一般情況下下，可以采采用網(wǎng)關(guān)或或防火墻等等對工業(yè)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與外部部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行行隔離，還還可以通過過權(quán)限控制制、數(shù)據(jù)加加密等多種種安全機(jī)制制加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的安全管管理。（二）Ethernet應(yīng)用于工業(yè)業(yè)現(xiàn)場的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)安全性總線供電(或稱總線饋饋電)是指連接到到現(xiàn)場設(shè)備備的線纜不不僅傳輸數(shù)數(shù)據(jù)信號，，還能給現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備提提供工作電電源。對于于現(xiàn)場設(shè)備備供電可以以采取以下下方法：1．在目前以以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上上適當(dāng)?shù)匦扌薷奈锢韺訉拥募夹g(shù)規(guī)規(guī)范，將以以太網(wǎng)的曼曼徹斯特信信號調(diào)制到到一個直流流或低頻交交流電源上上，在現(xiàn)場場設(shè)備端再再將這兩路路信號分離離開來。2．不改變目目前物理層層的結(jié)構(gòu)，，而通過連連接電纜中中的空閑線線纜為現(xiàn)場場設(shè)備提供供電源。（二）Ethernet應(yīng)用于工業(yè)業(yè)現(xiàn)場的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)總線供電當(dāng)以太網(wǎng)用用于信息技技術(shù)時，應(yīng)應(yīng)用層包括括HT-TP、FTP、SNMP等常用協(xié)議議，但當(dāng)它它用于工業(yè)業(yè)控制時，，體現(xiàn)在應(yīng)應(yīng)用層的是是實時通信信、用于系系統(tǒng)組態(tài)的的對象以及及工程模型型的應(yīng)用協(xié)協(xié)議，目前前還沒有統(tǒng)統(tǒng)一的應(yīng)用用層協(xié)議，，但受到廣廣泛支持并并已經(jīng)開發(fā)發(fā)出相應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)品的有以以下幾種主主要協(xié)議：：（三）工業(yè)業(yè)以太網(wǎng)協(xié)協(xié)議Mod-busTCP/IPProfi-NetHSEEthernet/IP該協(xié)議由施施耐德公司司推出，以以一種非常常簡單的方方式將Modbus幀嵌入到TCP幀中，使Modbus與以太網(wǎng)和和TCP/IP結(jié)合，成為為Modbus

TCP/IP。這是一種種面向連接接的方式，，每一個呼呼叫都要求求一個應(yīng)答答，這種呼呼叫/應(yīng)答的機(jī)制制與Modbus的主/從機(jī)制相互互配合，使使交換式以以太網(wǎng)具有有很高的確確定性，利利用TCP/IP協(xié)議，通過過網(wǎng)頁的形形式可以使使用戶界面面更加友好好。利用網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器器便查看企企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部部設(shè)備運行行情況。施施耐德公司司已經(jīng)為Mod-bus注冊了502端口，這樣樣就可以將將實時數(shù)據(jù)據(jù)嵌人到網(wǎng)網(wǎng)頁中，通通過在設(shè)備備中嵌入Web服務(wù)器，就就可以將Web瀏覽器作為為設(shè)備的操操作終端。。Modbus

