智慧礦山中無線網絡節(jié)點部署方案研究

王鳳舞

（甘肅省定西市臨洮農業(yè)學校，甘肅 定西 730500）

1 智慧礦山中無線網絡節(jié)點部署方案

1.1 無線Mesh網絡AP及網關部署模型

智慧礦山的無線Mesh通信網絡對匹配著一個極其復雜的網絡拓撲結構，該拓撲結構可以用G(V,E)代表，網絡內所有客戶端的節(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)則代表網絡圖所有節(jié)點的數據集合，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)域內的人口流動量、客戶端訪問量、數據流量以及總人口統(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絡。

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

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

即代表網關uj的全覆蓋半徑，也稱之為AP節(jié)點至網關節(jié)點集合的最長路徑。網關節(jié)點集合的全覆蓋半徑作為網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網絡節(jié)點部署的優(yōu)化目標設為網關節(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代表網絡所處的二維平面。

1.2 核心網設計

核心網的設計，主要內容包括核心網設備、網絡儀器、網管平臺以及智慧礦山的有關組建系統(tǒng)。核心網設備主要用于命令的發(fā)出和控制，且可以實現對數據的集中管理。利用與用戶的有效連接，完成對網絡的整體管理。網管平臺主要用于對終端設備以及無線基站的基礎配置。利用核心網平臺，能夠實現對礦山系統(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內交換機，進而實現核心網裝備的全面管理。

1.3 無線基站設計

無線基站作為LTE無線網絡專網的重要構建部分，其中包括eBBU、網絡天線以及eRRU等設備。利用數據網絡的結合，簡稱無線基站。

在實施過程中，借助多個設備的有機結合，能夠實現網絡的接入控制、用戶信息的存儲、無線資源的管理、移動網絡的控制、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，將有效數據接入核心網內；eRRU與網絡天線設置在室外高處，能夠實現對無線的全面覆蓋。

1.4 移動節(jié)點優(yōu)化

無線網絡節(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，假設無線網絡主要是由固定的和移動的網絡節(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，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)域內所出現的網絡節(jié)點會產生一定影響，造成網絡節(jié)點的分布過于密集或疏散，這種情況的發(fā)生就會導致網絡覆蓋質量的下降，且網絡連接比較差，還極易出現節(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，對無線網絡進行隨機部署，就可以對將要進行觀測的區(qū)域進行網絡的全面覆蓋，進而保證網絡可以實現良好連接。

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絡節(jié)點部署方案的實際應用效果，特與傳統(tǒng)無線網絡節(jié)點部署方案進行對比，對其網絡連接率進行比較。

2.1 實驗準備

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

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絡節(jié)點部署方案在網絡連接率上雖然比傳統(tǒng)方案的最高值要低，但總體表現發(fā)揮穩(wěn)定，即代表在礦山網絡應用上，網絡的穩(wěn)定性比較好。

3 結語

本文對智慧礦山中無線網絡節(jié)點部署方案進行分析，依托智慧礦山服務機制，對無線網絡節(jié)點部署及逆行調整，實現本文設計。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絡節(jié)點部署方案的優(yōu)化提供理論依據。