導(dǎo)語：礦井分布式通信技術(shù)論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1礦井分布式通信技術(shù)應(yīng)用要求與設(shè)計(jì)原則

（1）支持與集中式調(diào)度通信的無縫集成。通過調(diào)度通信中心節(jié)點(diǎn)給終端節(jié)點(diǎn)提供信令與媒體交換等核心功能，集中式調(diào)度通信控制方式可有效保障對(duì)井下通信網(wǎng)絡(luò)的集中監(jiān)控與調(diào)度指揮，因此礦用通信網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行情況下應(yīng)采用集中式調(diào)度通信控制方式，井下分布式P2P通信方式應(yīng)與集中式調(diào)度通信方式相協(xié)調(diào)。

（2）支持分布式P2P方式實(shí)現(xiàn)全雙工呼叫與多媒體通信。終端節(jié)點(diǎn)間通過分布式通信完成原由中心節(jié)點(diǎn)提供的呼叫尋址功能，且仍可通過P2P網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行SIP信令全雙工并行呼叫，以及包括數(shù)據(jù)、語音、圖像在內(nèi)的多媒體通信。

（3）支持分布式通信大網(wǎng)下的多個(gè)小網(wǎng)劃分與通信。終端節(jié)點(diǎn)在分布式P2P網(wǎng)絡(luò)內(nèi)仍具有完備的SIP通信交互與控制能力，并支持分布式P2P通信大網(wǎng)中多個(gè)小網(wǎng)的定義與通信控制，實(shí)現(xiàn)既能全網(wǎng)呼叫也可限制在小網(wǎng)中呼叫。

（4）提供井下局部通信與應(yīng)急通信手段。通過各終端節(jié)點(diǎn)間自協(xié)商與處理，網(wǎng)絡(luò)中的呼叫尋址與信令流程可以完全不依賴于某個(gè)中心或特定節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互，且終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量不受限制，以便為井下局部通信、應(yīng)急救災(zāi)通信聯(lián)絡(luò)提供新技術(shù)手段。

2礦井分布式通信設(shè)計(jì)

2．1礦井分布式通信技術(shù)選型

目前分布式通信技術(shù)有集中式、全分布式、混合式和結(jié)構(gòu)化4種網(wǎng)絡(luò)模型：

（1）集中式P2P網(wǎng)絡(luò)需要1個(gè)中心目錄服務(wù)器負(fù)責(zé)記錄共享信息以及回答對(duì)這些信息的查詢，只要關(guān)閉目錄服務(wù)器，交換就停止，生命力十分脆弱。

（2）全分布式P2P網(wǎng)絡(luò)中不存在中央服務(wù)器，所有的服務(wù)及其相關(guān)信息完全散布于各P2P節(jié)點(diǎn)中，其最顯著的特點(diǎn)就是完全去中心化，采用了隨機(jī)圖的組織方式來形成一個(gè)松散的網(wǎng)絡(luò)。

（3）混合式P2P網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)簇構(gòu)成，每個(gè)簇由1個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)所代表，不同簇之間通過分布式P2P網(wǎng)絡(luò)將超級(jí)節(jié)點(diǎn)連接起來，但超級(jí)節(jié)點(diǎn)本身的脆弱性可能導(dǎo)致其簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)處于孤立狀態(tài)。

（4）結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)具有自組織和負(fù)載均衡等特點(diǎn)，通過采用DHT（DistributedHashTable，分布式哈希表）算法，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)并不需要維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息，只在節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)其鄰近的后繼節(jié)點(diǎn)信息，輸入的信息將通過分布式哈希函數(shù)唯一地映射到某個(gè)節(jié)點(diǎn)上，然后通過一些特定的路由算法和該節(jié)點(diǎn)建立連接。目前基于DHT的結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)有Chord，Pastry，CAN，Kademlia等模型。煤礦井下通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)區(qū)域較大的局域網(wǎng)絡(luò)，可利用組播或廣播模式進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和尋址，從而充分發(fā)揮全分布式P2P網(wǎng)絡(luò)模型的優(yōu)勢(shì)而規(guī)避其在廣域網(wǎng)環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)直徑不可控的劣勢(shì)。SIP信令協(xié)議具有控制靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)、支持分布式等特點(diǎn)，能將蜂窩系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域融合在一起，被定義為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)用以提供IP多媒體服務(wù)的信令協(xié)議，是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議之一。SIP協(xié)議的開放性及針對(duì)煤礦行業(yè)專網(wǎng)應(yīng)用的可擴(kuò)展性已得到實(shí)際驗(yàn)證［10］。本文基于SIP信令協(xié)議和全分布式P2P技術(shù)來設(shè)計(jì)適合煤礦井下應(yīng)用的分布式P2P通信業(yè)務(wù)功能。采用IP通信主流信令SIP協(xié)議與多媒體傳輸格式，可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有礦用CDMA、WLAN、以太網(wǎng)及DSL、PDH等有線／無線傳輸方式的調(diào)度通信系統(tǒng)的無縫集成。終端節(jié)點(diǎn)的SIP通信協(xié)議針對(duì)終端節(jié)點(diǎn)間的全分布式P2P網(wǎng)絡(luò)模型做必要擴(kuò)展與支持，使得出現(xiàn)突發(fā)事件導(dǎo)致集中式IP通信系統(tǒng)中心節(jié)點(diǎn)單點(diǎn)失效或IP通信網(wǎng)絡(luò)僅局部有效時(shí)，終端節(jié)點(diǎn)間可不依賴任何超級(jí)節(jié)點(diǎn)或特定節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)井下全分布式P2P通信。

2．2礦井分布式通信流程設(shè)計(jì)