TCP/IP（三）工業(yè)業(yè)以太網(wǎng)協(xié)協(xié)議針對工業(yè)應(yīng)應(yīng)用需求，，德國西門門子于2001年發(fā)布了該該協(xié)議，它它是將原有有的Profibus與互聯(lián)網(wǎng)技技術(shù)結(jié)合，，形成了ProfiNet的網(wǎng)絡(luò)方案案，主要包包括：(1)基于組件對對象模型(COM)的分布式自自動化系統(tǒng)統(tǒng)；(2)規(guī)定了ProfiNet現(xiàn)場總線和和標(biāo)準(zhǔn)以太太網(wǎng)之間的的開放、透透明通信；；(3)提供了一個個獨立于制制造商，包包括設(shè)備層層和系統(tǒng)層層的系統(tǒng)模模型。ProfiNet采用用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)TCP/IP+以太太網(wǎng)網(wǎng)作作為為連連接接介介質(zhì)質(zhì)，，采采用用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議議加加上上應(yīng)應(yīng)用用層層的的RPC/DCOM來完完成成節(jié)節(jié)點點間間的的通通信信和和網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)尋尋址址。。它它可可以以同同時時掛掛接接傳傳統(tǒng)統(tǒng)Profibus系統(tǒng)統(tǒng)和和新新型型的的智智能能現(xiàn)現(xiàn)場場設(shè)設(shè)備備?！，F(xiàn)現(xiàn)有有的的Profibus網(wǎng)段可以通通過一個代代理設(shè)備(proxy)連接到ProfiNet網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，，使整Profibus設(shè)備和協(xié)議議能夠原封封不動地在在Pet中使用。傳傳統(tǒng)的Profibus設(shè)備可通過過代理proxy與ProFiNET上面的COM對象進(jìn)行通通信，并通通過OLE自動化接口口實現(xiàn)COM對象間的調(diào)調(diào)用。ProfiNet（三）工業(yè)業(yè)以太網(wǎng)協(xié)協(xié)議HSE技術(shù)的一個個核心部分分就是鏈接接設(shè)備，它它是HSE體系結(jié)構(gòu)將將Hl(31.25kb/s)設(shè)備連接100Mb/s的HSE主干網(wǎng)的關(guān)關(guān)鍵組成部部分，同時時也具有網(wǎng)網(wǎng)橋和網(wǎng)關(guān)關(guān)的功能。。網(wǎng)橋功能能能夠用于于連接多個個H1總線網(wǎng)段，使使同H1網(wǎng)段上的H1設(shè)備之間能夠夠進(jìn)行對等通通信而無需主主機(jī)系統(tǒng)的干干涉；網(wǎng)關(guān)功功能允許將HSE網(wǎng)絡(luò)連接到其其他的工廠控控制網(wǎng)絡(luò)和信信息網(wǎng)絡(luò)，HSE鏈接設(shè)備不需需要為H1子系統(tǒng)作報文文解釋，而是是將來自H1總線網(wǎng)段的報報文數(shù)據(jù)集合合起來并且將將Hl地址轉(zhuǎn)化為IP地址。HSE（三）工業(yè)以以太網(wǎng)協(xié)議Ethernet/IP是適合工業(yè)環(huán)環(huán)境應(yīng)用的協(xié)協(xié)議體系。它它是由ODVA(OpenDevicenetVendors

Asso-cation)和ControlNetInternational兩大工業(yè)組織織推出的最新新成員與DeviceNet和ControlNet一樣，它們都都是基于CIP(Control

andInformation

Proto-Col)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。。它是一種是是面向?qū)ο蟮牡膮f(xié)議，能夠夠保證網(wǎng)絡(luò)上上隱式(控制)的實時I/O信息和顯式信信息(包括用于組態(tài)態(tài)、參數(shù)設(shè)置置、診斷等)的有效傳輸。。（三）工業(yè)以以太網(wǎng)協(xié)議Ethernet/IP（四）工業(yè)以以太網(wǎng)的優(yōu)勢勢應(yīng)用廣泛以太網(wǎng)是應(yīng)用用最廣泛的計計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技技術(shù)，幾乎所所有的編程語語言如Visual

C＋＋、Java、VisualBasic等都支持以太太網(wǎng)的應(yīng)用開開發(fā)。通信速率高目前，10、100

