5G移動(dòng)通信在煤礦場(chǎng)景中的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建研究

雷金龍

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦，山西呂梁 033000）

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，5G技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域中的運(yùn)用不斷拓展，本文主要分析其在煤礦行業(yè)中的具體運(yùn)用。5G 移動(dòng)通信被運(yùn)用于煤礦生產(chǎn)中能有效提高生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)推動(dòng)了煤礦工作環(huán)境和流程的改革和優(yōu)化，以此來(lái)提高煤礦生產(chǎn)的智能化和自動(dòng)化程度。

1 5G移動(dòng)通信技術(shù)

5G是最新的移動(dòng)通信系統(tǒng)，其具有超高頻譜利用率和能效，相較于其他移動(dòng)通信，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在帶寬、速率和資源管理等方面，運(yùn)用5G移動(dòng)通信技術(shù)能有效提高無(wú)線(xiàn)覆蓋性能，同時(shí)能有效降低傳輸時(shí)延，以此來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上完成煤礦網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建工作，提高煤礦網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性和利用率。

1.1 傳輸技術(shù)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）主要提供業(yè)務(wù)編排技術(shù)，以此來(lái)提高5G 網(wǎng)絡(luò)的靈活性，其在運(yùn)用的過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)控，而且能與NFV相互補(bǔ)充，以此來(lái)解決資源分配和業(yè)務(wù)自動(dòng)化部署中存在的主要問(wèn)題。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)主要功能在于將信令控制和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)相分離，以此來(lái)提高5G 網(wǎng)絡(luò)的智能化和自動(dòng)化程度，同時(shí)能有效完成自我決策和管理的工作。

而NFV的主要功能在于虛擬化網(wǎng)絡(luò)，其在運(yùn)用的過(guò)程中能有效避免因硬件過(guò)大造成的問(wèn)題，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能的虛擬化，在這個(gè)過(guò)程中能減輕硬件運(yùn)行過(guò)程中存在的負(fù)荷，同時(shí)能有效提高故障處理的效率和質(zhì)量。

1.2 無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)

無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)（也稱(chēng)空中接口）是無(wú)線(xiàn)通信的關(guān)鍵問(wèn)題。SDN 的本質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)軟件化，提升網(wǎng)絡(luò)可編程能力，是一次網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重構(gòu)，而不是一種新特性、新功能。SDN將比原來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更好、更快、更簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)各種功能特性。SDN 的三個(gè)主要特征為轉(zhuǎn)控分離、集中控制和開(kāi)放接口。其主要分類(lèi)有控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離、管理與控制分離。

它是指通過(guò)無(wú)線(xiàn)介質(zhì)將用戶(hù)終端與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與網(wǎng)絡(luò)間的信息傳遞。無(wú)線(xiàn)信道傳輸?shù)男盘?hào)應(yīng)遵循一定的協(xié)議，這些協(xié)議即構(gòu)成無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的主要內(nèi)容。無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)與有線(xiàn)接入技術(shù)的一個(gè)重要區(qū)別在于可以向用戶(hù)提供移動(dòng)接入業(yè)務(wù)。無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)是指部分或全部采用無(wú)線(xiàn)電波這一傳輸媒質(zhì)連接用戶(hù)與交換中心的一種接入技術(shù)。在通信網(wǎng)中，無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)的定位是本地通信網(wǎng)的一部分，是本地有線(xiàn)通信網(wǎng)的延伸、補(bǔ)充和臨時(shí)應(yīng)急系統(tǒng)。

