引用本文:
韩哲. Li-Fi在煤矿智能化中的应用[J]. 光通信技术,2021,45(4):7-11.
韩 哲1,2
(1.中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;2.煤炭科学研究总院 开采研究分院,北京 100013)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对现阶段煤矿井下的无线通信技术无法满足高速率、低延时和广覆盖的智能化发展需求的形势,介绍了可见光无线通信(Li-Fi)的工作原理和技术优势,着重分析了煤矿Li-Fi网络系统的整体架构和Li-Fi在煤矿中的典型应用场景,最后从6个方面展望了未来Li-Fi技术的研究方向。
关键词:可见光无线通信;第五代移动通信技术;煤矿智能化;应用场景
中图分类号:TN914 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)04-0007-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.04.002
0 引言
通信系统是煤矿最重要的系统之一,在煤炭生产中占据着举足轻重的地位,是实现数据驱动的智能化采煤的重要基石。煤矿井下人员定位及车辆无人驾驶等移动目标监测、硐室无人巡查、井下环境感知、采掘设备状态监测及控制、机械设备远程维护和透明矿井建设等智能化应用场景都需要大带宽、低延时的网络支持。井下无线通信先后采用过小灵通(PHS)、3G、4G、WiFi、LoRa、Zigbee和UWB等通信技术,主要用于实现井下语音、图像和数据通信功能。最新的第五代移动通信技术(5G)在煤炭行业处于初级应用阶段,其通信架构、井下覆盖范围、成本和能耗等针对性的技术问题仍处于研究探索过程中[1-2]。
在煤矿智能化信息基础建设过程中,多种通信技术融合并存、优势互补能够有效克服煤矿应用的瓶颈,高带宽网络、精准定位导航和多网络数据融合亦是下一代网络发展的必然趋势[3]。可见光无线通信(Li-Fi)兼具无线和光的特性,具有宽频谱、无电磁辐射、无电磁干扰和绿色节能等突出优势,是未来6G网络蓝图中重要的组成部分[4]。Li-Fi可替代或补充现有短距离无线通信技术的劣势,融合5G、电力线通信(PLC)和人工智能(AI)等通信技术,搭建矿井泛在通信网络。Li-Fi打破了传统无线电通信技术的制约,为搭建煤矿智能化工业互联网平台、煤矿大数据平台和矿井综合管控平台提供了高速、可靠的底层数据通信链路。本文将分析Li-Fi技术优势,综述Li-Fi在煤矿智能化中的应用。
4 结束语
近年来,Li-Fi发展迅速,已应用于智慧家居、智慧交通和智慧展览馆等场景。Li-Fi可适应煤矿智能化无线通信发展的需求,将成为推动矿井传输网络革新的关键手段。但要在煤矿智能化建设中普及Li-Fi技术的应用,针对煤炭行业的应用场景和网络性能还需要更深入地探索和研究,具体研究方向如下:
①需要研究探索煤矿多网络协作通信整体架构,包括Li-Fi、5G、NBLoT和WiFi6等集感知、通信、智能和计算一体化的网络架构,促进Li-Fi异构网络的融合发展。
②需要有针对性地研究适应于井工煤矿恶劣环境下Li-Fi系统的光源分布、调制方法和信道模型等关键技术,满足井下传输需求。
③井工煤矿工人作业需佩戴矿灯设备,给Li-Fi上行链路提供了支持,开展基于Li-Fi的智能化信息矿灯的研究可拓展Li-Fi在煤矿的应用;井工煤矿固定设备,如姿态传感器、视觉传感器等,可研究相对成熟的Li-Fi和红外相结合的技术,提供比射频频谱更大的工作范围,来解决低传输速度的问题。
④探索适用于煤矿井下传输的Li-Fi融合红外或WIFI的传输切换模式,研究异构网络的切换算法,实现发射、接收端网络低延时切换。
⑤Li-Fi对于墙体设备遮挡、井下煤尘和干扰光源等遮挡物问题,需研究光的低损耗技术,通过增强光的穿透能力来克服煤矿复杂多变的环境。
⑥为适应矿井大规模智能终端的应用,深入研究MIMO通信技术来实现Li-Fi系统大容量、高质量的通信需求。