矿用本安WiFi6无线系统应用方案

作者：小贝 日期：2022-05-19

概述 　　随着矿山万兆网络、物联网、大数据、5G、WI-FI6无线通信技术的发展，煤矿井下的信息化技术从无到有、从简单到复杂逐步被发展起来，新的无线技术也改变了传统矿井智能化的基础设施。矿井无线系统从早期的漏缆系统到小灵通，从3G移动网到4G移动网络，从WIFI4到WIFI5，再到现在的WI-FI6，伴随着矿井无线技术的应用和发展，尤其是在2021年国家能源集团煤矿智能化建设指南发布以来，矿井的智能化和5G应用结合被提出，无线技术也成为矿山智能化基础设施，也使得无线通信技术第一次和地面运营商能同步起来，5G和WI-FI无线技术也被矿山智能化建设作为评审的基础要求，但5G基站的高功耗、应用场景单一很难满足井下的本安认证和实际要求，而且大多5G基站采用的是运营商产品加隔爆方式来配合使用，这样导致成本大幅上升、且体积大施工不便，同时也造成发热高和高功耗的不安全隐患，尽管矿山安全部门提出了各种认证检验要求，但专业化的本安5G和本安WI-FI6都缺少厂商研究，另外5G的应用终端也比较缺失，因此5G+WI-FIi6被多个矿山领域专家提出，将5G的低时延和高带宽与WI-FI6兼容性好及低成本、远距离相结合，更加适合大部分矿井，尤其是年产300万吨以下的矿井，对于5G做全矿井覆盖几乎不太可能，WI-FI6天然的低成本和大带宽几乎是5G的通信天然互补，无论是从技术角度来看，还是经济效益来看，目前井下各种应用都离不开WI-FI技术的支撑，矿井应用从最基本的WI-FI语音通讯，数据采集和数据传输，无线视频的传输，目前北京盛悦通信在智能机器人的巡检、单轨吊、有轨电机车上的无线快速传输甚至部分控制、无人驾驶方面也都有应用，这些都离不开公司在WI-FI技术和5G的结合应用的积累，目前矿山WI-FI6和5G结合的应用正逐渐成新的引领方向。 　　近年来，国家对矿山安全重视程度也对产品的安全考察也越来越高，矿山井下的产品必须满足防爆认证，而煤矿要求除了防爆认证还需要满足安标认证，并且要求认证产品和出货产品一致性，国内一些中小矿山服务商在安标企上很难拿到大厂的认证图纸和材料，因而会出现一些不合规的现象，尤其是在新产品和新技术方面，供应商都优先支持一些体量较大集团客户，导致小企业在选择安标产品时候不能保证持续供应，且国家安标管控越来越严格，安标评审和周期较长，很多选择非工业产品做认证后，产品刚认证下来，就面临了产品停产的情况，如果重新认证又需要花费大量的人力和物力，甚至一些企业以次重好，那么如何选择符合矿用本安W-IFI6认证的产品，矿用WIFI6认证厂商必须面临的问题，并保证五年内持续稳定供货都是必须考虑的，下面给出如何选择一款靠谱的WIFI6产品供大家参考： 　　什么是Wi-Fi6？ 　　“Wi-Fi6”，我们从字面上的意思来看，就可以知道是第六代无线网络技术IEEE 802.11 ax，是WiFi联盟创建于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。IEEE802.11工作组从2014年开始研发新的无线接入标准802.11ax，并于2019年中正式发布，是IEEE 802.11无线局域网标准的最新版本，提供了对之前的网络标准的兼容，也包括现在主流使用的802.11n/ac。电气电子工程师学会为其定义的名称为IEEE 802.11ax，负责商业认证的Wi-Fi联盟为方便宣传而称作WiFi 6。 　　从Wi-Fi1到Wi-Fi6的命名规范： 　　WiFi1：802.11b 　　WiFi2：802.11a 　　WiFi3：802.11g 　　WiFi4：802.11n 　　WiFi5：802.11ac 　　WiFi6：802.11ax 　　这样大家理解就简单多了，对应运营商的就是1G、2G、3G、4G、5G，WI-FI往往会比运营商高一个等级。 　　Wi-Fi5和WI-FI6（矿用本安专用型号VAP225AX、VAP256AX）区别： 　　频段区别：在这方面，Wi-Fi5仅仅只涉及了5GHz，2.4G部分还是沿用第三代300M的技术，而Wi-Fi6则覆盖了2.4/5GHz，所以与Wi-Fi5相比，Wi-Fi6完整涵盖低速和高速设备； 　　调制模式区别：在这方面，Wi-Fi5支持256-QAM，而Wi-Fi6则支持1024-QAM，因为Wi-Fi6的数据容量更高，这就代表WiFi6拥有更高的数据传输速度； 　　容量区别：Wi-Fi6的多用户MU-MIMO技术允许电脑讯网时间多终端共享信道，使多台手机/电脑一起同时上网，从此前低效的排队顺序通过方式变成为“齐头并进”的高效方式。 　　安全区别：Wi-Fi 6 通过 Wi-Fi联盟认证，必须采用 WPA 3 安全协议，安全性更高。 　　