物联网系统的设计

3.2 系统的体系结构分析

3.2.1 体系结构框架设计

图系统结构框架图

总体构架有三层组成,分别为感知层、传输层、应用层。

感知层：感知层包括数据采集子层和传感器网络组网和协同信息处理子层。数据采集子层包括RFID、监控传感器、手机、控制器、传感器网络和传感器网关等设备。传感器网络组网和协同信息处理子层包括：低速及中高速近距离传输技术、自组织技术、协同信息处理技术、传感器中间件技术。本层的核心技术是无线传感网（WSN）及NFC技术。该层在“智能矿山”中的应用主要表现为信息的监测和采集。在“智能矿山”中，通过射频识别标签实现对物体静态属性的标识，可以精确定位物体；各类现场传感器可以对现场工况环境和设备进行实时监测和信息传输等。

传输层包括各种通信网络与互联网形成的融合网络。各种监测数据通过无线传感器网络形成局部区域网络，将覆盖区域的信息收集起来，然后通过传输层向处理平台传输数据。

应用层将物联网技术与煤矿行业领域相结合，实现广泛智能化应用的解决方案，利用现有的手机、个人计算机（PersonalComputer，PC）、掌上电脑（PersonalDigitalAssistant，PDA）等终端实现应用。根据物联网的概念和结构层次，该层是物联网技术具有专业应用的关键步骤，该层主要承担的任务是智能计算和分析，服务煤矿安全生产调度，然后向感知层和其他终端设备发布信息。应用层包括数据资源子层、应用平台子层、应用系统子层。应用层的展现主要是通过综合服务系统表现。

1）信息采集系统：包括现场工况环境和设备远行信息接入、视频信息接入的建设。

2）传输网络系统:包括通信传输系统、计算机网络系统、网络安全及管理系统的建设。

3）物联网管理应用系统：包括煤矿现场工况环境和设备运行状态监视与预警系统、安全生产调度管理系统的建设。

4）应用支撑平台：包括软件支撑平台和硬件支撑平台的建设。

5）物联网中心：包括安全生产调度中心、信息运行中心、生产监控中心的建设。

6）保障体系：包括制度建设、技术标准、技术保障和安全措施。

3.3 系统的主要模块和功能分析

3.3.1 主要功能

1）智能传感采集系统：其为各类传感器组件，可对瓦斯、CO、风速、水位、温度、设备开停等数据进行采集和检测。

2）数据传输系统：包括井下环网交换机、3G微蜂窝机动式基站和专用网关、Mesh自组网、3G和有线等几种数据传输手段，能够将现场监测的数据发送到数据处理平台系统。

3）数据处理平台：实现环境、生产设备、视频等信息和数据的处理功能。它接收各类上传数据同时利用相关专家系统进行分析及处理，其集成多种无线功能，作用分别是：

●井下环网交换机可以快速传输大容量信息。

●3G微蜂窝机动式基站：不仅能够传输语音、同时能够将采集到的数据

通过微蜂窝基站,经专用网关(小型核心网)发送到数据处理系统。

●MESH利用无线转发设备能自构建网络，互联互通技术为流动性大、人

员不适宜长期工作地点或灾害发生时抢险人员的语音、视频、数据的传输提供平台。

4）综合运营管理和分析处理系统：利用历史数据及专家知识库，云平台可以及时分析处理数据。提供安全报警及相应生产自动化控制。

系统组成

1）感知信息采集

项目研发过程中将采用下表传感设备，开发出带有无线功能模块的数据采集平台。

数据采集平台准备采用自研的各类适用于煤矿的传感器，该采集平台是集当代先进的大规模集成电路技术、计算机软件技术、工业监控技术和网络通信技术紧密结合的产品，是体现当代技术先进性和安全可靠性的优选产品，可实现远程和本地实时煤矿安全数据采集与监测及设备的状态监测、监控。

2）数据传输

本方案中，综合利用了以太网、Femto基站、3G、WIFI等多种通讯网络和通讯手段，实现有线和无线网络无缝融合，以实现快速、高效和高质量传输检测数据以达到煤矿安全数据采集与监测及设备的状态监测、监控的目标。

Femtocell

Femtocell 各类传感器通过WIFI、TD或有线接入Femotcell基站，手机直接通过TD方

式接入Femotcell基站，Femotcell基站通过有线或光纤接入井下交换机。井下交换机通过光纤将数据上传到地面云计算平台进行统一处理。

●Femto基站

基站通过标准的空中接口（Uu接口、Wi-Fi等）和固定接口分别与覆盖区域内的UE、Wi-Fi等终端通信。对外通过F1接口（承载在“最后一公里”传输网上，接入技术支持XDSL、XPON、Cable等）接入Femto核心网专用网关。

Femto基站使用IP协议，通过用户已有的ADSL、LAN等宽带电路连接，远端由专用网关实现从IP网到移动网的连接。它的大小与ADSL调制解调器相似，具有安装方便、自动配置、自动网规、即插即用的特点。与运营商的其它移动基站同制式、同频段，因此手机等移动终端可以通用。

Femto基站具有1个载波，发射功率为20mW，覆盖半径为100～300m，支持4～6个活动用户，允许的最大用户运动速度为70km/h。

●专用网关

专用网关可以在煤矿内部快速建立企业级专网，大幅降低了系统建设成本、维护成本，增强了系统的可复用性。

专用网关能够接入多个Femtocell基站设备，并能完成PS业务和网内CS业务。Femtocell网关系统支持终端网络间的移动性、支持网络和用户鉴权、安全加密、支持用户和FemtocellAP的配置管理。Femtocell网关系统本期完成目标为实现PS业务和网内移动性，用户数据和FemtocellAP的配置管理。Femtocell 专用网关通过Iuh接口与Femtocell相连。Femtocell专用网关不但具有网关的功能，还要具有简易核心网的功能。

.3 面向智能矿山自动化系统的云计算平台