无线Mesh 技术在平朔东露天矿卡车调度系统中的应用

张迎平，宁 浩，何 帅，赵 力

机电与自动化

无线Mesh 技术在平朔东露天矿卡车调度系统中的应用

张迎平1，宁 浩2，何 帅2，赵 力2

（1.中煤平朔集团有限公司 东露天矿，山西 朔州 036008；2.煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺 113122）

结合东露天矿卡车调度系统建设，提出无线网络设置的原则并介绍网络布设情况及现场测试结果，能够实现基站设备的自组网、车辆间及车辆与调度中心间能够实现快速切换，实现无线Mesh技术在东露天矿的成功。

Mesh；卡车调度；露天矿

0 引 言

露天矿卡车调度系统[1]用于间断工艺模式的露天矿进行实时动态优化调度。由无线通讯系统、车载信息采集系统和调度中心系统3部分组成，其主要功能就是通过对所有矿山设备的速度、物料、工作状态、非工作状态等信息的采集，实现对设备运行的实时跟踪与显示，优化调度设备运行[2]，及时准确地查询统计当前生产情况，以此达到降本增效的目的。是提高露天矿生产能力、节省投资、降低成本、提高矿山管理效率的有效手段[3]。

平朔东露天矿采用单斗电铲装载、卡车运输和可移动胶带机半连续工艺，设计能力20.0 Mt/a。东露天矿现有运输设备62台、采装设备13台、辅助设备51台、穿孔设备12台。卡调系统的建设需要在各个移动机械设备上安装定位终端，在矿采剥平台上安装无线传输基站，终端采集到的信号通过基站传输到矿调度中心，实现设备的定位、智能调度、车辆状态监测、产量统计、运距计算、燃料管理、维护保养管理、人员绩效管理、自动绘制矿山地图、以及生成各类统计报表等，做到露天矿作业机械设备全程跟踪监测记录。

1 无线通讯系统设计原则[4]

1）采用自建无线自组通讯网络，无限通讯网符合IEEE 802.11标准，通讯网络带宽高于200 MHz。

2）满足未来采场的新增、扩建、移除要求和大数据量传输要求。

3）可实现多采区统一或分区管理，满足总数1 000台左右车载终端的通信管理需求。

4）满容量运行状态下，单机台通讯速率不低于10 Mbps，机台与中心通讯时延不大于5 ms。

5）无线系统支持802.11 g（2.4 GHz）和802.11a（5.8 GHz）等多种射频技术和无线频段。

6）无线系统支持上述的开放频点，同时应具备抗干扰能力。

7）硬件具备防尘、防水、防震、防雷功能。

2 无线通讯系统着重解决的问题

无线Mesh网络设备内置了业界最高的6模块设计，提供了业界最高性能的Mesh系统，可以有效地解决大规模覆盖的高性能要求。

同时，高模块密度的Mesh基站将有能力支持多幅高增益的扇区天线，将根进一步的扩大每个扇区的覆盖范围，以及扇区内移动车载的接收信号强度；从而提供稳定可靠的高带宽，满足多路视频、语音和数据等业务的并发处理。

1）移动车载切换过程中的数据流中断/动态实时的网络选择和切换问题[5]。当数据包在网络中传输的时候，组成有线网络基础构架的交换机需要时间来学习每个MAC地址的位置，然后决定数据的交换（Switching）路径。在一个快速移动的平台下，PC终端发送和接收数据的过程中移动车辆需要在多个WIFI节点之间不断的高速切换。当PC终端的WIFI网络连接已经跳转的时候，去往PC终端的数据流仍将指向错误的目标地址，这种情况会一直持续直到交换机学习到该PC终端新的位置（或连接），这将导致最终用户的数据流持续中断。

Access/One网络可以有效的解决这一问题。Access/One系统中的每个无线回程模块都会自动广播自己的交换表（switching table），该交换表包括所有与之相连的回程模块和PC，这样交换网络中的数据交换路径可以自动的、动态的调整整个交换网络。事实上，这种更新交换表的方式允许最大程度的无中断数据服务[6]。

