王鳳舞

（甘肅省定西市臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校，甘肅 定西 730500）

1 智慧礦山中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署方案

1.1 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)AP及網(wǎng)關(guān)部署模型

智慧礦山的無(wú)線Mesh通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)匹配著一個(gè)極其復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以用G(V,E)代表，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有客戶端的節(jié)點(diǎn)組建的點(diǎn)集設(shè)為V(G)。當(dāng)任意節(jié)點(diǎn)的vi與vj間的距離小于客戶端通信半徑r時(shí)，用dist(vi,vj)＜r表示，兩節(jié)點(diǎn)在定義上劃分為鄰接節(jié)點(diǎn)，即e(vi,vj)∈E(G)代表鄰接節(jié)點(diǎn)間的距離權(quán)重為1，也可以稱自為鄰接節(jié)點(diǎn)間的一跳鏈接，E(G)則代表網(wǎng)絡(luò)圖所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)集合，以公式（1）表示：

普通AP節(jié)點(diǎn)的選擇主要是按照礦山中各個(gè)工作區(qū)域內(nèi)的人口流動(dòng)量、客戶端訪問(wèn)量、數(shù)據(jù)流量以及總?cè)丝诮y(tǒng)計(jì)等指標(biāo)來(lái)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(diǎn)區(qū)域，即人口密集區(qū)，使工作人員可以隨時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問(wèn)。為此，下面假設(shè)AP節(jié)點(diǎn)的組成即代表一個(gè)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

一般情況下，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要為客戶端節(jié)點(diǎn)安裝網(wǎng)關(guān)為其提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，客戶端節(jié)點(diǎn)會(huì)選取其距離最近的網(wǎng)關(guān)作為其服務(wù)網(wǎng)關(guān)。假定在規(guī)模為n的網(wǎng)絡(luò)G中設(shè)定K個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，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(guān)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)vi選取網(wǎng)關(guān)uj作為其服務(wù)網(wǎng)關(guān)的情況下，就必須滿足公式（2）：

此時(shí)，代表vi涵蓋在網(wǎng)關(guān)uj的服務(wù)集合uj中，即vi∈Uj。uj和服務(wù)集Uj中網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)間的最大距離設(shè)為

即代表網(wǎng)關(guān)uj的全覆蓋半徑，也稱之為AP節(jié)點(diǎn)至網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)集合的最長(zhǎng)路徑。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)集合的全覆蓋半徑作為網(wǎng)關(guān)部署的重要指標(biāo)之一，全覆蓋半徑越小，其通信水平就越高。所以，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署的優(yōu)化目標(biāo)設(shè)為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)集合的全覆蓋半徑最小，即路徑長(zhǎng)度最大，其模型為公式（3）所示：

公式（3）中，R2代表網(wǎng)絡(luò)所處的二維平面。

1.2 核心網(wǎng)設(shè)計(jì)

核心網(wǎng)的設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括核心網(wǎng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)儀器、網(wǎng)管平臺(tái)以及智慧礦山的有關(guān)組建系統(tǒng)。核心網(wǎng)設(shè)備主要用于命令的發(fā)出和控制，且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的集中管理。利用與用戶的有效連接，完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)的整體管理。網(wǎng)管平臺(tái)主要用于對(duì)終端設(shè)備以及無(wú)線基站的基礎(chǔ)配置。利用核心網(wǎng)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦山系統(tǒng)的有關(guān)組織管理、故障維修以及性能管理等諸多功能。終端利用無(wú)線頻段，可以接入無(wú)線基站，再通過(guò)光纖導(dǎo)入核心網(wǎng)內(nèi)交換機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)裝備的全面管理。

1.3 無(wú)線基站設(shè)計(jì)

無(wú)線基站作為L(zhǎng)TE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)專網(wǎng)的重要構(gòu)建部分，其中包括eBBU、網(wǎng)絡(luò)天線以及eRRU等設(shè)備。利用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，簡(jiǎn)稱無(wú)線基站。

在實(shí)施過(guò)程中，借助多個(gè)設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的接入控制、用戶信息的存儲(chǔ)、無(wú)線資源的管理、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的控制、終端接口的管理以及無(wú)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(luò)天線設(shè)置在室外高處，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)線的全面覆蓋。

1.4 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署方案的部署原則是：在無(wú)線基站周遭區(qū)域之間的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)置距離要比較短，而距離無(wú)線基站距離比較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)，其設(shè)置就會(huì)相對(duì)平常，不過(guò)任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)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(shè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主要是由固定的和移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一同組成，將這種無(wú)線節(jié)點(diǎn)利用隨機(jī)方法部署在二維平面上，就必須在監(jiān)測(cè)的區(qū)域內(nèi)，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)督管理。而通過(guò)節(jié)點(diǎn)部署模型可以了解到，這種節(jié)點(diǎn)部署方法對(duì)局部目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生一定影響，造成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的分布過(guò)于密集或疏散，這種情況的發(fā)生就會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的下降，且網(wǎng)絡(luò)連接比較差，還極易出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)工作的不平衡負(fù)載。而通過(guò)節(jié)點(diǎn)感知模型的具體所在位置，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隨機(jī)部署，就可以對(duì)將要進(jìn)行觀測(cè)的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，進(jìn)而保證網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)良好連接。

2 實(shí)驗(yàn)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署方案的實(shí)際應(yīng)用效果，特與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署方案進(jìn)行對(duì)比，對(duì)其網(wǎng)絡(luò)連接率進(jìn)行比較。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，將兩種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署方案置于相同的試驗(yàn)環(huán)境之中，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接率的試驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)兩種不同的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署方案同時(shí)在相同環(huán)境中進(jìn)行工作，分析其網(wǎng)絡(luò)連接率的變化。實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比可以看出，本文設(shè)計(jì)的智慧礦山中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署方案在網(wǎng)絡(luò)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(luò)應(yīng)用上，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性比較好。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)智慧礦山中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署方案進(jìn)行分析，依托智慧礦山服務(wù)機(jī)制，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署及逆行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)論證表明，本文設(shè)計(jì)的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠?yàn)橹腔鄣V山中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署方案的優(yōu)化提供理論依據(jù)。