Mb/s的快速以太網(wǎng)網(wǎng)已開始廣泛泛應(yīng)用，1Gb/s以太網(wǎng)技術(shù)也也逐漸成熟，，而傳統(tǒng)的現(xiàn)現(xiàn)場總線最高高速率只有12Mb/s(如西門子Profibus-DP)。顯然，以太太網(wǎng)的速率要要比傳統(tǒng)現(xiàn)場場總線要快的的多，完全可可以滿足工業(yè)業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不不斷增長的帶帶寬要求。以太網(wǎng)網(wǎng)卡的的價格較之現(xiàn)現(xiàn)場總線網(wǎng)卡卡要便宜得多多(約為1/10)；另外，以太太網(wǎng)已經(jīng)應(yīng)用用多年，人們們對以太網(wǎng)的的設(shè)計、應(yīng)用用等方面有很很多經(jīng)驗，具具有相當(dāng)成熟熟的技術(shù)。大大量的軟件資資源和設(shè)計經(jīng)經(jīng)驗可以顯著著降低系統(tǒng)的的開發(fā)和培訓(xùn)訓(xùn)費用，降低低系統(tǒng)的整體體成本，并大大大加快系統(tǒng)統(tǒng)的開發(fā)和推推廣速度。成本低廉資源共享能力力強(qiáng)隨著Internet/Intranet的發(fā)展，以太太網(wǎng)已滲透到到各個角落，，網(wǎng)絡(luò)上的用用戶已解除了了資源地理位位置上的束縛縛，在聯(lián)人互互聯(lián)網(wǎng)的任何何一臺計算機(jī)機(jī)上就能瀏覽覽工業(yè)控制現(xiàn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，，實現(xiàn)“控管管一體化”，，這是其他任任何一種現(xiàn)場場總線都無法法比擬的。（四）工業(yè)以以太網(wǎng)的優(yōu)勢勢以太網(wǎng)的引人人將為控制系系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)發(fā)展提供可能能性，用戶在在技術(shù)升級方方面無需獨自自的研究投人人，對于這一一點，任何現(xiàn)現(xiàn)有的現(xiàn)場總總線技術(shù)都是是無法比擬的的。同時，機(jī)機(jī)器人技術(shù)、、智能技術(shù)的的發(fā)展都要求求通信網(wǎng)絡(luò)具具有更高的帶帶寬和性能，，通信協(xié)議有有更高的靈活活性，這些要要求以太網(wǎng)都都能很好地滿滿足。可持續(xù)發(fā)展?jié)摑摿Υ螅ㄋ模┕I(yè)以以太網(wǎng)的優(yōu)勢勢（五）工業(yè)以以太網(wǎng)在控制制領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)現(xiàn)狀（一）混合Ethernet/Fieldbus的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(二)專用工業(yè)以太太控制網(wǎng)絡(luò)（五）工業(yè)以以太網(wǎng)在控制制領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)現(xiàn)狀(三)基于Web的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平平臺（五）工業(yè)以以太網(wǎng)在控制制領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)現(xiàn)狀二、數(shù)字化變變電所數(shù)字化變電站站什么是數(shù)字化化技術(shù)信息以數(shù)字量量的形式進(jìn)行行傳輸、處理理和存儲數(shù)字量是指編編碼不同進(jìn)制：2，8，10，16不同位數(shù)：表表示范圍和精精度值離散和時間間離散數(shù)字化變電站站數(shù)字化技術(shù)優(yōu)優(yōu)勢易于傳輸同一信道可傳傳輸多種信息息信息不損失精精度可靠性：檢錯錯和容錯易于處理CPU具備強(qiáng)大的處處理能力軟件決定邏輯輯和算法，易易維護(hù)易于存儲數(shù)字化變電站站數(shù)字化變電站站特點變電站站傳輸輸和處處理的的信息息數(shù)字字化過程層層設(shè)備備智能能化統(tǒng)一的的信息息模型型：數(shù)數(shù)據(jù)模模型、、功能能模型型統(tǒng)一的的通信信協(xié)議議：數(shù)數(shù)據(jù)無無縫交交換高質(zhì)量量信息息：可可靠性性、完完整性性、實實時性性各種設(shè)設(shè)備和和功能能共享享統(tǒng)一一的信信息平平臺數(shù)字化化變電電站數(shù)字化化變電電站的的邏輯輯接口口數(shù)字化化變電電站數(shù)字化化變電電站的的邏輯輯接口口1、間隔隔層和和變電電站層層之間間保護(hù)護(hù)數(shù)據(jù)據(jù)交換換；2、間隔隔層與與遠(yuǎn)方方保護(hù)護(hù)之間間保護(hù)護(hù)數(shù)據(jù)據(jù)交換換；3、間隔隔層內(nèi)內(nèi)數(shù)據(jù)據(jù)交換換；4、PT和CT輸出的的采樣樣值；；5、過程程層和和間隔隔層之之間控控制數(shù)數(shù)據(jù)交交換；；6、間隔隔和變變電站站層之之間控控制數(shù)數(shù)據(jù)交交換；；7、變電電站層層與遠(yuǎn)遠(yuǎn)方工工程師師辦公公地數(shù)數(shù)據(jù)交交換；；8、間隔隔之間間直接接數(shù)據(jù)據(jù)交換換，如如聯(lián)鎖鎖等快快速功功能；；9、變電電站層層內(nèi)數(shù)數(shù)據(jù)交交換；；10、變電電站和和遠(yuǎn)方方控制制中心心之間間控制制數(shù)據(jù)據(jù)交換換。