孫繼平，教授，博士，博士生導師，原中國(guó)礦業大學(xué)（北京）副校長(cháng)。獲國(guó)家科技進(jìn)步獎和技術發(fā)明獎二等獎4項（第1完成(chéng)人3項）；作爲第1完成(chéng)人獲省部級科技進(jìn)步特等獎和一等獎8項；作爲第1完成(chéng)人主持制定中華人民共和國(guó)煤炭行業、安全生産行業和能(néng)源行業标準38項；作爲第1發(fā)明人獲國(guó)家授權發(fā)明專利100餘項；主持制定《煤礦安全規程》第十一章“監控與通信”；以第一作者發(fā)表SCI、Ei檢索論文100餘篇，出版著作12部；作爲國(guó)務院煤礦事(shì)故調查專家組組長(cháng)參加10起(qǐ)煤礦特别重大事(shì)故調查工作。

5G、人工智能(néng)、大數據等技術在煤礦的推廣應用，減少了煤礦井下作業人員數量和勞動強度，促進(jìn)了煤礦安全生産。但現有礦用工業環網難以滿足煤礦監控、人員和車輛定位、視頻和音頻監控、語音通信、5G等多業務綜合承載要求，主要存在以下問題：

（1）井下多網林立，建設成(chéng)本高

當前，井下視頻監控、安全監控、生産監控、人員定位、語音通信等不同業務系統采用不同的環網承載，造成(chéng)井下多網林立。煤礦井下現有網絡多爲工業交換機組網，交換機不支持時間同步、網絡切片等需求，不支持5G承載。

（2）網絡帶寬小

當前，井下環網大多隻有1Gbit/s或10Gbit/s，考慮到煤礦井下綜采工作面(miàn)和掘進(jìn)工作面(miàn)上百路高清攝像頭的規模部署，現有的環網帶寬已難以滿足要求。

（3）維護困難

傳統網絡管理手段單一，網絡出現故障時，往往需要運維人員下井插拔端口排查故障，故障定位和排除時間長(cháng)、效率低。

煤礦智能(néng)化信息綜合承載網既是實現地面(miàn)遠控，減少井下作業人員數量的需要，也是煤礦監控、人員和車輛定位、視頻和音頻監控、語音通信、5G等多網合一的需要。煤礦智能(néng)化信息綜合承載網應滿足以下技術要求：

（1）傳輸帶寬大

以全景視頻拼接的遠控采煤爲例，長(cháng)度300m的綜采工作面(miàn)大約需要200台防爆攝像機，每台4K高清礦用攝像機數據壓縮後(hòu)平均傳輸帶寬按20Mbit/s計算，1個綜采工作面(miàn)平均需要傳輸帶寬約4Gbit/s。此外，煤礦井下有多個采掘工作面(miàn)，巷道(dào)長(cháng)度大（巷道(dào)累計長(cháng)度達幾十千米），機電硐室多，機電設備和礦用車輛多，需要大量的礦用攝像機、傳感器和執行器。因此，綜合承載網所需的傳輸帶寬將(jiāng)超過(guò)萬兆。

（2）傳輸時延小

傳輸時延是實現地面(miàn)遠程實時控制的關鍵，綜合承載網傳輸時延越小越好(hǎo)。爲滿足地面(miàn)遠程實時控制的需要，綜合承載網傳輸時延應不大于20ms。

（3）可靠性高

可靠性是實現地面(miàn)遠程可靠控制的關鍵，綜合承載網可靠性越高越好(hǎo)，支撐遠控的承載網可靠性應大于99.99%。

（4）多業務綜合承載

煤礦井下有監控、定位、音頻、視頻4大業務，對(duì)傳輸帶寬、實時性、可靠性有不同的要求。因此，“一張網”綜合承載礦井監控、定位、視頻、音頻和遠控等業務，應按業務等級和不同需求分配通信鏈路。

