项目名称: 煤矿井下灾后救援网络重构与应急数据流传输关键问题研究

项目编号: No.61471361

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 张国鹏

作者单位: 中国矿业大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 现有的矿山监控网络以灾害预警为主,而灾害事故的发生将对井下电力系统和网络设施造成较大破坏.项目提出利用灾后可用的无线基站和终端重构覆盖灾区的应急通信网络,并研究应急数据流传输的关键问题.首先,提出基于WiFi-Direct的应急网络拓扑重构方案,并将井下应急数据流分为上行(还原灾区的现场状况),网内(协助灾区矿工和避险系统的信息交互)和下行数据流(地面救援指令向灾区的传送)三类.此后,针对上行应急数据流研究基于时延的网络QoS区分机制,使受损严重的应急终端能在其信息获取能力丧失前将感知的事故现场信息传送至安全终端.最后,考虑到相邻的被困矿工通常需要相同的救援信息,项目针对网内和下行应急数据流研究基于无线组播和D2D协作重传的能耗节省方案,延长应急网络的救援支撑时间.所研究的矿山应急网络与现有的矿山监控网络具有较大的功能互补性和协议兼容性,它们的协同工作将为煤矿井下作业提供更高的安全保障.

中文关键词: 矿井无线通信;救灾网络重构;应急数据传输;网络服务质量;网络生存期

英文摘要: Now available monitor networks in coal mines are mainly deployed for disaster warning. However, once coal mine disasters take place, the power system and network infrastructures will be seriously destroyed. This project proposes to utilize available wireless base stations and wireless terminals in disaster area in reconstructing the wireless emergency rescue network. And the theory of emergency data transmission will be also studied. First, we propose a topology reconstruction scheme for emergency networks based on Wi-Fi Direct protocol. And we classify the emergency data flow into the following three categories. The first is the uplink flow which is used to recover the disaster field information. The second is the intra-network flow which is used to convey information between the trapped miners and the rescue equipments. And the third is the downlink flow which is used to convey the relief information from the ground rescue system to underground trapped miners. To ensure the badly wrecked terminals can timely upload their sensing information to the secure terminals before losing the sensing ability, we propose a delay based network Quality of Service (QoS) differentiation scheme for the uplink flows. Considering most of proximate trapped miners are in need of the same relief information, we propose a Device-to-Device (D2D) based wireless multicast scheme to improve the energy efficiency for the intra-network and downlink flows. Thus, the working time of the emergency network can be prolonged to support rescue operation. The proposed coal mine rescue network has the function complementation to existing coal mine monitor networks, and they have compatible network protocols. So the cooperative operation of these two types of networks will greatly improve the safety production in coal mines.

英文关键词: wireless communicaitons in coal mines;rescue network reconstruction;emergency data flow transmission;Quality of Service (QoS);network lifetime

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