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5G特性在智慧矿山中的应用研究

刘昕 付元 李晨鑫

刘昕,付元,李晨鑫. 5G特性在智慧矿山中的应用研究[J]. 工矿自动化,2022,48(10):136-141.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022070032
引用本文: 刘昕,付元,李晨鑫. 5G特性在智慧矿山中的应用研究[J]. 工矿自动化,2022,48(10):136-141.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022070032
LIU Xin, FU Yuan, LI Chenxin. Research on the application of 5G characteristics in intelligent mine[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(10):136-141.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022070032
Citation: LIU Xin, FU Yuan, LI Chenxin. Research on the application of 5G characteristics in intelligent mine[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(10):136-141.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022070032

5G特性在智慧矿山中的应用研究

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022070032
基金项目: 天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项(2022-TD-ZD001,2022-2-TD-ZD001)
详细信息
    作者简介:

    刘昕(1983—),女,云南文山人,工程师,主要从事煤炭行业节能环保、煤矿信息自动化方面的研究和应用工作,E-mail:158255778@qq.com

    通讯作者:

    付元(1984—),男,山东滕州人,副研究员,硕士,主要从事煤炭行业监管监察、智慧矿山建设方面的研究和应用工作,E-mail:fuyuan@ccrise.cn

  • 中图分类号: TD655

Research on the application of 5G characteristics in intelligent mine

  • 摘要: 目前智慧矿山5G建设主要针对矿用5G的宏观技术发展方向、测试方法和特定应用场景展开研究,缺乏对智慧矿山5G各类应用场景特点的全面梳理。针对该问题,归纳了智慧矿山5G应用场景类型,梳理了主要应用场景的通信需求,指出传感器信息回传类应用具有广覆盖需求、视频信息采集和回传类应用具有上行大带宽传输需求、实时控制信息交互类应用具有下行低时延传输需求、自动驾驶信息采集和回传类应用具有上行大带宽和下行低时延共存的差异化传输需求。针对智慧矿山5G应用的环境特点和技术要求,提出了核心网+承载网+接入网的矿用5G网络总体架构:① 核心网通过用户平面功能(UPF)和多接入边缘计算(MEC)下沉,实现矿山5G独立组网、独立运行。② 承载网中的信息安全模块用于数据安全审计监测和传输控制,实现井上下数据安全隔离;网络切片和服务质量(QoS)管理模块用于对不同业务进行信道划分和隔离,实现多业务共存信道隔离,保障传输性能。③ 接入网采用基站控制器+基站汇集器+基站+终端的方式,实现5G信号分区、按需覆盖。根据上述架构,提出了面向智慧矿山多样化应用需求的5G关键技术方案:① 采用网络切片技术将矿山5G网络划分为传感器切片、视频回传类切片、实时控制类切片、远程控制类切片,结合传输业务的QoS指标,将业务数据映射到不同的切片资源上进行传输,实现5G网络传输的按需分配。② 通过灵活空中接口调度机制满足无线资源按需调度,即大带宽业务采用资源请求−业务缓存报告资源分配−业务缓存−数据传输资源分配的空口资源调度方式,保障上行传输带宽,低时延业务采用预留的专用空口资源进行传输,保证下行传输低时延。③ 当单一频段无法满足上行传输需求时,通过载波聚合技术将多个连续或非连续的载波聚合成更大的带宽,有效支撑矿山5G的大带宽传输需求。

     

  • 图  1  矿山5G网络架构

    Figure  1.  Mine 5G network architecture

    图  2  载波聚合机制SCell状态转换

    Figure  2.  Secondary cell state transition in carrier aggregation mechanism

    表  1  矿用5G关键技术与承载应用的关系

    Table  1.   Relationship between key technologies and carrying application of mine 5G

    关键技术传感器类
    应用
    视频类
    应用
    实时控制类
    应用
    自动驾驶类
    应用
    网络切片及
    QoS机制
    支撑技术支撑技术支撑技术支撑技术
    灵活空口资源
    调度机制
    基于配置预
    留资源承载
    基于请求调
    度方式承载
    基于配置预
    留资源承载
    基于请求调
    度方式承载
    载波聚合支撑技术
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    表  2  载波聚合频段上行主要配置参数

    Table  2.   Main uplink configuration parameters of the carrier aggregation frequency band

    参数2.1 GHz3.5 GHz
    信道带宽/MHz2050100
    时隙配置FDDFDD23∶45(按需配置)
    基站噪声系数/dB2.52.53.5
    上行干扰余量/dB332
    穿透损耗/dB202023.4
    边缘覆盖率/%757575
    传播模型3GPP UMa3GPP UMa3GPP UMa
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    表  3  载波聚合频段下行主要配置参数

    Table  3.   Main downlink configuration parameters of the carrier aggregation frequency band

    参数2.1 GHz3.5 GHz
    信道带宽/MHz2050100
    时隙配置FDDFDD23∶45(按需配置)
    终端噪声系数/dB777
    终端接收增益003
    下行干扰余量/dB755
    穿透损耗/dB202023.4
    边缘覆盖率/%757575
    传播模型3GPP UMa3GPP UMa3GPP UMa
    下载: 导出CSV
  • [1] 孙继平. 煤矿智能化与矿用5G[J]. 工矿自动化,2020,46(8):1-7.

    SUN Jiping. Coal mine intelligence and mine-used 5G[J]. Industry and Mine Automation,2020,46(8):1-7.
    [2] 郑小磊,梁宏. 煤矿5G通信系统安全技术要求和检验方法[J]. 工矿自动化,2021,47(3):9-13,33.

