煤矿井下无线通信系统综合解决方案.docx

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煤矿井下无线通信系统综合解决方案

煤矿井下无线通信系统综合解决方案

2009-03-04

随着国家和政府对煤炭行业安全生产的日益高度重视，企业的安全可靠的通信系统建设也被列为所有工作的重中之重。

中兴通讯作为通信设备提供厂商，依靠自身强大的通信产品研发能力专门为煤炭行业研制开发出了性能质量优越，功能应用全面的井下无线通讯系统和终端设备，提出了一整套安全、经济、先进、有效的综合通信网络解决方案。

一、用户需求

　 近几年煤炭企业频繁发生重特大安全生产事故，给国家和人民带来巨大的生命财产损失，政府和企业因此共同将煤矿安全生产的信息化工作提上空前的高度。

煤矿企业的调度通信和行政通信系统经过多年建设和发展，虽取得了较大的成效，但是缺乏成熟的井下移动通讯解决方案。

矿井工人和工作人员的实时无线语音数据通信要求非常迫切，井下人员所处位置更新、井下生产的动态数据上报、地面通知的实时下达等都显示出井下通信系统业务的特殊性和重要性。

根据这些业务要求，中兴通讯开发出了基于PHS（无线公话系统）技术的、专门用于井下安全生产的通信系统KT25型设备。

该系统设备能够解决矿井语音通信、人员监测、定位、数据传输等的综合应用问题。

二、网络结构

　 网络拓扑结构如下：

ZXPCS系统由核心控制设备CN、操作维护中心OMC、基站控制器CSC、基站CS和无线移动终端PS组成。

CN通过七号信令或者中国1号信令和原PBX相连。

从结构层次上分，中兴防爆PCS系统由无线接入层、核心控制层和业务提供层构成：

1）无线接入层：

　 由基站控制器子系统iCSC/CSC、基站CS和终端PS组成，为PHS用户提供无线接入的通道。

集成基站控制器iCSC提供内部接口与交换单元相连，使用户通过本地网进行话音的呼入呼出控制，提供集线控制功能。

从交换单元输出的信号在集成基站控制器进行数字复用和协议处理后，通过光纤、微波或铜缆传输链路传送至基站控制器CSC。

iCSC的交换网板是8K×8K的，允许接入基站控制器数为50，最大可到64，系统最大话务量为1350Erl，忙时呼叫次数BHCA达到135K。

　 基站控制器CSC的功能是对基站CS进行控制，执行信令转换、分配话音和信令时隙，提供话音路径的集线处理，实现本地各基站之间的漫游切换，同时对多个基站进行动态频率分配和信道分配，并配合系统完成移动用户的鉴权结果比较。

CSC向iCSC提供2M接口，向基站CS提供ISDN接口完成话音路径的集线处理，实现本地CS之间的漫游切换，CSC从PCM中提取同步时钟，同步所有的CS。

　 基站CS是无线收发单元，是用户与CSC之间的通信传输中继站，CS与手机之间的无线链路采用基于RCRSTD-28Ver.3标准的PHS技术。

基站由基站控制器接口、自适应阵列控制部分、自适应阵列DSP处理调制解调部分、发射机阵列、接收机阵列、天线开关和天线阵列组成。

目前中兴通讯ZXPCS系统提供20mW、200mW、500mW室内、室外、增强型、智能型基站，可满足不同特性化组网需求。

　 移动终端PS包含基于PCMCIA接口的数据适配器和移动手机。

手机具有通话时间和待机时间长、重量轻等特点，在网络支持前提下，可支持语音信箱、短消息业务、手机上网业务和手机之间的直接对讲功能，数据适配器配合笔记本电脑等数据终端设备可实现基于无线市话系统PHS的数据接入服务。

　 需要说明的是，煤矿井下是高危场所，设备的使用需要进行防爆处理。

ZXPCS产品井下部分系统已经完全通过国家防爆安全认证MA（煤安）认证，可以放心在井下使用。

目前防爆PCS系统井下基站控制器KTW17和基站KTW15采用隔爆外壳的防爆形式。

在这种防爆形式中，将能够引起爆炸的电气设备元件封闭在一个外壳内，该外壳能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力而不受损坏，或阻止内部火焰通过壳内任何接合面及各结构开口向外部爆炸性环境传播。