數(shù)字化化變電電站數(shù)字化化變電電站的的通信信網(wǎng)絡(luò)絡(luò)數(shù)字化化變電電站IEC61805標(biāo)準(zhǔn)1、分層層結(jié)構(gòu)構(gòu)，可可跟蹤蹤最新新的通通信技技術(shù)2、完善善的信信息模模型，，提供供SCL描述語語言3、提供供二次次設(shè)備備間實實時信信息交交換能能力4、提供供一次次設(shè)備備和二二次設(shè)設(shè)備間間通信信標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)5、提供供工程程實施施和一一致性性檢測測標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)6、國調(diào)調(diào)中心心組織織一致致性測測試保保證國國內(nèi)主主要二二次設(shè)設(shè)備備廠家家間無無縫通通信數(shù)字字化化變變電電站站數(shù)字化變變電站優(yōu)優(yōu)點各種功能能共用統(tǒng)統(tǒng)一的信信息平臺臺，避免免設(shè)備重重復(fù)投入入測量精度度高、無無飽和、、無CT開路二次接線線簡單光纖取代代電纜，，電磁兼兼容性能能優(yōu)越信息傳輸輸通道都都可自檢檢，可靠靠性高管理自動動化在線檢測測——狀態(tài)檢修修故障自動動分析順序控制制易于擴(kuò)展展提升變電電站可靠靠性、自自動化水水平，降降低生命命周期成成本數(shù)字化化變電電站數(shù)字化化變電電站實實施方方案開關(guān)設(shè)設(shè)備配配置智智能終終端升升級為為智能能開關(guān)關(guān)設(shè)備備變電站站層和和間隔隔層通通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與與常規(guī)規(guī)綜自自站相相同，，通信信標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)向IEC61850發(fā)展間隔層層設(shè)備備和過過程層層設(shè)備備間用用光纖纖以太太網(wǎng)交交換信信息數(shù)字化化變電電站二次設(shè)設(shè)備配配套線路保保護(hù)、、變壓壓器保保護(hù)和和測控控裝置置可選選用增增加IEC61850-9-1接口PS600和PS1200系列成成熟產(chǎn)產(chǎn)品我公司司新型型母差差保護(hù)護(hù)和變變壓器器保護(hù)護(hù)具備備IEC61850-9-1接口電能計計費選選用我我公司司研發(fā)發(fā)的DTSD/DSSD1056型電能能表，，也可可集成成于合合并器器或保保護(hù)測測控裝裝置監(jiān)控、、遠(yuǎn)動動通信信、VQC、五防防等可可用現(xiàn)現(xiàn)綜自自站設(shè)設(shè)備可選用用其他他廠家家具有有IEC61850-9-1過程層層接口口的二二次設(shè)設(shè)備，，如南南瑞和和四方方能提提供母母差、、線路路等保保護(hù)設(shè)設(shè)備數(shù)字化化變電電站通信協(xié)協(xié)議與遠(yuǎn)方方主站站間DL/T634.5101-2002(IEC60870-5-101)DL/T634.5104-2002(IEC60870-5-104)CDT變電站站層和和間隔隔層DL/T667-1999(IEC61870-5-103)IEC61850過程層層IEC61850－9－1（100M光纖以以太網(wǎng)網(wǎng)）IEC61850GOOSE服務(wù)數(shù)字化化變電電站采樣同同步全站使使用統(tǒng)統(tǒng)一的的同步步信號號源，，同步步所有有的合合并器器和直直接采采集模模擬信信號的的二次次設(shè)備備合并器器之間間、合合并器器與數(shù)數(shù)據(jù)集集中器器之間間采用用IEC60044-8規(guī)定的的FT3通信協(xié)協(xié)議，，可提提供采采樣同同步信信息，，在同同步信信號源源故障障時同同步采采樣數(shù)字化化變電電站開關(guān)設(shè)設(shè)備智智能化化數(shù)字化化變電電站四、WI-FI無線通通信技技術(shù)WI-FI無線通通信技技術(shù)WI-FI概念WiFi的全稱稱是WirelessFidelity，又叫叫802.11b標(biāo)準(zhǔn)，，是IEEE定義的的一個個無線線網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通信信的工工業(yè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。。