为了保证车辆在无线Mesh节点之间的快速的切换，系统需要进行持续的扫描；MWS系统通过动态的实时的无线背景扫描（Background Scanning）来解决这个问题，设备通过背景扫描获取无线环境中的上联链路信息，其中包括信号强度、信噪比、链路性能、所经Mesh节点的负载等指标，MWS通过将以上指标做加权平均得到每个链路的综合指标，并以此来选择主链路和备选链路；当系统检测到主链路小于备选链路指标一定数值后，MWS车载设备即进行切换操作，数据链路从主链路切换到备选链路上。

2）设备和接口震动问题。基站设备和车载设备需具备良好的抗击打和抗震性，设备需符合ESTI 300-192-4规格以及Mil-STD-810标准。

3 无线Mesh建设方案

整个无线网络结构划分为两层，包括5.8 GHz骨干接入网和2.4 GHz无线网，其中5.8 GHz骨干接入网负责中心站与基站之间的通信，2.4 GHz无线网覆盖整个区域，移动终端通过2.4 GHz无线网接入整个系统[7]。

整个通讯系统由基站的5.8 GHz单元组成的骨干无线网和基站的2.4 GHz单元组成的无线覆盖网组成[8]。其中每个基站的5.8 GHz单元负责与其他2～4个基站的5.8 GHz单元进行通信，作为根节点的基站5.8 GHz单元通过网线接入交换机，并最终接入调度中心局域网；作为中继节点和边缘节点的基站通过无线方式接入根节点基站。基站的2.4 GHz单元，负责与覆盖区域内的所有车载终端通信，从而实现车载移动终端通过基站，与调度中心之间的数据通信。

实际建设中，考虑到现场的实际情况，利用现有的2个800 MHz塔，调度室的办公楼上面安装4根报杆，其余基站塔为4个25 MHz塔。

3.1 基站建立准备

1）现场勘查。到现场实地勘查，设计基站位置。基站位置确定原则：覆盖区域广，能同其它基站互联，确保通讯无死角；可解决市电供电问题；具备安装施工环境，便于后期维护。

2）坐标采集。现场初步选定基站位置后，由地测专业技术人员利用GPS设备采集该点坐标信息，采集完成后，将该信息在矿区地形图上标注出来。

3）选点。结合采矿计划、矿山推进速度，确定最终基站位置。

3.2 固定基站实施规划

固定基站安装，共计8个固定基站。基站塔实现全矿坑网络覆盖，露天矿移动无线宽带系统的基站分布如图1所示。

无线Mesh基站组网示意图如图2所示，8台固定基站之间组成动态自感应的网状网架构，提供自修复、自冗余功能；每个节点之间都有多条回传链路可选，根据Mesh算法自动选择最优路径进行回传，当有其中一个节点出故障可以最快的自动切换到邻近节点，提供最高的可靠性和稳定性。

图1 基站布置

图2 基站信号覆盖图

矿区在北帮和东加油站处有2个800 MHz通信塔，把5、6、8号节点安装在通信塔上，其中北邦通信塔有光缆可以做落地点，这种方式能更好加快施工进度和更好的信号覆盖，Mesh基站属于高频率不会对通信塔造成影响。

图2可以看出，可以实现全矿坑的2.4 GHz无限覆盖。其中固定基站节点可以选用全向天线和定向天线结合，定向扇区天线90°或120°可对较远区域进行覆盖，覆盖区域重叠、冗余度高，提升了露天矿矿区总体的场强水平。

固定基站的供电是通过24 V直流电压供电。24 V直流电压通过以下方式供给：UPS电源输出稳定220 V交流电给电源转换模块CLG-150-24A，电源转换模块输出稳定的24 V直流电到基站端口，然后通过直流防雷进入基站电源端口进行供电。

4 无线Mesh基站调试

调试内容包括天线位置固定及方向选择，重点在于天线朝向和角度是否为设计要求的覆盖方向，在覆盖方向内是否存在死角，覆盖方向内的数据通信链路是否畅通。

4.1 主链路信号及带宽测试（5.8 GHz）

从表1可以看出，1号落地点与2号点位连接的场强接收和发射都为-61 dBm，2号和3号点位之间的场强接收为-6 dBm，发射为-63 dBm，3号和4号点位之间的场强接收为-68 dBm，发射为-69 dBm，5号落地点和6号点位之间的场强接收为-66 dBm，发射为-72 dBm，6号和7号点位之间的场强接收为-62 dBm，发射为-60d Bm，5号落地点和8号点位之间的场强接收为-48 dBm，发射为-47 dBm。

