王鳳舞

（甘肅省定西市臨洮農(nóng)業(yè)學校，甘肅 定西 730500）

1 智慧礦山中無線網(wǎng)絡節(jié)點部署方案

1.1 無線Mesh網(wǎng)絡AP及網(wǎng)關部署模型

智慧礦山的無線Mesh通信網(wǎng)絡對匹配著一個極其復雜的網(wǎng)絡拓撲結構，該拓撲結構可以用G(V,E)代表，網(wǎng)絡內(nèi)所有客戶端的節(jié)點組建的點集設為V(G)。當任意節(jié)點的vi與vj間的距離小于客戶端通信半徑r時，用dist(vi,vj)＜r表示，兩節(jié)點在定義上劃分為鄰接節(jié)點，即e(vi,vj)∈E(G)代表鄰接節(jié)點間的距離權重為1，也可以稱自為鄰接節(jié)點間的一跳鏈接，E(G)則代表網(wǎng)絡圖所有節(jié)點的數(shù)據(jù)集合，以公式（1）表示：

普通AP節(jié)點的選擇主要是按照礦山中各個工作區(qū)域內(nèi)的人口流動量、客戶端訪問量、數(shù)據(jù)流量以及總人口統(tǒng)計等指標來確定[2]。由于AP主要為客戶提供終端接入服的，因而其部署位置必須盡量靠近礦山的熱點區(qū)域，即人口密集區(qū)，使工作人員可以隨時對網(wǎng)絡進行訪問。為此，下面假設AP節(jié)點的組成即代表一個隨機網(wǎng)絡。

一般情況下，無線網(wǎng)絡需要為客戶端節(jié)點安裝網(wǎng)關為其提供網(wǎng)絡服務，客戶端節(jié)點會選取其距離最近的網(wǎng)關作為其服務網(wǎng)關。假定在規(guī)模為n的網(wǎng)絡G中設定K個網(wǎng)關節(jié)點，K的鄰近矩陣用A=(eij)n×n表示，最短距離用D=(dij)n×n表示，dij則代表網(wǎng)關節(jié)點從vi路由至vj路由所需的最少跳數(shù)，最短距離可用Floyd算法獲得。節(jié)點vi選取網(wǎng)關uj作為其服務網(wǎng)關的情況下，就必須滿足公式（2）：

此時，代表vi涵蓋在網(wǎng)關uj的服務集合uj中，即vi∈Uj。uj和服務集Uj中網(wǎng)關節(jié)點間的最大距離設為

即代表網(wǎng)關uj的全覆蓋半徑，也稱之為AP節(jié)點至網(wǎng)關節(jié)點集合的最長路徑。網(wǎng)關節(jié)點集合的全覆蓋半徑作為網(wǎng)關部署的重要指標之一，全覆蓋半徑越小，其通信水平就越高。所以，無線Mesh網(wǎng)絡節(jié)點部署的優(yōu)化目標設為網(wǎng)關節(jié)點集合的全覆蓋半徑最小，即路徑長度最大，其模型為公式（3）所示：

公式（3）中，R2代表網(wǎng)絡所處的二維平面。

1.2 核心網(wǎng)設計

核心網(wǎng)的設計，主要內(nèi)容包括核心網(wǎng)設備、網(wǎng)絡儀器、網(wǎng)管平臺以及智慧礦山的有關組建系統(tǒng)。核心網(wǎng)設備主要用于命令的發(fā)出和控制，且可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的集中管理。利用與用戶的有效連接，完成對網(wǎng)絡的整體管理。網(wǎng)管平臺主要用于對終端設備以及無線基站的基礎配置。利用核心網(wǎng)平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)對礦山系統(tǒng)的有關組織管理、故障維修以及性能管理等諸多功能。終端利用無線頻段，可以接入無線基站，再通過光纖導入核心網(wǎng)內(nèi)交換機，進而實現(xiàn)核心網(wǎng)裝備的全面管理。

1.3 無線基站設計

無線基站作為LTE無線網(wǎng)絡專網(wǎng)的重要構建部分，其中包括eBBU、網(wǎng)絡天線以及eRRU等設備。利用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的結合，簡稱無線基站。

在實施過程中，借助多個設備的有機結合，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡的接入控制、用戶信息的存儲、無線資源的管理、移動網(wǎng)絡的控制、終端接口的管理以及無線接入等功能。

eBBU主要作用是利用光纖傳輸，將有效數(shù)據(jù)接入核心網(wǎng)內(nèi)；eRRU與網(wǎng)絡天線設置在室外高處，能夠?qū)崿F(xiàn)對無線的全面覆蓋。

1.4 移動節(jié)點優(yōu)化

無線網(wǎng)絡節(jié)點部署方案的部署原則是：在無線基站周遭區(qū)域之間的各個節(jié)點的設置距離要比較短，而距離無線基站距離比較遠的節(jié)點，其設置就會相對平常，不過任何兩個節(jié)點之間的距離都必須小于2倍的感知半徑（即2r）。優(yōu)化方案是，假設無線網(wǎng)絡主要是由固定的和移動的網(wǎng)絡節(jié)點一同組成，將這種無線節(jié)點利用隨機方法部署在二維平面上，就必須在監(jiān)測的區(qū)域內(nèi)，對其進行監(jiān)督管理。而通過節(jié)點部署模型可以了解到，這種節(jié)點部署方法對局部目標區(qū)域內(nèi)所出現(xiàn)的網(wǎng)絡節(jié)點會產(chǎn)生一定影響，造成網(wǎng)絡節(jié)點的分布過于密集或疏散，這種情況的發(fā)生就會導致網(wǎng)絡覆蓋質(zhì)量的下降，且網(wǎng)絡連接比較差，還極易出現(xiàn)節(jié)點工作的不平衡負載。而通過節(jié)點感知模型的具體所在位置，對無線網(wǎng)絡進行隨機部署，就可以對將要進行觀測的區(qū)域進行網(wǎng)絡的全面覆蓋，進而保證網(wǎng)絡可以實現(xiàn)良好連接。

2 實驗與效果分析

為了更加直觀的看出本文提出的智慧礦山中無線網(wǎng)絡節(jié)點部署方案的實際應用效果，特與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡節(jié)點部署方案進行對比，對其網(wǎng)絡連接率進行比較。

2.1 實驗準備

為保證實驗的準確性，將兩種無線網(wǎng)絡節(jié)點部署方案置于相同的試驗環(huán)境之中，進行網(wǎng)絡連接率的試驗。

2.2 實驗結果分析

試驗過程中，通過兩種不同的無線網(wǎng)絡節(jié)點部署方案同時在相同環(huán)境中進行工作，分析其網(wǎng)絡連接率的變化。實驗效果對比圖1所示。

圖1 實驗結果對比圖

通過實驗結果的對比可以看出，本文設計的智慧礦山中無線網(wǎng)絡節(jié)點部署方案在網(wǎng)絡連接率上雖然比傳統(tǒng)方案的最高值要低，但總體表現(xiàn)發(fā)揮穩(wěn)定，即代表在礦山網(wǎng)絡應用上，網(wǎng)絡的穩(wěn)定性比較好。

3 結語

本文對智慧礦山中無線網(wǎng)絡節(jié)點部署方案進行分析，依托智慧礦山服務機制，對無線網(wǎng)絡節(jié)點部署及逆行調(diào)整，實現(xiàn)本文設計。實驗論證表明，本文設計的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠為智慧礦山中無線網(wǎng)絡節(jié)點部署方案的優(yōu)化提供理論依據(jù)。