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，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)點給終端節(jié)點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方式實現(xiàn)全雙工呼叫與多媒體通信。終端節(jié)點間通過分布式通信完成原由中心節(jié)點提供的呼叫尋址功能，且仍可通過P2P網(wǎng)絡(luò)進行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)下的多個小網(wǎng)劃分與通信。終端節(jié)點在分布式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)中多個小網(wǎng)的定義與通信控制，實現(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中心或特定節(jié)點進行交互，且終端節(jié)點數(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

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個中心目錄服務(wù)器負責(zé)記錄共享信息以及回答對這些信息的查詢，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)點中，其最顯著的特點就是完全去中心化，采用了隨機圖的組織方式來形成一個松散的網(wǎng)絡(luò)。

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

（4）結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)具有自組織和負載均衡等特點，通過采用DHT（DistributedHashTable，分布式哈希表）算法，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點并不需要維護整個網(wǎng)絡(luò)的信息，只在節(jié)點中存儲其鄰近的后繼節(jié)點信息，輸入的信息將通過分布式哈希函數(shù)唯一地映射到某個節(jié)點上，然后通過一些特定的路由算法和該節(jié)點建立連接。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)是一個區(qū)域較大的局域網(wǎng)絡(luò)，可利用組播或廣播模式進行發(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。SIP信令協(xié)議具有控制靈活、可擴展性強、支持分布式等特點，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)議的開放性及針對煤礦行業(yè)專網(wǎng)應(yīng)用的可擴展性已得到實際驗證［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)點的SIP通信協(xié)議針對終端節(jié)點間的全分布式P2P網(wǎng)絡(luò)模型做必要擴展與支持，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)點單點失效或IP通信網(wǎng)絡(luò)僅局部有效時，終端節(jié)點間可不依賴任何超級節(jié)點或特定節(jié)點實現(xiàn)井下全分布式P2P通信。

2．2礦井分布式通信流程設(shè)計

井下SIP終端節(jié)點發(fā)起呼叫時，在中心節(jié)點有效情況下，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，尋址到被叫節(jié)點后，利用SIP信令流程向被叫節(jié)點發(fā)起端到端的多媒體呼叫與通信。終端節(jié)點間分布式呼叫和通信信令流程如圖1所示。各終端節(jié)點仍按SIPREGISTER信令流程周期性向通信服務(wù)中心節(jié)點S注冊，當用戶號碼為Alice的終端節(jié)點A撥號呼叫用戶號碼為Bob的終端節(jié)點B時，無論終端節(jié)點A是否向中心節(jié)點S注冊成功，終端節(jié)點A首先向中心節(jié)點S發(fā)起INVITE信令消息，若限定時間T1內(nèi)未收到中心節(jié)點S的任何回應(yīng)，終端節(jié)點A發(fā)起一個P2P請求（Request＿P2P），詢問Bob的節(jié)點地址信息。若終端節(jié)點B可達，并且終端節(jié)點A在限定時間T2內(nèi)收到終端節(jié)點B的P2P響應(yīng)（Response＿P2P）消息，則終端節(jié)點A將以響應(yīng)消息中告知的節(jié)點地址信息重新發(fā)起呼叫Bob的INVITE信令消息，后續(xù)呼叫流程即為標準的SIP協(xié)議端到端語音或音視頻多媒體通信過程。

3實現(xiàn)與驗證

3．1技術(shù)實現(xiàn)

筆者團隊開發(fā)的有線多媒體終端、無線多媒體終端以及無線語音終端、信息化礦燈已實現(xiàn)了基于SIP協(xié)議與標準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，無線語音終端與信息化礦燈基于ARM9平臺。對該2種平臺的通信業(yè)務(wù)軟件進行二次開發(fā)，基本實現(xiàn)了分布式通信功能。

3．2測試驗證

針對礦井分布式通信技術(shù)的可行性及功能進行測試，調(diào)度通信服務(wù)器為SIP中心節(jié)點。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現(xiàn)了分布式P2P通信技術(shù)的SIP終端節(jié)點。分類測試結(jié)果如下：

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

（2）中心節(jié)點服務(wù)斷線或傳輸網(wǎng)絡(luò)局部有效情況下，網(wǎng)絡(luò)可達的終端節(jié)點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)點間的呼叫建立延時2～3s，原因是目前主叫節(jié)點始終先嘗試向中心節(jié)點呼叫，呼叫失敗后再發(fā)起分布式尋址及呼叫。

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

（4）中心節(jié)點服務(wù)斷線，配置終端節(jié)點以廣播方式分布式尋址，網(wǎng)絡(luò)可達的終端節(jié)點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)計并實現(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)用場合有較好的工程實用價值。

作者:顧俊李正東包建軍顧義東單位:天地（常州）自動化股份有限公司