[发明专利]一种煤矿井下机载惯导5G无线通信系统及方法

权利要求书

1.一种煤矿井下机载惯导5G无线通信系统，其特征在于，包括地面调度信息中心和采掘工作面通信系统；

地面调度信息中心包括地面调度指挥中心控制主机、万兆工业环网交换机、惯导系统服务器、矿用5G专网核心交换机、5GC核心网服务器和安全隔离防火墙；

采掘工作面通信系统包括井下工作面万兆网交换机、井下集控中心控制主机、5G边缘计算服务器、矿用惯导装置、矿用5G基站控制器和矿用5G基站；

矿用惯导装置信号连接矿用5G基站，矿用5G基站信号连接矿用5G基站控制器，矿用5G基站控制器分别信号连接5G边缘计算服务器和矿用5G专网核心交换机，将生产过程中采掘机位置姿态和惯导数据信息传输至地面；

井下集控中心控制主机通过井下工作面万兆网交换机与万兆工业环网交换机信号连接；矿用5G专网核心交换机通过安全隔离防火墙与万兆工业环网交换机信号连接；万兆工业环网交换机连接惯导系统服务器，实现下发和接收矿用惯导装置数据；万兆工业环网交换机连接地面调度指挥中心控制主机实现接收矿用惯导装置数据和下发惯导控制指令；

矿用5G专网核心交换机分别连接5GC核心网服务器、矿用5G基站控制器和安全隔离防火墙，通过三层互联路由配置实现接入和移动管理、核心网上报建立接入请求和安全隔离。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下机载惯导5G无线通信系统，其特征在于，地面调度信息中心包括：

地面调度指挥中心控制主机，用于登录惯导系统服务器，配置修改工作面参数、通信方式；

万兆工业环网交换机，用于分别与井下工作面万兆环网交换机、惯导系统服务器和5G专网核心交换机连接，基于三层互联实现工业网与矿用5G专网的访问控制和融合对接；

惯导系统服务器，用于实时解算矿用5G专网核心交换机上传的惯导数据，实时展示井下采掘机位置姿态信息，对煤矿井下的矿用惯导装置下发操作指令；

矿用5G专网核心交换机，用于与矿用5G基站控制器和万兆工业环网交换机的访问控制和融合对接；

5GC核心网服务器，用于实现与矿用5G专网核心交换机的信息承载和管理；

安全隔离防火墙，用于对矿用5G专网核心交换机与万兆工业环网交换机网络的隔离防护。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下机载惯导5G无线通信系统，其特征在于，采掘工作面通信系统包括：

井下集控中心控制主机，用于对工作面采掘机进行远程集控，实现采掘工作面生产设备的远程集中管理和操作控制；

井下工作面万兆网交换机，用于将井下采煤工作面集控中心各控制主机汇聚接入和数据交互，实现矿用5G专网业务数据、工业环网生产控制数据的汇聚接入和路由转发；

5G边缘计算服务器，用于进行矿用5G基站控制器本地分流；

矿用惯导装置，安装部署于井下采煤工作面采掘机机身，用于实时测量采掘机械位置、姿态信息，通过矿用5G专网实现信息数据的上传，接收地面调度指挥中心控制主机、惯导系统服务器下发的控制指令；

矿用5G基站控制器，用于矿用5G基站信号调制、解调和协议解析，进行无线信号传输，为矿井提供5G信号覆盖；

矿用5G基站，用于解析并放大矿用5G基站控制器基带信号，接收来自矿用惯导装置的5G CPE通信模组信号，进行数字处理传输至矿用5G基站控制器。

4.根据权利要求3所述的一种煤矿井下机载惯导5G无线通信系统，其特征在于，当需要提高井下工作面矿用惯导装置与惯导系统服务器数据通信实时性和解算效率时，采用5G边缘计算服务器进行惯导系统服务承载，降低通信时延。

5.根据权利要求3所述的一种煤矿井下机载惯导5G无线通信系统，其特征在于，矿用5G基站控制器安装于井下采掘工作面监控中心，通过万兆光链路连接部署于地面的矿用5G专网核心交换机，实现与5GC核心网服务器的通信、5G专网基带信号调制、解调和协议解析。