煤矿CDMA 无线远程监控系统

一 概述 　　目前，煤矿井下作业因为远离地面，地形复杂，环境恶劣，所以容易发生事故。在这些事故中，瓦斯爆炸又占绝大多数。这其中固然有很多因素，但各煤矿生产企业安全监测不完备、管理手段落后也是造成事故频发的重要原因之一。当前一些煤矿使用的监控系统都是早期的模拟监控，性能和稳定性不高，管理也不方便。也有一些煤矿使用有线远程监控系统，，此系统成本高、网络结构变更困难、施工难度大。我公司针对当前煤矿安全监测手段落后，缺乏足够的监督手段，设计出一套低成本、高效益的解决方案－无线远程监控系统。利用无线远程监控系统，地面监控人员可以直接对井下情况进行实时监控，不仅能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，而且能及时发现事故苗子，防患于未然。因此无线远程监控系统是现代矿井安全生产监控系统的发展方向。 　　现在随着网络技术和计算机技术的发展，基于TCP/IP 协议的IP 网的应用得到广泛普及。高速宽带主干网的建成和各地区高速接入系统的迅速发展，促进了基于IP 技术的网络远程监控系统的发展。在煤矿安全监控系统中引入无线远程网络监控系统也就成为必然。 二、无线远程监控系统的组成 　　北京泰亚东方通信设备有限公司的无线远程监控系统由数据采集子系统、数据传输子系统、数据监控子系统三部分组成。 　　数据采集子系统：由瓦斯传感器和传感控制器组成，主要负责采集矿井下空气中甲烷的含量，并将数据通过串口线上传到无线数据传输终端。 　　数据传输子系统：由无线传输终端和CDMA 网络组成，无线传输终端负责接受传感控制器的数据，并将数据通过CDMA 网络传输到数据监控中心。 　　数据监控子系统：负责将由数据传输终端传上来的数据进行分析，并保存在数据库中。 三、无线远程监控系统应用案例 　　北京泰亚东方通信设备有限公司经过长期的摸索和实践，总结出了一个通信稳定、低成本的无线传输解决方案。 　　北京泰亚东方通信设备有限公司充分利用中国联通CDMA 1X 网络，有CDMA 网络覆盖的地方就能够传输数据。跟传统的模拟监控系统和现有的有线监控系统相比，无线传输具有如下优势： （1） 网络架构稳定。当有一个新的矿井时，无需改变现有的网络架构，只需要增加相应的数据传输设备。 （2）设备安装简单。建设新的分站点无需进行拉线、埋线等工作。较光纤或专线系统投资较少，设备安装方便。 （3）CDMA 1X 资费便宜，计费合理。CDMA1X 资费包月比有线电话网络资费还便宜。 （4）CDMA 1X 能最好地支持频繁的、少量突发型数据业务。通信质量稳定可靠，永不掉线。 （5）CDMA1X 网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。由于CDMA1X 网本身就是一个分组型数据网, 支持TCP/IP、X.25 协议，因此无需经过PSTN 等网络的转接，直接与分组数据网（IP 网或X.25 网）互通，接入速度仅几秒钟，快于电路型数据业务。采用TCP/IP 协议，较以前的无线数据网络（集群，双向传呼，GSM 短信息）而言，网络接入更加直接方便。 五、CDMA 1X 无线接入的安全性 　　数据中心可通过到中国联通CDMA 网中数据网(VPDN)接入，采用VPDN 方式成本比较低，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。 　　网中数据网（VPDN）业务提供方案如下图所示。 　　上述网中数据网的示意图，联通网中数据网可以提供5 级业务安全保障，从而充分保证网络中数据的安全。 第一级安全保证：CDMA 网络本身的安全性 　　目前世界上使用的移动通信网络主要有两种：GSM 和CDMA。与GSM 相比，CDMA 网络系统在安全保密方面具有很大优势。CDMA 本来就是起源军事保密技术，在战争期间广泛应用于军事领域，具有抗干扰、安全通信、保密性好的特性。进行移动手机信号的窃听一般使用以下三种方法。首先，需要捕捉到通信信号。在空间中充满了各种各样的无线电波，用户手机信号就混杂在其中。要想窃听某一个用户的通话，首先必须捕捉到这个用户手机发出的特定的电磁波。由于CDMA 系统采用扩频技术，经过扩频以后的有用信号的频谱被大大地展宽了，用户信号隐蔽在互不相关的信号中，要想捕捉到这一有用信 号非常困难。因此，窃听器捕捉不到，也无法识别出哪些是CDMA 手机用户的通信信号，哪些是噪音。其次，窃听器必须锁定手机用户通信的信号，继而才能分析和破解信息。而CDMA 采用快速切换功率控制技术，即便是窃听设备捕捉到了用户手机信号，也不能锁定快速功率切换下的有用信号，因此，快速功率切换让CDMA 信号很难锁定。第三，需要破解用户信息编码。而CDMA 采用伪随机码技术，用长达42 位的伪随机码来标识区分用户，每次通话都有4.4 万亿种可能的排列，窃听器很难破译出CDMA 的编码。所以CDMA 技术本身就很安全。 