該技技術(shù)使使用的的使2.4GHz附近的的頻段段，該該頻段段目前前尚屬屬沒用用許可可的無無線頻頻段。。其主主要特特性為為：速速度快快，可可靠性性高，，在開開放性性區(qū)域域，通通訊距距離可可達(dá)305米，在在封閉閉性區(qū)區(qū)域，，通訊訊距離離為76米到122米，方方便與與現(xiàn)有有的有有線以以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)整整合，，組網(wǎng)網(wǎng)的成成本更更低。。WI-FI無線通通信技技術(shù)WI-FI主要技技術(shù)優(yōu)優(yōu)勢1.無線電電波的的覆蓋蓋范圍圍廣，，基于于藍(lán)牙牙技術(shù)術(shù)的電電波覆覆蓋范范圍非非常小小，半半徑大大約只只有50英尺左左右，，約合合15米。而而WiFi的半徑徑則可可達(dá)300英尺左左右，，約合合100米。最最近由由Vivato公司推推出的的一款款新型型交換換機(jī)，，該款款產(chǎn)品品能夠夠把目目前WiFi無線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)300英尺，，接近近100米的通通信距距離擴(kuò)擴(kuò)大到到4英里，，約6.5公里。。2.雖然由由WiFi技術(shù)傳傳輸?shù)牡臒o線線通信信質(zhì)量量不是是很好好，數(shù)數(shù)據(jù)安安全性性能比比藍(lán)牙牙差一一些，，傳輸輸質(zhì)量量也有有待改改進(jìn)，，但傳傳輸速速度非非?？炜?，可可以達(dá)達(dá)到11Mbps，符合合個人人和社社會信信息化化的需需求。。WI-FI無線通通信技技術(shù)WI-FI主要技技術(shù)優(yōu)優(yōu)勢3.廠商進(jìn)進(jìn)入該該領(lǐng)域域的門門檻比比較低低。廠廠商只只要在在機(jī)場場、車車站、、咖啡啡店、、圖書書館等等人員員較密密集的的地方方設(shè)置置“熱熱點””，并并通過過高速速線路路將因因特網(wǎng)網(wǎng)接入入上述述場所所。這這樣由由于““熱點點”所所發(fā)射射出的的電波波可以以達(dá)到到距接接入點點半徑徑數(shù)十十米至至100米的地地方，，用戶戶只要要將支支持無無線LAN的筆記記本電電腦或或PDA拿到該該區(qū)域域內(nèi)，，即可可高速速接入入因特特網(wǎng)。。也就就是說說廠商商不用用耗費費資金金來進(jìn)進(jìn)行網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)布布線接接入，，從而而節(jié)省省了大大量的的成本本。一般架設(shè)無線線網(wǎng)絡(luò)的基本本配備就是無無線網(wǎng)卡及一一臺AP，如此便能能以無線的的模式，配配合既有的的有線架構(gòu)構(gòu)來分享網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源，，架設(shè)費用用和復(fù)雜程程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低低于傳統(tǒng)的的有線網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。如果只只是幾臺電電腦的對等等網(wǎng)，也可可不要AP，只需要每每臺電腦配配備無線網(wǎng)網(wǎng)卡。AP為AccessPoint簡稱，一般般翻譯為““無線訪問問節(jié)點”，，或“橋接接器”。它它主要在媒媒體存取控控制層MAC中扮演無線線工作站及及有線局域域網(wǎng)絡(luò)的橋橋梁。有了了AP，就像一般般有線網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的Hub一般，無線線工作站可可以快速且且輕易地與與網(wǎng)絡(luò)相連連。特別是是對于寬帶帶的使用，，WiFi更顯優(yōu)勢，，有線寬帶帶網(wǎng)絡(luò)（ADSL、小區(qū)LAN等）到戶后后，連接到到一個AP，然后在電電腦中安裝裝一塊無線線網(wǎng)卡即可可。