中兴防爆PCS系统终端KTW16产品采用本质安全型防爆方式，在这种防护形式中，所有电路的设计均作到：

符合设计规范而电气地和机械地、或在规定的故障条件下所产生的任何火花或热效应均不能引起规定的爆炸混合物引燃。

此外整个井下防爆系统还包含KDW56矿用基站控制器电源箱和KLT13矿用无线基站线路延伸器等。

2）核心控制层：

　 主要设备为互连互通网关IGW，为网络提供统一的业务控制平台，完成话路接续和呼叫控制，实现PS手机在网络内部无线切换控制、系统与外部网络的MAP信令协议处理、网络的互连互通、以及与业务提供层之间的协议处理和连接。

IGW采用模块化结构设计，具有良好的可扩展性，其呼叫处理能力为2700K，提供2400路E1电路中继、640条信令链路。

同时大量应用新技术，具有64K×64K中心交换网和16K×16K外围交换网模块，可提供SDH接口，节省综合投资。

核心控制层另外主要的设备是归属位置寄存器HLR/AUC，作为中央数据处理中心，主要完成用户数据的处理，提供到交换中心、业务处理中心接口和协议处理功能，为系统提供用户的相关信息，包括用户基本业务签约信息、补充业务签约信息和用户的位置信息等内容，并且提供了用户安全管理功能。

HLR系统可以下联多个IGW，以共用同一HLR数据库。

HLR的系统容量是120万用户，对于扩容也非常简便易行，七号链路处理能力为单模块48条、多模块192条，系统消息丢失概率P≤10-7，信息检索时延≤1000ms（95%概率），登记时延≤2000ms（95%概率）。

3）业务提供层：

　 业务提供层是网络中最复杂的组网部分，包括短消息中心、智能网系统、定位系统、HLR后台系统、无线侧和网络侧后台网管中心（OMC-R和OMC-S）和现有应用服务器（外部SME）等。

该层是多业务实体的集合，是用户业务的服务源。

短消息中心SMC通过No.7号信令方式与IGW互联，通过SMPP代理与所有内部外部短消息实体SME互联，SMC也包含其操作维护中心。

智能网协议是基于CAMELII的，系统平台包括SIU、SCP、SCEP、SMP（带SMAP）和VC等网元，具有良好的拓展性，提供目标网方式和叠加式方式，提供对全网进行智能网建设的解决方案。

定位系统平台和短信中心以点对点协议SMPP通信，通过No.7方式与iCSC或者CSC相连。

HLR后台系统由HLR数据库服务器、MAP处理机及其后台维护服务器组成，逻辑上的构成情况如图所示，物理上常常把HLR前台部分与IGW合在同一机架。

网管中心OMC-S主要负责管理IGW的操作维护和话单转换传送分拣任务，OMC-R负责iCSC和CSC的操作维护。

SME一般在煤炭行业中主要包括语音信箱VM、工单管理Server、定位业务平台等。

HLR、SMC、SCP、OMC-S、OMC-R对应五个以太网子网，分别由五台ZXR10路由器划分隔离，并上联到ZXR10交换机，与IGW、iCSC和CSC进行TCP/IP连接。

计费中心BillingCenter通过防火墙与ZXR10交换机互联，对SMC、OMC-S中的短信、语音话单进行提取处理，对SCP中的用户智能业务话单进行提取处理。

三、行业应用

　 中兴通讯防爆PCS系统是建立在中兴通讯电信级ZXPCS系统上的专网通讯产品。

目前中国电信和中国网通在全国300余个地市都已建设了PHS通信网络，整体网络容量突破9000万线，用户数量达到7000万线。

中兴通讯、UT斯达康、青岛朗讯是主要的三家设备提供商。

而且在短短几年时间，ZXPCS系统就获得了国内大量的市场份额，网络覆盖全国24个省133个地市，容量达到4500万线，并相继在广州、上海、南京、天津等大城市开通建设，为各地的电信公司提供了优良的网络性能，创造了良好的经济和社会效益。