2 5G移動(dòng)通信技術(shù)運(yùn)用現(xiàn)狀

5G 移動(dòng)通信在煤炭領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的功能和作用，是建設(shè)智能化煤礦的需求，同時(shí)也是煤礦轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要保證，在運(yùn)用5G移動(dòng)通信技術(shù)的過(guò)程中要注重積極融合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等，以此來(lái)提高煤礦生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化程度，以此來(lái)提高生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。在這個(gè)過(guò)程中5G 移動(dòng)通信技術(shù)主要表現(xiàn)出高速率、低時(shí)延、廣連接的優(yōu)勢(shì)，而且應(yīng)用范圍不斷拓展，在煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域中的運(yùn)用也十分廣泛，在這個(gè)過(guò)程中需要明確5G移動(dòng)通信技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的主要運(yùn)用，其中主要包含煤礦安全生產(chǎn)智能感知系統(tǒng)、井下精準(zhǔn)定位等等。

3 煤礦智能化應(yīng)用5G移動(dòng)通信的必要性

3.1 智能化開(kāi)采感知需求

煤礦智能化應(yīng)用5G 移動(dòng)通信主要基于智能化開(kāi)采感知需求。智能化開(kāi)展離不開(kāi)傳感數(shù)據(jù)，其中傳感數(shù)據(jù)的主要特點(diǎn)如下：數(shù)據(jù)的多樣性、數(shù)據(jù)生成高速性、數(shù)據(jù)體量高增速。智能化開(kāi)采中需要的數(shù)據(jù)主要包含視頻、語(yǔ)音和速度等等。5G移動(dòng)通信是建立在整合運(yùn)用大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在此基礎(chǔ)上能有效提高物聯(lián)網(wǎng)生成數(shù)據(jù)的效率和質(zhì)量。

3.2 智能化開(kāi)采傳輸需求

在開(kāi)展煤礦網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的過(guò)程中需要制定控制通信環(huán)網(wǎng)、視頻環(huán)網(wǎng)和安全環(huán)網(wǎng)相獨(dú)立的方案，以此來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量，這種設(shè)計(jì)方案在一定程度上能有效解決數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中存在的問(wèn)題，但是其在運(yùn)用的過(guò)程中往往需要較大的投資，而且需要實(shí)現(xiàn)地層與上層物聯(lián)之間的融合。而運(yùn)用5G 移動(dòng)通信能有效改進(jìn)和優(yōu)化這一問(wèn)題，主要原因在于運(yùn)用5G移動(dòng)通信在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中能充分結(jié)合具體需求制定相應(yīng)方案，在這個(gè)過(guò)程中能積極運(yùn)用切片管理技術(shù)，以此來(lái)更好滿(mǎn)足數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的不同需求。

3.3 智能化開(kāi)采決策控制需求

在進(jìn)行智能化開(kāi)采決策工作的過(guò)程中會(huì)運(yùn)用到許多設(shè)備，其中主要包含智能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)等等，這些系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中要保證其運(yùn)用的效率和質(zhì)量必須要做好統(tǒng)一的協(xié)調(diào)和處理工作，以此來(lái)保證設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，這對(duì)5G移動(dòng)通信提出了更高標(biāo)準(zhǔn)的需求。

3.4 智能化開(kāi)采新技術(shù)新場(chǎng)景應(yīng)用需求

智能化和自動(dòng)化是煤礦改革和發(fā)展的方向，在這個(gè)過(guò)程中需要運(yùn)用到智能化開(kāi)采新技術(shù)，以此來(lái)保證煤礦生產(chǎn)的智能化和自動(dòng)化程度。現(xiàn)階段，井下無(wú)人機(jī)和智能VR 等設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始被廣泛運(yùn)用于煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，運(yùn)用這些新技術(shù)能有效提高生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的效率和質(zhì)量，針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備出現(xiàn)的故障也能及時(shí)優(yōu)化和解決，為了保證無(wú)人機(jī)等功能可以有效發(fā)揮，必須要保證信息反饋的效率和質(zhì)量，同時(shí)需要保證狀態(tài)控制的有效性。