普通的的家庭有一一個AP已經(jīng)足夠，，甚至用戶戶的鄰里得得到授權(quán)后后，則無需需增加端口口，也能以以共享的方方式上網(wǎng)。。WI-FI的組網(wǎng)方法法WI-FI無線通信技技術(shù)目前Wi-Fi聯(lián)盟所公布布的認(rèn)證種種類有：*WPA/WPA2：WPA/WPA2是基于IEEE802.11a、802.11b、802.11g的單模、雙雙?；螂p頻頻的產(chǎn)品所所建立的測測試程序。。內(nèi)容包含含通訊協(xié)定定的驗證、、無線網(wǎng)絡(luò)絡(luò)安全性機(jī)機(jī)制的驗證證，以及網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸表表現(xiàn)與相容容性測試。。*WMM（Wi-FiMultiMedia）：當(dāng)影音音多媒體透透過無線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的傳遞遞時，要如如何驗證其其帶寬保證證的機(jī)制是是否正常運運作在不同同的無線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)裝置及及不同的安安全性設(shè)定定上是WMM測試的目的的。*WMMPowerSave：在影音多多媒體透過過無線網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的傳遞時時，如何透透過管理無無線網(wǎng)絡(luò)裝裝置的待命命時間來延延長電池壽壽命，并且且不影響其其功能性，，可以透過過WMMPowerSave的測試來驗驗證。WI-FI的認(rèn)證WI-FI無線通信技技術(shù)目前Wi-Fi聯(lián)盟所公布布的認(rèn)證種種類有：*WPS（Wi-FiProtectedSetup）：這是一一個2007年年初才發(fā)發(fā)布的認(rèn)證證，目的是是讓消費者者可以透過過更簡單的的方式來設(shè)設(shè)定無線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)裝置，，并且保證證有一定的的安全性。。目前WPS允許透過PinInputConfig（PIN）、PushButtonConfig（PBC）、USBFlashDriveConfig（UFD）以及NearFieldCommunicationContactlessTokenConfig（NFC）的方式來來設(shè)定無線線網(wǎng)絡(luò)裝置置。*ASD（ApplicationSpecificDevice）：這是針針對除了無無線網(wǎng)絡(luò)存存取點（AccessPoint）及站臺（（Station）之外其他他有特殊應(yīng)應(yīng)用的無線線網(wǎng)絡(luò)裝置置，例如DVD播放器、投投影機(jī)、打打印機(jī)等等等。*CWG（ConvergedWirelessGroup）：主要是是針對Wi-Fimobileconvergeddevices的RF部分測量的的測試程序序。WI-FI的認(rèn)證WI-FI無線通信技技術(shù)小靈通退市市今年2月初，工信信部向中國國電信、聯(lián)聯(lián)通等三大大運營商發(fā)發(fā)文，明確確要求所有有1900-1920MHz頻段無線接接入系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)在2011年底前完成成清頻退網(wǎng)網(wǎng)工作，以以確保不對對1880-1900MHz頻段TD-SCDMA系統(tǒng)產(chǎn)生有有害干擾。。同時，要要求現(xiàn)在的的運營企業(yè)業(yè)應(yīng)對在用用的1900-1920MHz頻段無線接接入系統(tǒng)停停止擴(kuò)容和和發(fā)展新用用戶，不得得擴(kuò)大覆蓋蓋范圍。這這一項措施施將迫使正正處在這一一頻段的小小靈通退出出無線通訊訊領(lǐng)域，為為TD-SCDMA讓路。小小靈通是特特殊時期的的產(chǎn)物，是是當(dāng)年中國國電信和中中國網(wǎng)通沒沒有移動牌牌照的無奈奈之舉。由由于小靈通通低輻射、、低資費、、號碼簡短短易記，至至今仍然受受到一些特特殊群體，，如孕婦、、老年人的的喜愛。小小靈通要退退市，很多多市民并不不甘心就這這樣與其說說再見，他他們希望能能繼續(xù)使用用小靈通。。而比普通通百姓更不不舍說再見見的當(dāng)數(shù)煤煤礦行業(yè)了了。由于技技術(shù)、成本本以及最重重要的安全全等眾多因因素的限制制，GSM/GPRS及對講業(yè)務(wù)務(wù)在煤礦行行業(yè)無法得得到有效應(yīng)應(yīng)用，所以以小靈通曾曾一度統(tǒng)治治著煤礦行行業(yè)的通訊訊領(lǐng)域。