（5）本質安全防爆

煤礦井下所有防爆類型中，本質安全防爆安全性最好(hǎo)。因此，綜合承載網設備應優先本質安全型防爆。

在傳統以太網的基礎上，網絡切片路由器具有5G承載、網絡切片、帶寬易擴展、可靠性高等特性，加持了基于IPV6的SRV6隧道(dào)技術、随流檢測技術等，并引入了SDN網絡控制器作爲煤礦網絡的神經(jīng)中樞，使網絡的業務開(kāi)通、業務擴展及網絡運維實現智能(néng)化。相對(duì)于傳統的交換機環網，基于網絡切片路由器的礦用綜合承載網絡（圖1）具備以下優點：

圖1 基于切片路由器的礦用綜合承載網絡架構

（1）支持5G承載

傳統的煤礦工業交換機不支持同步以太網、IEEE1588V2等協議，無法滿足5G基站精确時間同步的要求，因此無法直接接入5G基站。基于網絡切片路由器的礦用綜合承載網具有時鍾同步功能(néng)，支持5G承載。

（2）網絡切片，保障時延敏感業務的低時延

網絡切片技術是解決煤礦井下多網林立問題的關鍵技術。網絡切片可以在一張物理網絡上切分出多個轉發(fā)資源嚴格隔離的網絡平面(miàn)，不同的平面(miàn)之間不僅可以做到邏輯隔離，業務信息的傳輸時延也能(néng)做到互不影響。網絡切片技術可以將(jiāng)當前井下新建的5G承載網和井下衆多工業以太環網合并爲“一張網”，不同的切片網絡分别承載安全和生産監控、人員和車輛定位、視頻和音頻監視、5G、語音通信等不同業務，這(zhè)樣(yàng)可大幅降低井下網絡設備數量，減小維護難度和工作量。

（3）穩定可靠，拒絕網絡風暴

傳統的礦用網絡通常采用純二層的以太組網，容易導緻因人工配置錯誤或連線錯誤發(fā)生網絡風暴。而網絡切片路由器是三層組網，業務流量不再是簡單的以太報文查MAC表轉發(fā)，而是IP路由三層轉發(fā)。路由協議可以保障網絡無環路，因此可杜絕網路風暴的發(fā)生。

（4）帶寬大

傳統礦用以太網交換機鏈路帶寬一般不大于萬兆，難以滿足綜采工作面(miàn)視頻拼接、主運智能(néng)檢測等需求。網絡切片路由器骨幹環網的帶寬可以達到5萬M和10萬M，可以滿足綜采工作面(miàn)視頻拼接、主運智能(néng)檢測等需求。

（5）本質安全型路由器防爆安全性好(hǎo)，便于安裝維護。

随著(zhe)國(guó)内越來越多的煤礦企業選擇網絡切片路由器構建智能(néng)礦山信息綜合承載網絡，5萬M/10萬M網絡切片路由器建網模式逐漸成(chéng)爲行業共識。

國(guó)能(néng)神東煤炭集團有限責任公司上灣煤礦選擇井下通信“一網一站”建設模式，使用網絡切片路由器工業環網統一承載移動通信、人員定位、廣播通信等業務，解決了井下系統多、分站多的難題，爲井下安全生産提供保障。上灣煤礦“一網一站”井下路由器彙聚站點如圖2所示。

巴音孟克納彙煤炭有限責任公司選擇本安型網絡切片路由器建設井下工業環網，承載工業控制、視頻監控等業務，很好(hǎo)地支撐了中長(cháng)期的智能(néng)化業務規劃。巴音孟克納彙煤礦本安網絡切片路由器如圖4所示。

上述煤礦企業在煤礦網絡建設領域的成(chéng)功實踐，标志著(zhe)煤礦企業對(duì)礦山網絡建設重視程度的提高，網絡規劃更具前瞻性。5萬M/10萬M帶寬的網絡切片路由器（圖5）正在成(chéng)爲智能(néng)礦山網絡建設的趨勢，也將(jiāng)爲礦山智能(néng)化發(fā)展奠定ICT基礎。

圖5 礦用井下5萬/10萬M網絡切片路由器設備

文章來源：https://mp.weixin.qq.com/s/723XJdrm7sFIKOm31N0rvw