基于SIP和SNMP协议的矿用救灾通讯软件设计

张少华

（1.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037；2.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆400037）

基于SIP和SNMP协议的矿用救灾通讯软件设计

张少华1，2

（1.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037；2.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆400037）

根据矿井救援工作的实际需要，设计并实现了矿用救灾无线通讯系统的管理软件。该系统软件采用SIP、SNMP与自定义协议相结合的方式实现语音通话、视频数据和环境数据实时上传功能；同时，提出利用SNMP协议与第三方固件相结合的方式对无线中继器进行组网管理，实现了矿用手机在无线中继器间的无障碍漫游通话。

矿井救援；无线中继器；SIP协议；SNMP协议；无线通信

0 引言

应急救援是一项需要统一指挥、多方配合的工作，实际的现场救援工作表明，在第一时间建立救援现场与救援指挥部的通信联系，让指挥部及时了解现场情况，对组织各方力量、制定科学的救援方案有着重要意义[1]。

但是，由于应急救援工作的救援地点具有不确定性，在一些地方很难保证在救援工作进行过程中，事故现场与救援指挥部之间的通信畅通。特别是一些存在较高事故风险的小型矿井往往地处山区，通信状况比较恶劣，当这类矿井发生事故时，周边通信环境常常不能满足应急救援的实际需要。因此，确保救援人员的人身安全，让救援基地与灾区的救援人员保持实时语音通信，把灾区的视频信息和环境参数及时传回救援基地，为救援决策提供参考，推动救援工作顺利开展，对于整个救援任务安全成功地完成具有十分重要的意义[2⁃3]。

基于矿井救援工作的实际需要，采用SIP、SNMP协议与自定义协议相结合的方式设计并实现了矿用救灾无线通信系统的管理软件。

1 系统软件设计与实现

1.1 系统整体设计

矿用救灾无线通信系统主要由防爆计算机、无线中继器、矿用手机、无线网络视频服务器和多参数传感器组成；其实现的功能是通过无线中继器在井下救援指挥基地和事故现场之间建立起无线WiFi串行网络，井下救援指挥基地和事故现场的矿用手机通过这条串行无线网络实现语音通信；同时在该串行网络间布设多个无线多参数传感器，将救援现场的温度、氧气、一氧化碳和甲烷等环境数据实时传输到指挥基地的防爆计算机；串行无线网络中还可以布设无线网络视频服务器，把救援现场的视频图像传输到井下指挥基地，供井下指挥基地进行决策。

系统软件整体设计采用MVC设计模式，以降低系统业务逻辑复杂度，便于系统扩展。系统软件实现的主要功能是对网络中的无线中继器进行管理；维护手机网

络注册、手机间通话；同时，将网络视频服务器采集到的视频数据以及环境参数数据传输上传到防爆计算机端。系统软件功能模块框图如图1所示。

图1 系统管理软件功能框图

1.2 无线中继器管理功能模块设计

无线中继器管理功能模块主要是采用SNMP协议与第三方固件相结合的方式实现无线中继器数据漫游和无线中继器信号强度相对值提取。无线中继器数据漫游主要是通过在中继器固件程序中以配置级联节点的方式实现；无线中继器信号强度值则是利用SNMP协议对中继器发送的数据包进行解析获取，其实现程序流程图如图2所示[4]。

图2 中继器信号强度值获取程序流程图

1.3 SIP服务器管理功能模块设计

SIP服务器管理功能模块的实现主要是基于IETF提出的IP信令协议SIP，其主要功能是用来在一个或多个参与者之间创建，修改或终止会话，是整个系统的关键所在。SIP网络中主要包括代理服务器、注册服务器和重定向服务器[5⁃6]。

