「好文推荐」煤矿5G通信系统安全应用技术研究

2021-12-30 17:58:16 文章来源:网络

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针对煤矿5G通信系统安全应用需求,煤炭科学技术研究院有限公司张立亚副研究员研究了5G核心网侧和无线接入侧的安全应用技术,并在煤矿井下测试了基于本文安全应用技术研发的煤矿5G通信系统覆盖半径、传输速率、通信时延、用户满意度等指标。

研究背景

5G技术因其高速率、低时延、广连接等优势,非常契合煤矿智能化对无线网络应用的需求,为解决煤矿智能化建设过程中存在的泛在感知困难、多类型数据同步传输不可靠、远程控制实时**差、融合大数据智能决策效率低等关键问题提供了有效途径。随着煤矿智能化技术的不断发展,煤矿综采工作面、掘进工作面、变电所、主辅运等场所对井下人员、设备、环境的智能化监测需求越来越多,对通信系统的安全**、可靠**等技术指标提出了更高要求。开发煤矿5G通信系统(图1)专网核心网、5G基站等相关产品时,应考虑核心网侧和无线接入侧的安全应用设计,以保障整个系统的安全**。

图1 煤矿5G通信系统

研究方法

1、 5G专网核心网安全设计

煤矿5G专网核心网采用SA(独立组网)架构,控制面集中部署在煤矿企业集团,用户面部署在各个矿区。专网核心网安全策略**括NFV(网络功能虚拟化)、SDN(**定义网络)、安全域隔离、切片等,利用NFV实现软**件的解耦,利用SDN实现控制和转发的解耦,通过切片实现网络的灵活**和高效**,且凭借数据不出园区的独特优势,实现了良好的网络安全**能。

针对煤矿5G专网业务数据流(图2),引入网络切片技术,实现一张网络同时支持多种类型的业务场景,同时保障井下特定资源的优先权。为保证高优先级业务数据可靠传输,通过比例公平算法实现无线空口资源调度分配,采用RB(资源块)为网络切片资源业务提供优先传输。

图2 煤矿5G专网业务数据流向

2、 矿用5G基站安全应用设计

矿用5G基站在煤矿井下应用需满足GB 3836.1—2010《******环境 第1部分:设备通用要求》第6.6.1条要求,即射频总的阈功率须≤6 W。5G基站(图3)采用5G NR(新空口)技术规范,基站模块的输入视在功率≤100 VA。天线隔离板通过4个22 pF/6 kV隔离电容对基站射频端口信号进行安全隔离,并过滤高频能量信号,将射频能量由非安转换为本安,实现5G基站输出端的本安设计。经测量和计算,基站射频阈功率为3.2 W,满足射频总的阈功率≤6 W要求。

图3 5G基站**件组成

研究成果

在矿区部署5G通信系统。地面部署专网核心网、核心交换机等设备,在井下综采工作面、变电所、水泵房、避难硐室等场所部署4台基站控制器、24台5G基站、30部智能通信终端,测试信号强度、上传速率、通信时延、用户业务**能等指标。结果表明:在100 m覆盖范围内,基站信号强度**小值为-98 dB,满足不低于-100 dB的要求,且视频通话清晰、稳定;上传速率**大值为850 Mbit/s,**小值为520 Mbit/s,满足基站上传速率不低于**大上传速率60%的要求;平均通信时延为18.56 ms,满足智能矿山数据传输低时延需求;有切片资源调度情况下,用户个数为200时用户满意度较无切片资源调度时提高52.8%。

引用格式

张立亚.煤矿5G通信系统安全应用技术研究[J].工矿自动化,2021,47(12):8-12.

ZHANG Liya.Research on safety application technology of coal mine 5G communication system[J].Industry and Mine Automation,2021,47(12):8-12.

作者联系方式

张立亚(1985—),**,河北定州人,副研究员,**士研究生,现主要从事智能矿山与煤矿通信技术研究工作,E-mail:zhangliya@ccrise.cn。

免责声明:以上内容转载自工矿自动化,所发内容不代表本**立场。

全国能源信息**联系电话:010-65367702,邮箱:hz@people-energy.com.cn,地址:北京市朝阳区金台西路2号人民日报社

来源:全国能源信息**

▲科研人员在实验室工艺**上制备单质碲开关器件。

智能时代对海量数据、超快运算的要求不断提升,体积更小、耗电更省、寿命更长的“未来存储器”也成为业界的一大研发重点。**科学院上海微系统与信息技术研究所宋志棠研究团队经过20年的不懈努力,研制出了一种单质碲新型存储开关器件,其**能稳定、漏电量小、寿命长,展现出十分诱人的应用前景。**新出版的国际著名学术期刊《科学》报道了这一“前所未有的”基础研究成果。

大到数据中心,小到小小芯片,都离不开动态内存(DRAM)。现在通用的DRAM有一个致命缺点,那就是怕断电——一旦断电,内存中的数据就会瞬间消失,再也找不回来。虽然也有可随时保存数据的闪存(FLASH),但数据擦写、读取都很慢,科学家总希望找到一种更**的下**存储器。

相变存储器(PCM)就是这样一种理想的存储器:它通过电流和电场的开关,让存储材料在晶态和非晶态间切换。一开一关改变的是材料的物理状态,即使断电,这种状态也不会消失,同时还可快速擦写。以100兆数据搜索为例,用PCM只需1秒,比传统存储器快了19倍,而100兆的数据量相当于一部《二十五史》的信息量。

随着数字经济、5G、物联网、人工智能的兴起和发展,数据**发式增长,人类社会正步入到以大数据为特征的智能化时代,这对信息存储和处理带来极大挑战。PCM也从**向三维发展,制造工艺对三维PCM(3D PCM)材料提出了更为苛刻的要求。早在2002年,宋志棠就开始关注这个方向。他的课题组从2003年开始不断寻找适合做3D PCM的相变材料和开关材料。

“当全世界寻找的开关材料越来越复杂,我们却想反其道而行之。”2017年,宋志棠的**朱敏结束德国“洪堡学者”访学项目归国,加入研究组,开始重新审视一种广为人知的半导体材料——碲。朱敏研究员解释,材料组成越复杂,在纳米尺度上就越难做得均匀,这样就制约了3D PCM的寿命和存储密度的提升。他们在实验中发现,单质碲竟然还有着尚未被人们察觉的特**:它可以在-10℃至400℃的宽广温度范围内,在电压作用下,在具有半导体特**的晶态与具有类金属特**的液态之间快速切换,从而形成肖特基结或欧姆接触。

由于单质碲材料**简单,液态时电阻跟金属一样低,故而驱动电流强大、**能稳定,开关寿命可长达1亿多次,且漏电量小。而且,单质碲的沉积无需高温,这对于存储器的3D层叠加工至关重要。

经过四年多攻关,研究组在世界上首创了新型单质碲存储开关器件。《科学》杂志高级编辑布伦特·格罗乔斯基以“单质开关”为题发表**认为,这种纯碲器件“能够进行快速的相转变”“为避免多元素相变材料引发的问题,提供了十分吸引人的应用前景”。意大利**研究委员会微电子和微系统所教授拉法埃拉·卡拉尔科认为,宋志棠、朱敏等研究人员的成果是“前所未有的”,“为实现晶态单质开关器件提供了稳健的方法,也为3D PCM的研发提供了新视角”。

“接下来,我们将进行大量工程化验证。”宋志棠表示,一旦工程化验证完成,该技术将有更明确的市场方向。同时他们相信,“固液开关理论”也将成为相变存储领域中一个重要的创新方向。

作者:许琦敏

编辑:施薇

来源:文汇网

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