表1 链路信号及带宽统计

经过测试，Mesh网络在丢失备份落地点时能够迅速的计算链路并重路由切换到最优的备用链路上，切换丢包为3个，Mesh网络在丢失主干中继点时，其下联链路也能够迅速的计算链路并重路由切换到最优的备用链路上，切换丢包为1个，保证了Mesh网络在节点出现故障点时也能够正常稳定运行不掉线。

4.2 矿坑下覆盖场强测试（2.4 GHz）

2.4GHz覆盖测试主要针对各主站对矿坑下主干道路、卡车行走区域、电铲采面及排土场区域进行全面覆盖，保障网络实际运行中卡调系统的稳定运行。

通过实际使用的车载CPE进行矿坑覆盖区域场强的接收测试，设备安装在工程车上，天线固定高度为2 m，通过笔记本后台实时记录各区域信号强度及ping包延迟。重点测试区域信号强度见表2。

Mesh基站2.4 GHz可以对整个矿坑做覆盖，覆盖测试无盲区，漫游切换无中断情况，但车载CPE在漫游切换时会出现丢包，部分断层靠边缘地区信号在-75～-80 dBm左右，后期在电铲安装移动基站后覆盖效果会有很大改善，并且这次测试车辆天线的安装高度为2 m，但在实际应用中卡车上的天线安装高度应该在4～5 m左右，这对于天线的接收效果会增加3～5 dBm左右，所以在后期卡调系统运行后能保证其正常稳定运行。

表2 重点测试区域信号强度

5 结 论

通过在露天矿假设8个固定基站组成矿山无线Mesh基础网络，通过固定基站、移动基站相结合的方式实现矿区信号覆盖无盲区，车辆在基站之间的切换迅速且稳定，能够有效的满足现场卡车调度系统建设的需要，也为后续的其他系统接入提供好的平台。

［1］何帅，杨志勇等.基于GPS技术的露天矿卡车调度系统［J］.煤矿安全，20l2（6）：74-75．

［2］煤科集团沈阳研究院有限公司.露天矿卡车调度系统研究报告［R］.抚顺：煤科集团沈阳研究院有限公司，2011．

［3］何帅.国外某露天矿GPS生产调度系统建设［J］.露天采矿技术，2016（5）：34-36．

［4］张国祥，崔凤，胡国华.Mesh网络技术在露天矿山调度系统的应用［J］.包钢科技，2014，40（6）：64-66．

［5］高淑娟，王凯，宁浩.Mesh技术在露天矿生产调度系统中的应用.露天采矿技术，2013（4）：66-69．

［6］杭成宝.无线Mesh网在露天矿的应用.露天采矿技术，2014（11）：66-68．

［7］何林，李克民.无线Mesh网络技术在露天矿通信系统中的应用前景.金属矿山，2012，41（4）：118-120．

［8］霍燕斌，杭成宝.无线Mesh技术在神华胜利露天矿GPS智能调度系统的应用.露天采矿技术，2013（11）：52-55.

【责任编辑：陈 毓】

Application on w ireless M esh technology of truck dispatching system in Pingshuo East Open-pit M ine

ZHANG Yingping1,NING Hao2,HE Shuai2,ZHAO Li2
(1.East Open-pit Mine,China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036008,China; 2.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute,Fushun 113122,China)

Combining with the construction of truck dispatching system in East Open-pit Mine,the article presents the wireless network setting principle and introduces the network layout and the field test results,which can realize the fast switching among base station equipment of the ad hoc network,inter vehicle and vehicle and control center,and realize the successful application of wireless Mesh technology in East Open-pit Mine.

Mesh;truck scheduling;open-pitmine

TD679

B

1671－9816（2017）09－0070－04

2017-06-20

张迎平（1973—），男，山西岚县人，本科，毕业于太原理工大学，现任中煤平朔集团东露天机电副矿长。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.09.018

张迎平，宁浩，何帅，等.无线Mesh技术在平朔东露天矿卡车调度系统中的应用［J］.露天采矿技术，2017，32（9）：70-72.