第二级安全保证：CDMA 网络侧的AAA 认证 　　AAA 是指认证（Authentication）、授权（Authorization）、计费（Accounting）三个过程，其中：认证是，用户在使用网络系统中的资源时对用户身份的确认。这一过程，通过与用户的交互获得身份信息（像用户名－口令、生物特征信息等），然后提交给认证服务器；认证服务器对身份信息与存储在数据库里的用户信息进行核对处理，然后根据处理结果确认用户身份是否正确。授权是，网络系统授权用户以特定的权限使用其资源，这一过程指定了被认证的用户在接入网络后能够使用的业务和拥有的权限，如授予IP 地址，准许访问时间等。计费是，网络系统收集、记录用户对网络资源的使用信息，以便向用户收取资源使用费。以互联网业务提供商ISP 为例，用户的网络接入使用情况可以按流量或者时间准确地记录下来。认证、授权和计费一起实现了网络系统对特定用户的网络资源使用情况的准确记煤矿CDMA 无线远程监控系统录。这样既在一定程度上有效地保障了合法用户的权益，又能有效地保障网络系统安全可靠地运行。 　　CDMA 网络侧的AAA 认证过程是对用户的域名进行鉴权认证，网中数据网的用户（VPDN 成员）是以username@xxx.133vpdn.qd 形式登录的（用户在联通登记入网时，联通分配其一个域名xxx.133vpdn.qd）。CDMA 网络侧的AAA 服务器对登录用户的域名和该用户的IMSI 进行绑定审核验证。验证通过后，方可接入联通CDMA 网络。 第三级安全保证：CDMA 网络和用户网络之间的VPN 链接 　　CDMA 网络和用户网络之间可以采用专线链接，也可以使用Internet 链接。使用Internet 链接必须考虑安全性，因此，可以使用VPN 将二者利用Internet 链接起来。 　　VPN 技术非常复杂，涉及到通信技术、密码技术和现代认证技术。主要包含两种技术：隧道技术与安全技术。 　　VPN 是在不安全的Internet 上传输的，传输内容可能涉及到企业的机密数据，因此安全性非常重要。VPN 中的安全技术通常由加密、认证及密钥交换与管理组成。主要有认证技术，加密技术，秘钥管理与交换技术。 　　 第四级安全保证：用户网络侧的安全防火墙（FW） 　　防火墙技术是目前用来实现网络安全措施的一种主要手段，主要是用来拒绝非法用户的访问，阻止非法用户存取敏感数据，同时允许合法用户顺利访问网络资源。防火墙实际上是一种访问控制技术，在某个机构的内部网络和不安全网络之间设置障碍，阻止对信息资源的非法访问，也可以使用防火墙阻止保密信息从受保护网络上的非法输出。 　　用户网络可以选用适合于本单位的防火墙产品来保证自己网络数据的安全。 第五级安全保证：用户网络侧的AAA 鉴权认证 　　用户网络侧的AAA 鉴权认证可以实现对VPDN 成员的身份认证。与第二级的安全保证不同，本级的AAA 服务器将鉴别VPDN 成员的用户名和密码的正确性．username@xxx.133vpdn.qd 中的域名将是中国联通公司提供给专网接入用户的专有统一域名，用户名（username）可以是VPDN 中每个成员的手机号码或者其它标识。VPDN中成员的用户名和密码等资料将保存在用户专网侧的AAA 服务器，具有很好的安全性和管理的灵活性。 六、泰亚无线传输产品的特点 　　系统采用北京泰亚东方通信设备有限公司的TCD800 CDMA 无线数据传输终端。产品基于中国联通的CDMA 网络，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准RS232 接口可直接与计算机、数据采集设备等连接，传输速率达153Kbps，具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站之间的数据采集和控制。 　　串口设备CDMA 无线数据传输终端TCD800 是一个可以让工业用的RS232/RS485 串口设备的串口通信立即转换为CDMA 无线网络通信的双向转换传输设备。转换器采用透明传输的方式，用户不用知道复杂的CDMA 通讯原理和TCP/IP、UDP 协议，不用更改程序即可实现原有串口设备的无线网络连接，节省您宝贵的时间和已有投资，可用于长距离通信或控制。广泛用于楼宇自动化控制、停车场设备、交通控制、LED 屏幕控制、工厂、车间、矿井、油田、银行、环保、电气等遥控领域。能快速实现串口设备的遥控功能。 　　TCD800 支持RS232/RS485 串口接口，直接连接串口设备使得串口设备立即具备遥控功能，设备参数如下： ★RS232 串口速率高达115200 bps ★串口经济型：三线标准：RXD，TXD，GND ★支持UDP/TCP 网络协议 ★CDMA 数据通信 ★变底层的串口协议为广泛使用的TCP/IP 协议 ★掉线自动重新拨号功能 ★通过超级终端类似于AT 指令方式或设置程序灵活设置通信参数 ★支持设备之间透明传输/非透明传输 ★支持静态IP、域名、SMS 找IP 等多种主机发现方式 ★供电：+5V<