省电区别：Wi-Fi 6 引入了 TARget Wake Time（TWT）技术，允许设备与无线AP之间主动规划通信时间，减少无线网络天线使用及信号搜索时间，这也就意味着能够一定程度上减少电量消耗，提升设备续航时间。 　　相比WI-Fi5来讲，WI-FI5做本安相对比较容易，一般12V 1A以上电源都可以满足本安应用，但对于WI-FI6功耗高，最大可以到12V 1.6A左右，对于安标和单路电源匹配比较难，很多厂商都面临这个问题，把功率降低，而业内很多安标厂家采用WI-FI5民用产品用于工业领域，大大造成安全隐患和质量问题，另外现在 煤矿智能化要求越来越高，WI-FI6+5G成了标配，5G可以做隔爆，而WI-FI6如果也做隔爆，势必影响整个效率，部署也受限制，研发一款满足行业内的工业WI-FI6（VAP225AX、VAP256AX）+无线安全控制器（CAM9700）+配套防静电的阻燃定向天线）是最佳效果，目前无线安全控制器支持64个基站管理授权、128个基站管理、256个基站管理，最大可以支持1024个基站可以选择，可以满足国内任何矿山的应用需求，现在井下终端种类很多，没有控制器几乎让工程师崩溃，有了效率，远程提供个热点就可以在办公室协助用户处理问题。 　　盛悦通信如何实现真正意义的本安WI-FI6（VAP225AX）应用 　　相比一些企业还在使用民用WI-FI6作为隔爆结合5G的无奈方案，作为矿山行业耕耘多年无线技术专家，盛悦通信为矿山通信行业提供更优质，更前沿的矿用本安WI-FI6解决方案，解决本安WI-FI6功耗问题，供电问题，信息采集和传输问题就非常有必要。 　　第一：如果用1路供电解决本安WI-Fi6（VAP225AX）功耗问题，靠牺牲设备性能和传输距离为代价，这样的结果就把WI-FI6的优势都去掉了，就变成WIFi5甚至更低的性能来提高了覆盖成本。 　　第二：WI-FI6天然功耗高于WI-FI5，因此采用双路供电来满足本安设计要求，做电源相关隔离，类似4G基站的设计方案，但由于煤矿无线市场相对比较小，专业性也比较强，很少厂家愿意为了这类产品去设计，投入大量研发成本，除了懂通信还的懂煤矿应用，并且还能销售出去，所以也造成煤矿行业一直缺少专业的厂商来设计，盛悦通信根据用户需求具备相关产品。 　　第三：从煤矿应用角度来讲，距离远，功耗小，电路要求高等特点，配置合适的阻燃天线和馈线，专业技术的调整才能让终端和使用效果最好，单天线WI-FI6传输距离不少于300米半径。 　　第四：满足好的漫游方案，需要配合控制器来一起使用，煤矿行业是一个人员密集但环境复杂和工作效率比较低的场景，需要控制器统一配置，数百台设备统一管理，减少维护的应用场景，解决好漫游必须配置好快速漫游协议和无线控制器是势不可挡的，现在大多非专业的矿山控制器提供商用的开源系统，很多功能无法做到比如GIS地图、安全网关、位置WI-FI定位、数据收集和整体性能呈现等功能， 　　第五：配置音视频调度平台SUNGYET DT20 能更有效实现语音、视频，应急通信联动，视频会议等功能 　　第六：WIFi6+5G，WIFI6+UWB，WIFI6+音视频定位信息化矿灯、WIFI6+车载CPE视频传输是矿用WIFI6的必选方案，而能满足这样的能力，需要厂家大力投入和支持才能实现。 　　第七：井下WI-FI6至少要达到WI-FI6的实际吞吐率，理论带宽要达到1.75G以上，实际带宽达到500M以上，接近5G基站的应用。 盛悦通信WIFI6综合通信系统应用示意图 盛悦通信应用系统方案示意图 盛悦通信救护队应急系统方案示意图   　　盛悦通信WiFi6在矿山单轨吊中应用 　　基于WIFI6（VAP225AX）无线通信系统，实现井下单轨吊机车的精准定位、安全探测、信号灯闭锁、道岔联锁、风门联锁、语音广播、视频监测、数据监测、防掉道预警并自动停车等核心功能，最终实现井下单轨吊机车的无人驾驶。 单轨吊车无线传输远程遥控系统示意图 　　矿用机车无线通信系统的工作原理是将通讯服务器、矿用无线通信基站、矿用手机、车载式移动电话通过矿井宽带以太网平台连接在一起，所有数据通过 WIFI 无线信号、光纤、网线进行传输。服务器为工作区域内的每一台机车上所安装的车载电话分配IP 地址，并为其在管理软件中注册。车载电话注册后可与矿井无线通信手机、调度电话座机、行政电话座机进行通话，并可通过与该辆机车上的车载电话通信的基站确定该辆机车井下所在的实时位置。 　　呼叫时基站收到车载电话发出的无线信号，并将其调制打包后通过矿用网络交换机送到地面管理主机，经管理软件处理后又经矿用网络交换机送到覆盖被呼叫手机所在区域的基站，被呼叫的目标接收信号后经过振铃提示并调制成语音给与持机者，完成一次通话。 盛悦通信无线通信系统示意图