一种基于WiFiMesh网络的露天矿山场景网络补盲系统与方法与流程

本发明涉及无线通信网络，具体涉及一种基于wifi mesh网络的露天矿山场景网络补盲系统与方法。

背景技术：

1、露天矿山多处于丘陵或高原地带，采掘台阶随作业推进每日前移，排土场、谷底、高架头等地形交错，导致传统有线网络必须频繁重新布缆，施工周期长、成本高，且光缆易被矿车碾压、爆破飞石击断，难以匹配矿山“日推进、周变貌”的动态需求。现有4g/5g基站虽具备广域覆盖能力，但在山体遮挡与剧烈高差影响下，信号穿透损耗大，谷底、凹陷区形成持久盲区；同时，基站建设需铁塔、市电、传输配套，审批与施工周期常以月计，无法跟随作业面快速迁移。普通wifi更因视距受限，覆盖半径不足百米，难以满足无人驾驶矿卡、4k视频回传、人员定位等低时延、大带宽业务的连续链路需求。wifi mesh技术凭借自组织、自愈合、多跳中继等优势，为矿山网络补盲提供了新思路，但现有方案仍面临四大痛点：

2、1）节点部署受地形限制大，山顶、凹陷区缺乏市电与立杆条件；2）多径效应与障碍物遮挡导致信号衰减严重，单一频段在复杂地形下稳定性差；3）节点移动或故障时网络恢复能力不足，拓扑变化常引发秒级丢包，影响无人驾驶安全；4）缺乏针对矿山特殊业务的qos保障机制，无法为远程操控、爆破监测等关键应用提供确定性时延。

3、因此，有必要提供一种基于wifi mesh网络的露天矿山场景网络补盲系统与方法，以解决上述背景技术中提到的问题。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种基于wifi mesh网络的露天矿山场景网络补盲方法，包括：

2、s1、基于矿区地形三维建模数据和矿区作业规划信息，在矿区分布式部署若干核心节点、中继节点和移动节点形成三级无线mesh网络；

3、其中，所述核心节点部署于矿区固定区域并形成骨干环网，所述中继节点部署于矿区信号覆盖薄弱区域以扩展网络覆盖，所述移动节点配置于人员或移动设备上以提供随行接入，用于实现移动终端与mesh网络的通信接入；

4、s2、为所述mesh网络配置至少两个独立无线频段；其中一个所述无线频段用于传输网络控制信令，同时构成独立控制平面，另一个所述无线频段用于传输业务数据，同时构成独立数据平面；

5、s3、周期性采集所述mesh网络中各节点的链路状态参数和网络性能参数，以形成网络状态数据集；

6、s4、基于所述网络状态数据集，通过内置的强化学习决策引擎实时计算最优网络拓扑与数据转发路径；当监测到当前传输路径的链路质量低于预设阈值时，触发快速漫游机制，自动从预计算的多条备用路径中选择最优路径进行切换；当节点故障或链路中断导致路径失效时，启动分布式路由计算，重新生成全网或局部区域的最优转发树并同步更新节点流表，实现业务恢复。

7、优选地，在步骤s4中，所述强化学习决策引擎的优化目标函数为：最小化关键业务流的端到端时延与丢包率，同时最大化网络整体吞吐量与能耗效率。

8、优选地，所述独立数据平面包括至少两个逻辑子信道；所述方法还包括业务感知的差异化调度，其通过深度包检测识别所述业务流的类型，根据业务类型与预设策略，为不同业务流标记差异化的服务质量优先级；并根据业务流的服务质量需求特征与信道实时状态，对不同类型业务流实施差异化信道分配，并基于信道质量动态变化进行业务流的自适应迁移调度，确保各类业务均能获得匹配其需求的传输资源保障。

9、优选地，所述方法还包括对中继节点的自适应波束赋形对准调节，通过集成于中继节点的姿态传感器实时获取其安装倾角与方位角；周期性扫描其与各相邻节点之间的链路质量；以最大化目标链路信噪比与最小化对邻近链路的同频干扰为联合优化目标，通过闭环控制算法动态调整所述中继节点的天线波束指向角，并在调整过程中保持业务传输不中断。