很很多人會擔(dān)擔(dān)心小靈通通退市之后后，煤礦行行業(yè)的通訊訊危機(jī)就會會隨之而來來。WI-FI應(yīng)用（1）WI-FI無線通信技技術(shù)小靈通通退退市會給煤煤礦企業(yè)造造成多大的的影響呢？？由于WiFi的傳輸速度度遠(yuǎn)高于小小靈通，現(xiàn)現(xiàn)在最普及及的IEEE801.11g可達(dá)到54Mbps，其下一代代產(chǎn)品甚至至可以達(dá)到到300Mbps，并且WiFi的頻段在世世界范圍內(nèi)內(nèi)是無需任任何電信運運營執(zhí)照的的開放頻段段，因此WLAN無線設(shè)備提提供了一個個世界范圍圍內(nèi)可以使使用的，費費用極其低低廉且數(shù)據(jù)據(jù)帶寬極高高的無線空空中接口。。我們可以以在WiFi覆蓋區(qū)域內(nèi)內(nèi)快速瀏覽覽網(wǎng)頁，隨隨時隨地接接聽撥打電電話。而其其它一些基基于WLAN的寬帶數(shù)據(jù)據(jù)應(yīng)用，如如無線監(jiān)控控、移動辦辦公、流媒媒體等功能能更是值得得期待。WI-FI應(yīng)用（1）WI-FI無線通信技術(shù)術(shù)另外，IEEE802.11規(guī)定的發(fā)射功功率不可超過過100毫瓦，而WiFi電話的實際發(fā)發(fā)射功率不超超過25毫瓦，這是一一個什么樣的的概念呢？手機(jī)的發(fā)射功率約約200毫瓦至1瓦間，GSM手機(jī)的發(fā)射功功率甚至更大大，手持式對對講機(jī)高達(dá)5瓦，可見WiFi是絕對安全的的。這一點無無論是對特殊殊的百姓群體體還是對安全全生產(chǎn)要求嚴(yán)嚴(yán)格的煤礦來來講，都是一一個有力的競競爭點。隨隨著WiFi技術(shù)的推廣和和普及，WiFi手機(jī)應(yīng)運而生生，其低廉的的運營成本和和通話費用得得到越來越多多行業(yè)用戶的的青睞。一些些企業(yè)針對行行業(yè)用戶的進(jìn)進(jìn)一步開發(fā)，，更豐富了WiFi通訊系統(tǒng)的功功能，使其逐逐漸成熟強(qiáng)大大。部分先進(jìn)進(jìn)的WiFi技術(shù)企業(yè)已經(jīng)經(jīng)做到了如下下WiFi的應(yīng)用：WI-FI應(yīng)用（1）WI-FI無線通信技術(shù)術(shù)WI-FI應(yīng)用（1）應(yīng)急通訊系統(tǒng)統(tǒng)集群對講講業(yè)務(wù)調(diào)度管理平臺臺WiFi定位系統(tǒng)可以說這些些應(yīng)用是為為煤礦等行行業(yè)用戶量量身定做的的產(chǎn)品，除除了以低廉廉的成本和和使用費用用滿足礦井井下基本的的通訊需求求以外，集集群對講業(yè)業(yè)務(wù)可以方方便快捷地地實現(xiàn)語音音信息的實時有效效傳播；調(diào)調(diào)度管理平平臺可以對對工作人員員進(jìn)行統(tǒng)一一的調(diào)度管管理，合理理分配和使使用資源；；WiFi定位系統(tǒng)則則對用戶進(jìn)進(jìn)行定位，，一旦出現(xiàn)現(xiàn)意外或危危險情況，，可以及時時準(zhǔn)確地采采取營救措措施。WI-FI無線通信技技術(shù)WI-FI應(yīng)用（1）WI-FI無線通信技技術(shù)WI-FI與小靈通相相比具有的的優(yōu)勢：一、小靈靈通系統(tǒng)構(gòu)構(gòu)成復(fù)雜，，成本高，，并且每個個節(jié)點最多多只支持3部手機(jī)同時時通話，WiFi通訊系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)簡單造造價低，每每個AP可支持8部以上的手手機(jī)同時通通話；二、小靈靈通系統(tǒng)體體積龐大，，存在維護(hù)護(hù)復(fù)雜擴(kuò)容容復(fù)雜的問問題，也很很難再有更更多的擴(kuò)展展性，WiFi通訊設(shè)備便便捷靈活，，易于維修修，擴(kuò)展性性強(qiáng)；三、小靈靈通功能單單一，而WiFi通訊系統(tǒng)具具有調(diào)度、、定位、報報警等綜合合功能，是是一舉多得得的選擇。。WI-FI應(yīng)用（1）WI-FI無線通信技技術(shù)WI-FI在工業(yè)中的的使用：WI-FI應(yīng)用（2）WI-FI無線通信技技術(shù)WI-FI應(yīng)用（2）WI-FI在工業(yè)中的的使用：WI-FI無線通信技技術(shù)五、基于WI-FI的新一代井井下救災(zāi)監(jiān)監(jiān)控指揮系系統(tǒng)獲得江蘇生生自然基金金的扶持國家自然基基金正在審審批中基于WI-FI的新一代井井下救災(zāi)監(jiān)監(jiān)控指揮系系統(tǒng)通常事故發(fā)發(fā)生之后，，井下的供供電系統(tǒng)遭遭到破壞，，現(xiàn)有的視視頻監(jiān)控系系統(tǒng)、調(diào)度度電話系統(tǒng)統(tǒng)、小靈通通等通信系系統(tǒng)處于癱癱瘓狀態(tài)，，致使地面面救援中心心無法獲知知井下狀況況，更不用用說井下與與井上信息息的互通，，對人員的的救治造成成很大困難難。