井下SIP終端節(jié)點(diǎn)發(fā)起呼叫時(shí)，在中心節(jié)點(diǎn)有效情況下，其呼叫信令流程應(yīng)保持與原集中式調(diào)度通信信令流程一致；在集中式調(diào)度通信失效情況下，能自動(dòng)應(yīng)用全分布式P2P網(wǎng)絡(luò)模型發(fā)現(xiàn)并尋址被叫節(jié)點(diǎn)，尋址到被叫節(jié)點(diǎn)后，利用SIP信令流程向被叫節(jié)點(diǎn)發(fā)起端到端的多媒體呼叫與通信。終端節(jié)點(diǎn)間分布式呼叫和通信信令流程如圖1所示。各終端節(jié)點(diǎn)仍按SIPREGISTER信令流程周期性向通信服務(wù)中心節(jié)點(diǎn)S注冊(cè)，當(dāng)用戶號(hào)碼為Alice的終端節(jié)點(diǎn)A撥號(hào)呼叫用戶號(hào)碼為Bob的終端節(jié)點(diǎn)B時(shí)，無論終端節(jié)點(diǎn)A是否向中心節(jié)點(diǎn)S注冊(cè)成功，終端節(jié)點(diǎn)A首先向中心節(jié)點(diǎn)S發(fā)起INVITE信令消息，若限定時(shí)間T1內(nèi)未收到中心節(jié)點(diǎn)S的任何回應(yīng)，終端節(jié)點(diǎn)A發(fā)起一個(gè)P2P請(qǐng)求（Request＿P2P），詢問Bob的節(jié)點(diǎn)地址信息。若終端節(jié)點(diǎn)B可達(dá)，并且終端節(jié)點(diǎn)A在限定時(shí)間T2內(nèi)收到終端節(jié)點(diǎn)B的P2P響應(yīng)（Response＿P2P）消息，則終端節(jié)點(diǎn)A將以響應(yīng)消息中告知的節(jié)點(diǎn)地址信息重新發(fā)起呼叫Bob的INVITE信令消息，后續(xù)呼叫流程即為標(biāo)準(zhǔn)的SIP協(xié)議端到端語音或音視頻多媒體通信過程。

3實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證

3．1技術(shù)實(shí)現(xiàn)

筆者團(tuán)隊(duì)開發(fā)的有線多媒體終端、無線多媒體終端以及無線語音終端、信息化礦燈已實(shí)現(xiàn)了基于SIP協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)語音編碼的呼叫通信功能。其中有線多媒體終端與無線多媒體終端基于ARMCortex－A8平臺(tái)，無線語音終端與信息化礦燈基于ARM9平臺(tái)。對(duì)該2種平臺(tái)的通信業(yè)務(wù)軟件進(jìn)行二次開發(fā)，基本實(shí)現(xiàn)了分布式通信功能。

3．2測(cè)試驗(yàn)證

針對(duì)礦井分布式通信技術(shù)的可行性及功能進(jìn)行測(cè)試，調(diào)度通信服務(wù)器為SIP中心節(jié)點(diǎn)。環(huán)網(wǎng)接入器與通信基站、Mesh基站組成有線、無線IP分組傳輸交換網(wǎng)絡(luò)，支持IP單播、組播與廣播報(bào)文的高速傳輸與管理。有線多媒體終端、無線多媒體終端、信息化礦燈與無線語音終端為實(shí)現(xiàn)了分布式P2P通信技術(shù)的SIP終端節(jié)點(diǎn)。分類測(cè)試結(jié)果如下：

（1）中心節(jié)點(diǎn)服務(wù)在線、傳輸網(wǎng)絡(luò)連接正常情況下，終端節(jié)點(diǎn)間的呼叫與通信都經(jīng)過中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信令與媒體的，呼叫建立延時(shí)在1s內(nèi)，終端節(jié)點(diǎn)間通信正常，中心節(jié)點(diǎn)的各種調(diào)度功能正常。

（2）中心節(jié)點(diǎn)服務(wù)斷線或傳輸網(wǎng)絡(luò)局部有效情況下，網(wǎng)絡(luò)可達(dá)的終端節(jié)點(diǎn)間可建立呼叫并正常通信，多媒體終端之間可以音視頻通信。終端節(jié)點(diǎn)間的呼叫建立延時(shí)2～3s，原因是目前主叫節(jié)點(diǎn)始終先嘗試向中心節(jié)點(diǎn)呼叫，呼叫失敗后再發(fā)起分布式尋址及呼叫。

（3）中心節(jié)點(diǎn)服務(wù)斷線，配置終端節(jié)點(diǎn)以組播方式分布式尋址，配置不同組播組的終端節(jié)點(diǎn)之間即使網(wǎng)絡(luò)可達(dá)也不能建立呼叫，配置相同組播組且網(wǎng)絡(luò)可達(dá)的終端節(jié)點(diǎn)之間可以建立呼叫并通信。

（4）中心節(jié)點(diǎn)服務(wù)斷線，配置終端節(jié)點(diǎn)以廣播方式分布式尋址，網(wǎng)絡(luò)可達(dá)的終端節(jié)點(diǎn)之間可以建立呼叫并通信。

4結(jié)語

基于SIP協(xié)議與全分布式P2P技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的井下分布式P2P通信方案，能夠滿足分布式通信技術(shù)應(yīng)用到礦井通信環(huán)境中的技術(shù)要求，是一種較好的井下終端脫網(wǎng)通信方案，為目前井下通信技術(shù)與裝備應(yīng)急通信能力薄弱的問題提供了一種解決方法，在井下通信聯(lián)絡(luò)、應(yīng)急調(diào)度、區(qū)域通信以及救災(zāi)通信聯(lián)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)合有較好的工程實(shí)用價(jià)值。

作者:顧俊李正東包建軍顧義東單位:天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司