10、优选地，所述天线波束指向角的初始计算值基于所述中继节点的部署高度、目标覆盖距离、天线垂直波束宽度以及目标邻居节点的相对坐标与磁偏角修正值得出，并以此初始值为中心在一个预设的有限角度范围内进行所述动态调整。

11、优选地，所述方法还包括端到端安全增强步骤：采用设备数字证书认证与用户动态令牌或生物特征认证相结合的多因素接入控制机制，并结合终端类型、地理位置及时间上下文实施动态的最小权限授权；同时对控制平面信令与数据平面业务数据采用差异化加密策略；其中，所述控制平面信令采用国密算法加密并进行完整性校验，所述数据平面业务数据采用高强度对称加密算法加密并附加消息认证码；并将关键网络事件日志生成密码学哈希值，并存入区块链或防篡改日志系统，以便审计追溯。

12、优选地，部署于无市电区域的所述中继节点采用太阳能光伏板与储能电池相结合的混合供电系统，并具备低功耗休眠模式。

13、优选地，所述方法还包括针对矿山爆破特殊作业的场景化自适应步骤：在爆破作业开始前的预设时间，自动激活预部署的应急中继节点或调整现有节点的发射功率与天线模式，在爆破警戒区内形成临时的高密度、高可靠网络覆盖；并在爆破作业结束后，自动撤销临时配置，网络恢复至常态运行模式。

14、一种基于wifi mesh网络的露天矿山场景网络补盲系统，包括：

15、网络节点集群模块，其包括若干核心节点、中继节点和移动节点，各节点通过无线mesh链路通信连接；

16、网络智能管理装置，部署于矿山调度中心，通过回传链路与至少一个所述核心节点通信连接，所述网络智能管理装置包括：

17、状态感知模块，其与所述网络节点集群模块通信连接，用于执行全网状态感知，构建并维护实时网络状态数据库；

18、智能决策与自愈模块，其与所述状态感知模块数据交互，所述智能决策与自愈模块内嵌设有强化学习决策引擎，用于执行智能决策与自愈步骤，同时生成网络优化与控制策略；

19、策略执行与分发模块，其分别与所述智能决策与自愈模块和所述网络节点集群模块通信连接，用于将控制策略编译为具体配置指令并下发至对应节点执行。

20、优选地，所述中继节点还包括：天线方向可调单元，其包括电动云台和天线，所述策略执行与分发模块生成的波束调整指令，通过所述网络节点集群模块下发至目标中继节点，驱动目标中继节点的电动云台动作，并执行自适应波束赋形对准操作。

21、与现有技术相比，本发明提供了一种基于wifi mesh网络的露天矿山场景网络补盲系统与方法，具有以下有益效果：

22、1、灵活部署与自适应覆盖：基于矿区地形三维建模数据和作业规划信息，在矿区分布式部署核心节点、中继节点和移动节点，形成三级无线mesh网络。能够精确覆盖矿区的各个角落，包括传统网络难以到达的凹陷区、边坡等信号薄弱区域，实现自适应的网络覆盖，显著提升矿区的整体通信质量。

23、2、智能决策与自愈能力：内置强化学习决策引擎，基于网络状态数据集实时计算最优网络拓扑与数据转发路径。当监测到链路质量下降或节点故障时，能够自动触发快速漫游机制或分布式路由计算，迅速选择最优路径进行切换或重新生成转发树，实现业务的快速恢复，大大增强了网络的韧性和可用性。

24、3、业务感知的差异化调度：通过深度包检测识别业务流类型，并根据业务类型与预设策略为不同业务流标记差异化的服务质量优先级。结合信道实时状态，对不同类型业务流实施差异化信道分配和自适应迁移调度，确保各类业务均能获得匹配其需求的传输资源保障，提高了网络资源的利用效率和业务的服务质量。

25、4、端到端安全增强：采用设备数字证书认证与用户动态令牌或生物特征认证相结合的多因素接入控制机制，并结合终端类型、地理位置及时间上下文实施动态的最小权限授权。同时，对控制平面信令与数据平面业务数据采用差异化加密策略，确保了数据传输的安全性和完整性。关键网络事件日志的密码学哈希值存入区块链或防篡改日志系统，便于审计追溯，进一步增强了网络的安全性。