3.5 異構(gòu)物聯(lián)設(shè)備互聯(lián)互通的需求

現(xiàn)階段煤礦所運(yùn)用的無(wú)線(xiàn)通信存在的主要問(wèn)題如下：協(xié)議較多而且存在不足，且無(wú)法保證不同協(xié)議之間溝通的有效性，導(dǎo)致協(xié)議存在封閉性，影響了設(shè)備的聯(lián)系以及最終用戶(hù)的體驗(yàn)，立足于煤礦智能化改革的情況下，必須要針對(duì)無(wú)線(xiàn)通信進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，在這個(gè)過(guò)程中需要建立一種新的無(wú)線(xiàn)技術(shù)體系，5G移動(dòng)通信能夠很好滿(mǎn)足異構(gòu)物聯(lián)設(shè)備互聯(lián)互通的需求。5G 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于能實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)接入傳輸技術(shù)和功能網(wǎng)絡(luò)的溝通和融合，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)一的管理，以此來(lái)優(yōu)化用戶(hù)體驗(yàn)。

4 煤礦智能化應(yīng)用5G技術(shù)的可行性

要保證5G 技術(shù)在煤礦場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中發(fā)揮其自身的功能和作用，必須要明確5G技術(shù)在煤礦智能化應(yīng)用中的可行性。首先需要明確井下無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)闹饕攸c(diǎn)：井下狹長(zhǎng)且分支較多，此外在工作環(huán)境中存在大量的煤壁，這些都會(huì)影響到無(wú)線(xiàn)電波傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

此外，通過(guò)分析5G移動(dòng)通信在煤礦中的具體運(yùn)用可知，其在運(yùn)用的過(guò)程中由于各種因素的影響，會(huì)存在各種問(wèn)題，其中主要問(wèn)題在于無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸不穩(wěn)定，從而影響到信號(hào)傳輸?shù)木嚯x和覆蓋的范圍，為了解決這些問(wèn)題，需要積極運(yùn)用到微基站技術(shù)。

針對(duì)煤礦井下作業(yè)存在的其他問(wèn)題，需要運(yùn)用5G移動(dòng)通信來(lái)解決，在這個(gè)過(guò)程中要注重保證技術(shù)運(yùn)用的穩(wěn)定性和有效性。首先在進(jìn)行5G 方案設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要綜合考慮其不同的運(yùn)用場(chǎng)景和環(huán)境，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作。

5 5G移動(dòng)通信在煤礦的應(yīng)用場(chǎng)景

5.1 基于5G的高精實(shí)時(shí)定位和應(yīng)用服務(wù)

現(xiàn)階段煤礦用于定位的設(shè)備主要為藍(lán)牙和超寬帶等等，這類(lèi)定位系統(tǒng)由于自身技術(shù)的限制，很難保證定位的準(zhǔn)確性和高效性，而且在運(yùn)用的過(guò)程中需要布置相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，因此其實(shí)用性較差。因此需要積極運(yùn)用5G移動(dòng)通信來(lái)完成定位工作，在這個(gè)過(guò)程中主要運(yùn)用了5G移動(dòng)通信的低延性，以此來(lái)保證定位的準(zhǔn)確性，而且其具有較高的可行性，可以被廣泛運(yùn)用于煤礦生產(chǎn)過(guò)程中。