根据实际需要，本文设计并实现了代理服务器和注册服务器，没有涉及到重定向服务器。代理服务器和注册服务器实现为一个实体实现了用户注册和信息转发的功能。

具体实现功能框图如图3所示。

（1）矿用手机管理功能模块

该功能模块主要是对系统中应用到的矿用手机进行管理，其主要是实现对矿用手机的在线状态显示，矿用手机的添加、修改、删除配置操作。

图3 SIP服务器功能框图

（2）会话管理功能模块

该功能模块主要是对系统中通话的矿用手机状态信息进行管理。状态信息主要包括：每次通话的发起方、接听方、呼叫日期、呼叫时间、结束时间。

（3）通话日志功能模块

记录通话信息，如果设为录音，可以查听录音内容。其主要以时间为序，记录通话信息。

（4）参数配置功能模块

该功能模块主要是针对于SIP服务器功能属性所设置。

1.4 环境参数数据采集通信协议设计

环境数据上传功能模块主要采用自定义通信协议将多参数传感器采集到的环境数据通过无线中继器传输到客户端防爆计算机。通信协议定义如图4所示。

图4 环境数据上传通信协议

55H：数据帧帧头标志；

AAH：数据帧帧头标志；

Status Type：帧类型；

CMD：命令字节；

Data Length：数据长度，为此字节后的所有数据，包括D1～Dn和校验字；

2A：报文结束标示；

校验字：从帧头标志到报文结束标示之间所有数据异或结果。

1.5 视频数据上传功能模块设计

该功能模块的实现主要是在程序中绑定无线网络视频服务器IP地址和端口号，建立Socket连接，同时，利用无线网络视频服务器程序控件。实现将网络视频服务器实时采集到的现场视频数据传输到防爆计算机端，并加以显示。

1.6 系统实现

根据以上设计方案，基于Windows操作系统，采用Eclipse开发平台和Java编程语言对该方案加以实现，并对实现后的软件加以测试。测试结果表明：矿用手机能够在无线中继器间进行无障碍漫游通话，视频数据传输流畅，环境数据能够实时更新。整个系统软件切实可行，运行稳定可靠，系统运行界面如图5所示。

图5 系统运行界面图

2 结语

根据矿井救援工作的实际需要，采用SIP协议、SNMP协议与自定义协议相结合的方式设计并实现了矿用救灾无线通信系统的管理软件。该管理软件主要实现了无线中继器的组网功能，矿用手机通信功能，无线网络视频服务器视频数据和多参数传感器环境数据实时上传功能。语音通信、视频数据和环境数据实时上传输功能的实现便于井下救援指挥基地实时了解救援现场状况，做出科学判断，在矿井应急救援中具有重要意义。

[1]张军.基于WiFi技术的矿井无线救灾通信系统研究[J].矿业安全与环保，2009，36（z1）：11⁃13.

[2]李文峰，李华.矿山无线救援通信技术研究[J].煤炭科学技术，2008，36（7）：80⁃83.

[3]武先利，王鹏，温良，等.一种新型煤矿井下无线通信系统研究[J].工矿自动化，2013（8）：26⁃29.

[4]PRESUHN R，CASE J，MECLOGHIRE K.Information base（MIB）for the simple network⁃management protocol（SNMP）[M].[S.l.]：[s.n.]，2002.

[5]Anon.SIP for internet telephony call control and enhanced ser⁃vices[EB/OL].[2004⁃06⁃11].http：//www.dynamicsoft.com.

[6]Sun Microsystems.JAIN SIP tutorial[EB/OL].[2004⁃06⁃22]. http：//www.java.sun.com/products/jain.

[7]王宇鹏，侯林.无源标签技术在井下人员定位系统中的应用[J].现代电子技术，2010，33（6）：25⁃27.

[8]张奎杰，李宝顺.基于WiFi及无线遥控技术远程控制井下铲运机[J].现代电子技术，2013，36（3）：37⁃39.

Design of SIP⁃and SNMP⁃based communication software for mine rescue

ZHANG Shao⁃hua1，2
（1.Chongqing Research Institute，China Coal Technology Engineering Group，Chongqing 400037，China；2.State Key Laboratory of the Gas Disaster Detecting，Preventing and Emergency Controlling，Chongqing 400037，China）

According to the actual needs of the mine rescue，a management software of wireless communication system for mine rescue was design and realized.SIP，SNMP and custom protocol were used in the software to achieve functions of voice communication，and video and environmental data real⁃time uploading.A mode combining SNMP with third⁃party firmware is proposed to make networking management of the wireless repeater and realize the barrier⁃free roaming calls of mobile phones be⁃tween wireless repeaters

mine rescue；wireless repeater；SIP；SNMP；wireless communication

TN911⁃34

A

1004⁃373X（2015）04⁃0063⁃03

张少华（1982-），男，工程师，硕士。研究方向为煤矿安全。

2014⁃08⁃19

中国煤炭科工集团重庆研究院青年创新基金项目，项目名称：井下无线通信MIMO信道建模关键技术研究（206000313）