基于GEPON的煤矿监控网络的研究

孟庆辉，张友能，梅 蓉

(安徽工贸职业技术学院，安徽 淮南 232007)

为保证煤矿企业的安全生产，需要一个安全可靠的煤矿移动通信系统。现有煤矿信息安全监控系统由于历史原因存在着多种不同的通信系统。它们的通信协议、传输格式不同, 相互之间难以互联互通。而由于通信的不畅通想要通信资源的信息共享，就对必须对煤矿安全监控系统的联网技术进行研究，提出能对多种不同通信系统之间互联的网络结构、联网方法和通信要求。

1 煤矿安全监控系统总体设计

如图1本文提出了一个煤矿安全监控系统的模型。在地面上有基站控制器和地面移动通信网络控制中心。基站控制器对井下送来的信号进行转接控制处理。地面移动通信网络控制中心主要来监控整体数据，同时还可以下达控制命令。

在矿井中如图1的下半部分。巷道拐弯处必须设置转接器，移动手机通过基站与其他手机、基站通信，实现无线移动通信。而有线电缆则实现井上井下远距离的信号传输。转发器将移动台发射的无线信号转换成频率较低的载频信号，再调制成光信号经矿用防爆光缆远距离传输给基站和其他转接器，其他的转接器再将载频信号转换成无线信号，与其他移动手机通信。各转化器和基站采用并联接法，这样，任意一个转发器发生故障，只会影响其所覆盖的区域通信，不会造成大面积的通信盲区，从而提高了系统的抗故障能力。

图1 煤矿整体通信系统示意图

2 煤矿安全监控系统信息传输网络结构

如图2，煤矿安全监控系统信息传输网络结构在设计时采用的是“基站控制器+地面移动系统程控交换机”树状网络结构。该信息传输网络结构由移动手机、基站、程控交换机和传输光缆等组成。基站的间隔距离为无线发射的有效距离的两倍，基站负责其覆盖区域内的移动手机和有线/无线信号的转接功能。基站与程控交换机之间使用矿用防爆光缆连接。程控交换机则负责安全监控系统的管理、信号的跨区切换和与已有的电话网互接等功能。

在其所覆盖区域内，移动手机与移动手机之间即可实现无线互通，也可通过基站进行转接来互相通信。移动手机若要进行跨区之间的远距离通话，就要经过其负责管理区域内的基站把移动手机发出的无线信号转换为有线信号，经矿用防爆光缆传送到程控交换机，再传送到所要通话的移动手机所在区域里的基站接收，该基站再把信号转换为无线信号传送到要通话的移动手机上，如此来完成远距离的跨区移动通信。在这个通信网络结构中，任何一个基站出现问题都只会影响其覆盖区域内的通信，不会影响其他的地方通信。所以，该安全监控系统具有很强的抗故障能力。另外，因为是程控交换机控制整个跨区远程通信，所以没有通信任务的基站是空闲的，可供其他的移动手机使用，故整个系统线路的资源利用率是很高的。

图2 “移动交换机+基站”移动通信系统示意图

3 煤矿安全监控系统主干系统逻辑结构

在设计系统逻辑结构时采用的是基于千兆以太的全光网络(GEPON)主干系统逻辑结构(如图3 所示)。该系统采用以太网TCP/IP 技术作为整个系统的通信标准。其它类型的通信方式，均通过通信协议把信号转换为以太网信息包。这样就可以保证该系统具有良好的兼容性和可扩充性。

3.1 光网结构的组成

如图3 所示的光网结构由光纤网络终端(OLT)、光纤网元适配器(ONU )和无源光纤分配器(POS )三部分组成。在这个网络中有线传输主要采用的是矿用防爆光纤。通过网络终端OLT来连接其他网络(如图电视监控网，移动通信网和瓦斯监控网)。在网域内，用户端使用网元终端ONU来连接千兆交换机。而在网络内部，可以直接使用光纤器件连接在ONU 上，也可以把普通的语音、数据和视频设备通过电/光转换器连接到ONU上。

3.2 光网结构的特点

为保证矿井通信安全可靠有效性，全光传输网络采用双环光纤网络。这样网络的冗余方式就是双总线和环形这两种。使得网络构架更 加灵活可靠。网络使用了无源分支技术，每个网络节点ONU 发生问题不会对整个产生影响，提高了网络的抗干扰能力，使网络系运行更加稳定。另外，为匹配树状结构矿井巷道，在井下GEPON 也采用树状的网络结构。而地面上使用的是OLT 设备，OLT 设 备有四个千兆以太网光纤端口, 它有二层/三层交换和光纤端口冗余功能，提高了光纤环网的可靠性。所有网络终端通过光纤环网来对应连接,最后连到地面网络控制中心的OLT 线路终端, 形成一个环形冗余网络。如此整个网络就同时具有环形网和树状网的优点。

图3 基于GRPON技术的全光网结构示意图

3.3 高性能的专业设备和软件

在硬件配置上，由于煤矿隧道中恶劣外界环境，所以需要高性能抗干扰的专业设备。在放置光网络终端时，一般放置在井下各变电所旁边。并敷设矿用防爆光缆连接到皮带集控系统、人员定位系统等各种集控系统处，以此来确保GEPON系统安全运行。其中，这些集控系统必须适应煤矿隧道中的高湿度、电磁干扰大和传送距离远等恶劣外界环境。并在这种环境下能长期稳定的工作。

在软件配置上，系统可以采用一些高压缩技术把图片、视频等信息压缩成数据量较低的数据流。这样就能在千兆以太网中实时地传输百路以上的清晰视频信号。而且只要用两芯矿用防爆光缆就可以实现。信息传输使用有千兆冗余的光纤以太网，无需直接太多的其他设备。只要添加视频服务器和地面IP 视频交换机即可。

全矿移动通信系统具有以太网接口，可以连接GEPON系统。瓦斯监控系统使用的是FSK调制方式, 经过矿用转换网关连接进入网络。井下变电所、水泵房、风机房、风门等子系统通过以太网接口或者RS- 485等接口, 连接进入GEPON 系统。同时还预留出多余的接口, 为系统未来的升级扩充留出升级空间。

4 结语

本文构建出一个基于GEPON的矿井通信网络结构和通信方式。如果成功实现将极大提升信息化管理水平，将各种通信网络融合起来，优化网络设计和结构，降低建设成本，提高网络运营效率，实现综合信息的统一传输。对加强安全生产、提升矿工安全生产自信心、避免矿工在遇到突发事件时惊慌失措、提高抢险救灾成功率都具有非常重要的意义，会带来良好的社会效益和经济效益。