5.2 基于5G的虛擬交互應(yīng)用

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，VR 在娛樂(lè)與教育、醫(yī)學(xué)、建筑、軍事等領(lǐng)域有著越來(lái)越廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。但因技術(shù)原因，VR 僅適用于輕交互,這也導(dǎo)致了內(nèi)容發(fā)展的局限性，在這樣大環(huán)境下，2018年VR電影仍蓬勃發(fā)展,其避開(kāi)了非自然的交互方式、技術(shù)限制的短板,將其沉浸感的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮的淋漓盡致;VR與教育的結(jié)合能極大地解決學(xué)習(xí)資源和空間不足的問(wèn)題大大推動(dòng)教育的發(fā)展,虛擬場(chǎng)景中師生實(shí)時(shí)互動(dòng)促進(jìn)主動(dòng)學(xué)習(xí);在醫(yī)學(xué)和建筑等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域不僅可以通過(guò)VR 模擬還原真實(shí)場(chǎng)景,還可以通過(guò)眼動(dòng)交互的方式釋放雙手?，F(xiàn)階段常用的交互設(shè)計(jì)，主要是指人與物之間的交互手段、行為和方式的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在人們有了無(wú)限多的選擇可能性，不再只關(guān)心東西能不能用，耐不耐用，也開(kāi)始在意新產(chǎn)品好不好用，有沒(méi)有互動(dòng)性，這時(shí)候交互設(shè)計(jì)才作為獨(dú)立角色，真正走上時(shí)代舞臺(tái)。虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)也是現(xiàn)在應(yīng)用極廣的一種。

虛擬交互技術(shù)在煤礦中的運(yùn)用可以分為三大階段：首先是運(yùn)用虛擬交互技術(shù)進(jìn)行三維建模的展示工作。其次虛擬交互技術(shù)還被運(yùn)用于互動(dòng)模擬的過(guò)程中，例如運(yùn)用虛擬交互技術(shù)進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，制定井下培訓(xùn)系統(tǒng)，以此來(lái)保證培訓(xùn)工作的科學(xué)性和有效性。最后，虛擬交互技術(shù)還被廣泛運(yùn)用于虛擬開(kāi)采和協(xié)同運(yùn)維的過(guò)程中。

5.3 生產(chǎn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制

運(yùn)用5G移動(dòng)通信能實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制，以此來(lái)保證煤礦生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。煤礦進(jìn)行智能化改革的過(guò)程中面臨的主要問(wèn)題在于不能實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)控制。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)完成信息傳輸工作需要經(jīng)過(guò)各種工序，因此無(wú)法保證其實(shí)時(shí)性和有效性。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在運(yùn)用的過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)信息的匯總和傳輸需要經(jīng)過(guò)多重路由和協(xié)議。而運(yùn)用5G移動(dòng)通信能有效改進(jìn)這一問(wèn)題，在這個(gè)過(guò)程中需要發(fā)揮5G移動(dòng)通信的低延性特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制。

5.4 井下遠(yuǎn)程協(xié)同運(yùn)維

井下遠(yuǎn)程協(xié)同運(yùn)維也是5G 移動(dòng)通信的主要運(yùn)用?，F(xiàn)代煤礦的發(fā)展趨勢(shì)為更加智能化，與此同時(shí)系統(tǒng)的復(fù)雜化程度也會(huì)不斷提高，在這種情況下如果不能及時(shí)改進(jìn)維修手段和方式，很難滿(mǎn)足煤礦智能化發(fā)展的需求。而運(yùn)用5G 移動(dòng)通信可以實(shí)現(xiàn)井下遠(yuǎn)程協(xié)同運(yùn)維，在這種情況下可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)音視頻的傳輸，同時(shí)可以在相關(guān)設(shè)備上顯示相應(yīng)的虛擬模型，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)維修專(zhuān)家和現(xiàn)場(chǎng)工人的同步性，從而更好完成維修工作，提高維修的效率和質(zhì)量，避免傳統(tǒng)人工維修可能造成的問(wèn)題。

6 小結(jié)

本文主要分析5G 移動(dòng)通信在煤礦場(chǎng)景中的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建應(yīng)用，在這個(gè)過(guò)程中主要明確了現(xiàn)階段5G移動(dòng)通信技術(shù)運(yùn)用的實(shí)際情況以及其被運(yùn)用于煤礦生產(chǎn)中的必要性，在此基礎(chǔ)上明確了5G移動(dòng)通信技術(shù)的主要應(yīng)用，通過(guò)運(yùn)用5G移動(dòng)通信能有效提高煤礦生產(chǎn)的智能化和自動(dòng)化程度，以此來(lái)保證生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。