由此可见ZXPCS系统已经发展的相当成熟稳定了，决心进一步满足专网市场的需求。

设备系统小型化之后，ZXPCS系统可以为企事业单位、会展中心、金融中心、石化、冶金和医疗等集团用户提供无线用户小交换机功能。

系统可提供所覆盖工作区域内的移动服务，工作人员不必担心离开办公桌而无法接听电话。

无线用户小交换机安装方便，免除了布线工程的投资，工作地点改变无需更改分机号码，因而也无需重新布线。

　 ZXPCS系统可提供丰富的业务，包括：

1、支持定位业务：

位置服务（LBS--LocationBasedService）又称定位服务，是通过无线网络获取移动终端用户的位置信息（经纬度坐标），在电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务。

在煤矿井下的应用，可以实现的功能包含：

（1）通过基于GIS技术的地理信息实时显示、查询井下情况：

确定任一时间井下或某个地点的人数，井下人员定位以及人员的名单，方便调度中心可快速正确的电话联系该人员，这实质上也实现了利用定位业务实现考勤管理的功能；确定每个人在井下任一时间的活动轨迹；查询有关人员在任一地点的到/离时间和总工作时间等等一系列信息，可以督促和落实重要巡查人员（如瓦斯检测人员、温度检测人员、排风人员等）是否按时、到点的进行各项数据的测试和处理，从根本上尽量杜绝因人为因素而造成的相关事故；可实现多点共享，供多个领导同时在不同地点查看；

（2）一旦发生各类事故，能立即查出有多少人遇险，遇险人员的所处位置和名单。

2、支持短消息业务：

包括盲区呼业务、工单管理业务和井下设备状态监控和自动控制业务：

（1）当用户关机或不在服务区时，未接来电号码存储在短消息中心。

用户重新位置更新时，未接来电号码以短消息或语音的方式通知用户；

（2）中兴防爆PCS短信平台提供标准SMPP协议接口，可以和后台的工单管理服务器通过SMPP协议连接，实现利用短信方式如群发功能实现工单发送、接收和确认；

（3）利用短信实现部分井下设备的状态数据监控和设备自动控制。

井下需要监控和自动控制的设备增加PHS无线接口，通过短信方式和短信中心连接，短信中心通过SMPP接口和后台的数据采集服务器以及控制台连接，从而实现数据的定时采集以及人工远程控制。

3、支持和固定电话捆绑：

实现一号双机，即广域双振铃业务。

4、支持数据业务：

目前支持基于PIAFS协议的数据业务，可支持32kbps、64kbps的数据接入服务。

5、主叫号码显示

6、可视电话业务

7、特殊补充业务：

遇忙呼叫转移、无应答呼叫转移、无条件呼叫转移、呼出限制、呼叫等待、呼叫保持等。

8、恶意呼叫

9、无线CENTRX（虚拟用户交换机业务）

10、区域漫游限制：

可以对地区级和PA级进行限制漫游。

11、紧急呼叫业务

12、智能业务（预付费、一号通、亲情号码、分时分区等）

13、有线无线一体化解决方案。

　 目前系统应用的行业案例已有天津大港油田企业网、长春一汽企业网、湖北十堰生产基地企业网等。

四、方案优势

1、公司整体实力支撑：

　 中兴通讯作为中国通信设备制造业的开拓者、中国综合性的电信设备及服务提供商和中国最大通信设备上市公司，拥有无线产品、网络产品、终端产品三大产品系列，向全球用户提供多种通信网综合解决方案。

另外，中兴通讯在北京、上海、南京、深圳、西安、韩国、欧洲、美国设立的研发机构，投入了大量高素质的人才从事新产品的研发和新技术的研究，以强大的研发能力定制最符合客户要求的产品，并能迅速实现产品的商用化。

2、PCS产品广泛商用，成熟可靠：

　 截至2006年2月，中兴通讯的无线设备在全球的应用已经超过了1.5亿线，PHS应用超过4500万线，广泛应用于中国电信、网通等大运营商网络，这足以说明其商用的稳定性。

3、综合方案提供能力：

　 对于煤炭行业通信需求，中兴通讯不仅可以提供成熟、稳定的系统侧设备，还可以提供丰富、灵活的各种终端手机产品，供用户自由选择；同时，中兴通讯丰富、成熟的业务产品，也为煤炭企业的特殊业务定制了更多的可选择性，更贴近用户的需求。

　 可以说，中兴通讯是业界唯一一家完全以自主开发的