    ZHENG Xiaolei,LIANG Hong. Safety technical requiremments and inspection methods of coal mine 5G communication system[J]. Industry and Mine Automation,2021,47(3):9-13,33.
    [3] 张立亚. 基于5G通信的矿山可视化智能监控技术[J]. 煤炭技术,2022,41(1):191-194. doi: 10.13301/j.cnki.ct.2022.01.045

    ZHANG Liya. Mine visual intelligent monitoring technology based on 5G communication[J]. Coal Technology,2022,41(1):191-194. doi: 10.13301/j.cnki.ct.2022.01.045
    [4] 刘雨燕,宋燕. 新一代信息技术助力智慧矿山建设[J]. 煤炭技术,2021,40(2):184-186.

    LIU Yuyan,SONG Yan. New-generation information technology helps construction of smart mines[J]. Coal Technology,2021,40(2):184-186.
    [5] 顾义东. 5G技术在煤矿掘进工作面运输系统中的应用[J]. 工矿自动化,2022,48(6):64-68. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17919

    GU Yidong. Application of 5G technology in coal mine heading face transportation system[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(6):64-68. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17919
    [6] 王国法,杜毅博,任怀伟,等. 智能化煤矿顶层设计研究与实践[J]. 煤炭学报,2020,45(6):1909-1924.

    WANG Guofa,DU Yibo,REN Huaiwei,et al. Top level design and practice of smart coal mines[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(6):1909-1924.
    [7] 张帆,葛世荣,李闯. 智慧矿山数字孪生技术研究综述[J]. 煤炭科学技术,2020,48(7):168-176.

    ZHANG Fan,GE Shirong,LI Chuang. Research summary on digital twin technology for smart mines[J]. Coal Science and Technology,2020,48(7):168-176.
    [8] 张蓄金,乌岚. 多传感器信息融合技术在煤自燃安全预警系统中的应用[J]. 煤炭技术,2022,41(6):156-158. doi: 10.13301/j.cnki.ct.2022.06.037

    ZHANG Xujin,WU Lan. Application of multi-sensor information fusion technology in coal spontaneous combustion safety early warning system[J]. Coal Technology,2022,41(6):156-158. doi: 10.13301/j.cnki.ct.2022.06.037
    [9] 胡亚辉,赵国瑞,吴群英. 面向煤矿智能化的5G关键技术研究[J]. 煤炭科学技术,2022,50(2):223-230. doi: 10.13199/j.cnki.cst.2020-1093

    HU Yahui,ZHAO Guorui,WU Qunying. Research on 5G key technologies in intelligent coal mining[J]. Coal Science and Technology,2022,50(2):223-230. doi: 10.13199/j.cnki.cst.2020-1093
    [10] 冯登国,徐静,兰晓. 5G移动通信网络安全研究[J]. 软件学报,2018,29(6):1813-1825.

    FENG Dengguo,XU Jing,LAN Xiao. Study on 5G mobile communication network security[J]. Journal of Software,2018,29(6):1813-1825.
    [11] 张立亚. 基于图像识别的煤矿井下安全管控技术[J]. 煤矿安全,2021,52(2):165-168. doi: 10.13347/j.cnki.mkaq.2021.02.032

    ZHANG Liya. Safety control technology of coal mine based on image recognition[J]. Safety in Coal Mines,2021,52(2):165-168. doi: 10.13347/j.cnki.mkaq.2021.02.032
    [12] 王国法,赵国瑞,胡亚辉. 5G技术在煤矿智能化中的应用展望[J]. 煤炭学报,2020,45(1):16-23. doi: 10.13225/j.cnki.jccs.YG19.1515

    WANG Guofa,ZHAO Guorui,HU Yahui. Application prospect of 5G technology in coal mine intelligence[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(1):16-23. doi: 10.13225/j.cnki.jccs.YG19.1515
    [13] 霍振龙,肖松,孟玮,等. 矿井5G无线通信系统关键技术及装备研发与示范应用[J]. 智能矿山,2022,3(4):55-60.

    HUO Zhenlong,XIAO Song,MENG Wei,et al. Key echnology research,equipment development and demonstration application of mine 5G wireless communication system[J]. Journal of Intelligent Mine,2022,3(4):55-60.
    [14] 葛世荣,胡而已,裴文良. 煤矿机器人体系及关键技术[J]. 煤炭学报,2020,45(1):455-463. doi: 10.13225/j.cnki.jccs.YG19.1478

    GE Shirong,HU Eryi,PEI Wenliang. Classification system and key technology of coal mine robot[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(1):455-463. doi: 10.13225/j.cnki.jccs.YG19.1478
    [15] 李晨鑫,张立亚. 煤矿井下网联式自动驾驶技术研究[J]. 工矿自动化,2022,48(6):49-55. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17930

    LI Chenxin,ZHANG Liya. Research on the network connected automatic driving technology in underground coal mine[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(6):49-55. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17930
    [16] 赵远,吉庆,王腾. 煤矿智能无轨辅助运输技术现状与展望[J]. 煤炭科学技术,2021,49(12):209-216. doi: 10.13199/j.cnki.cst.2021.12.026

    ZHAO Yuan,JI Qing,WANG Teng. Current status and prospects of intelligent trackless auxiliary transportation technology in coal mines[J]. Coal Science and Technology,2021,49(12):209-216. doi: 10.13199/j.cnki.cst.2021.12.026
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-12
  • 修回日期:  2022-09-29
  • 网络出版日期:  2022-09-09

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