我們擬擬采用具有有自組織性性、放置靈靈活、移動動性強(qiáng)的無無線多媒體體傳感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(WMSN)來實現(xiàn)礦難難后監(jiān)控圖圖像的傳輸輸工作。研究的意義義基于WI-FI的新一代井井下救災(zāi)監(jiān)監(jiān)控指揮系系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)急通通信系統(tǒng)時時，救援人人員攜帶一一定數(shù)量的的節(jié)點進(jìn)入入救災(zāi)區(qū)，，在井口附附件布置匯匯聚節(jié)點，，在前進(jìn)的的過程中布布置無線通通信節(jié)點，，多媒體數(shù)數(shù)據(jù)采集節(jié)節(jié)點安裝在在救援人員員的礦燈附附近，多媒媒體節(jié)點備備有攝像頭頭，利用該該節(jié)點對井井下目標(biāo)區(qū)區(qū)域采集圖圖像，對采采集到的圖圖像分辨率率要求不高高，并把這這些信息通通過WMSN傳給地面指指揮中心，，指揮中心心發(fā)布的調(diào)調(diào)度消息再再通過無線線網(wǎng)絡(luò)傳遞遞給救援人人員，從而而有效地指指揮救災(zāi)。。研究的意義義基于WI-FI的新一代井井下救災(zāi)監(jiān)監(jiān)控指揮系系統(tǒng)目前，國內(nèi)內(nèi)外專家對對無線多媒媒體傳感器器網(wǎng)絡(luò)（WMSN）傳輸輸視頻頻等多多媒體體信號號進(jìn)行行了大大量研研究，，國家家自然然基金金委近近兩年年資助助了一一些WMSN技術(shù)的的研究究項目目國內(nèi)外外研究究現(xiàn)狀狀2007年資助助的無無線傳傳感器器中基基于Schur算法的的圖像像傳輸輸聯(lián)合合檢測測，無無線分分布式式環(huán)境境下視視頻信信息的的協(xié)同同描述述與智智能傳傳輸；；2008資助的的無線線傳感感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組組播廣廣播安安全關(guān)關(guān)鍵技技術(shù)研研究，，無線線多媒媒體傳傳感器器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)設(shè)計計理論論和關(guān)關(guān)鍵技技術(shù)等等?；赪I-FI的新一一代井井下救救災(zāi)監(jiān)監(jiān)控指指揮系系統(tǒng)缺陷：：但上述述研究究對井井下長長距離離帶狀狀空間間構(gòu)建建WMSN系統(tǒng)所所需的的關(guān)鍵鍵技術(shù)術(shù)還沒沒有涉涉及，，長距距離WMSN的多媒媒體救救災(zāi)通通信系系統(tǒng)更更是空空白，，無相相關(guān)專專利。。國內(nèi)外外研究究現(xiàn)狀狀基于WI-FI的新一一代井井下救救災(zāi)監(jiān)監(jiān)控指指揮系系統(tǒng)1、長長距離離傳輸輸關(guān)鍵鍵技術(shù)術(shù)由于多多媒體體救災(zāi)災(zāi)通信信系統(tǒng)統(tǒng)中信信號的的傳輸輸是長長距離離帶狀狀的，，必然然存在在數(shù)據(jù)據(jù)的多多跳現(xiàn)現(xiàn)象；；同時時，在在密集集多徑徑傳輸輸環(huán)境境中，，較嚴(yán)嚴(yán)重的的衍射射、衰衰減、、多徑徑和散散射現(xiàn)現(xiàn)象均均導(dǎo)致致鏈路路的不不可靠靠，需需要對對WSN構(gòu)建虛虛擬的的MIMO簇，需需要研研究MIMO傳輸中中各節(jié)節(jié)點發(fā)發(fā)射參參數(shù)的的自適適應(yīng)調(diào)調(diào)整，，主要要包括括對星星座圖圖大小小、發(fā)發(fā)射功功率等等參數(shù)數(shù)自適適應(yīng)調(diào)調(diào)整，，信道道估計計策略略，信信道編編譯碼碼方案案設(shè)計計等。。課題研研究的的內(nèi)容容基于WI-FI的新一一代井井下救救災(zāi)監(jiān)監(jiān)控指指揮系系統(tǒng)2、長距距離多多節(jié)點點協(xié)同同圖像像壓縮縮關(guān)鍵鍵技術(shù)術(shù)多媒體體節(jié)點點采集集的圖圖像信