基于SIP的矿井通信终端协议栈设计(1).pdf

第 4 3卷 第 1 2期 2 0 1 7年 1 2月 工矿 自 动 化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n Vo 1 ． 4 3 NO ．1 2 De c ．2 O1 7 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 1 2 0 0 9 0 0 5 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 1 2 。 0 1 8 基于 S I P的矿井通信终端协议栈设计 李芳 苑 ， 孙旭 峰 ， 顾 俊。 。 1 ． 南京信息职业技术学院 电子信息学院 ， 江苏 南京 2 1 0 0 2 3 ； 2 ． 中煤科工集团常州研究院有限公司 ， 江苏 常州 2 1 3 0 1 5 ； 3 ． 天地 常州 自动化股份有限公司 ， 江苏 常州 2 1 3 0 1 5 摘 要 为 实现矿 用 I P通信 终 端 间的融合 通信 ， 基 于 S I P协 议设 计 了一种 矿 井通信 终端 协议 栈 ， 介 绍 了该 协议 栈 的架 构及 具体设 计 方案 。 该协 议 栈 内部 包括 S I P语 法解 析模 块 、 S I P语 义 解 析模 块 、 媒 体 处 理 模 块 等 ， 可实现基 于 I P网络的矿井 S I P通信终端会话建立和 管理功能。测试结果表明 ， 该协议栈 能够与多种型 号 的 S I P终 端进 行稳 定 的交互 对接 ， 且 支持所 有 常用 S I P会 话 管理 功 能 ， 可 满足矿 用 VO I P通 信要 求 。 关键 词 矿 井通信 ；通 信 终端 ；矿 用通信 协议 ；协议 栈 ；S I P协议 中图分类 号 T D6 5 文 献标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 7 1 2 0 6 1 4 1 7 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 7 1 2 0 5 ． 1 7 3 2 ． 0 0 1 ． h t ml De s i g n o f p r o t o c o l s t a c k us e d i n mi ne c o mmun i c a t i o n t e r mi na l b a s e d o n S I P L I F a n g y u a n ， S UN Xu f e n g 。 一， GU J u n 。 ’ 。 1 ． S c h o o l o f El e c t r o n i c I n f o r ma t i o n，Na n j i n g Co l l e g e o f I n f o r ma t i o n Te c h n o l o g y ， Na n j i n g 2 1 0 0 2 3 ，Ch i n a ；2． CCTEG Ch a n g z h o u Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Ch a n g z h o u 2 1 3 0 1 5 ，Ch i n a ； 3． Ti a n di Cha n gz ho uA u t o ma t i o n Co． ，Lt d． ，Cha n g z ho u 2 13 0 1 5，Chi n a Ab s t r a c t I n o r de r t o r e a l i z e c o mm u ni c a t i o n f u s i o n a mo ng mi ne us e d I P c omm u ni c a t i on t e r m i na l s， a p r o t o c o l s t a c k u s e d i n mi n e c o mmu n i c a t i o n t e r mi n a l b a s e d o n S I P wa s d e s i g n e d．S t r u c t u r e a n d s p e c i f i c d e s i g n s c h e me o f t h e p r o t o c o l s t a c k we r e i n t r o d u c e d．Th e p r o t o c o l s t a c k h a s S I P s y n t a x a n a l y s i s mo d u l e ， SI P s e ma nt e m e a n a l ys i s mo du l e a n d m e di a pr o c e s s mo du l e， whi c h c a n r e a l i z e c a l l i n g bu i l di n g a nd m a n a g e m e nt o f m i n e SI P c o mm u ni c a t i o n t e r m i n a l s b a s e d o n I P n e t wo r k．The t e s t r e s u l t s s how t ha t t he p r ot oc o l s t a c k c a n i nt e r a c t i ve l y c omm u ni c a t i on wi t h d i f f e r e nt S I P t e r m i n a l s ，a n d ha s a l l no r m a l S I P c a l l i n g ma n a ge m e nt f un c t i on s，whi c h m e e t s r e q ui r e m e nt of m i ne u s e d VOI P c ommun i c a t i o n． Ke y wo r ds mi ne c omm u ni c a t i on； c o m muni c a t i on t e r m i na l ； mi ne us e d c o mm un i c a t i o n pr o t oc o l ； p r o t oc o1 s t a c k；SI P p r ot oc o l 0引言 S I P S e s s i o n I n i t i a t i o n P r o t o c o l ， 会 话 初 始 协 议 是下一代网络通信的核心协议之一 ， 主要用于在 I n t e r n e t 上 建立 和管 理 I P终 端 之 间 的会 话 。由 于 S I P具有 完善 的协议标准和丰 富的行业使 用经 验， 各类矿用通信设备生产商常选择 S I P作为 I P通 信产品会话建立标准。随着矿井一体化通信体系的 不断建立 ， 矿井 I P通信应用需求不再仅限于与不 同 系统之间建立会话 ， 而是需要将融合通信功能嵌入 至每一个 I P通信终端 ， 这样即使在无法连接本系统 服务 器 的情况 下 ， 不 同系统 的 I P终端 之间 也能 建立 收稿 日期 2 0 1 7 - 1 0 0 9 ； 修 回日期 2 0 1 7 - 1 1 - 0 2 ； 责任编辑 李明 。 基金项 目 中国煤炭科工集团智慧矿山专项项 目 2 0 1 6 - Z HKS Z X 一 0 4 。 作者简 介 李芳苑 1 9 8 8 一 ， 女 ， 江苏宿迁人 ， 助教 ， 硕士 ， 研究 方向为智 能产 品开发 、 计算机控制 ， E - ma i l l i f y n j c i t ． c n 。 引用格式 李芳苑 ， 孙旭峰 ， 顾俊． 基于 S I P的矿井通信终端协议栈设计[ J 3 ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 2 9 0 9 4 ． L I F a n g y u a n ， S UN Xu f e n g ， G U J u n ． D e s i g n o f p r o t o c o l s t a c k u s e d i n mi n e c o mmu n i c a t i o n t e r mi n a l b a s e d o n S 1 P J ] ． I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n， 2 01 7， 43 12 9 O 一 9 4 ． 2 0 1 7年第 1 2期 李芳苑等 基于 S I P的矿井通信终端协议栈设计 9 1 会话 。为实现 I P终端间的融合通信功能 ， 同时兼 容现有系统通信功能， 本文选用 S I P作为终端间会 话通信标准嘲， 并基 于 ANS I C语言 自主设计了一 种基于 S I P的矿井 通信 终端 协议栈 简称 S I P协 议 栈 。 1 S I P协议栈 架构 S I P 协 议 栈 运 行 于o S I Op e n S y s t e m I n t e r c o n n e c t i o n ， 开放式 系 统互 联 七 层 网络 模 型 中 的会话层 ， 其主要作用 ① 通过 T C P ／ I P协议 栈控 制设 备 以太 网硬件 接 口收发 S I P信令 消息 ， 与 I P网 络中的其他 S I P节点实现交互 ， 建立并管理会话[ 7 ； ② 建立 S I P会话后 ， 通过设备 以太 网硬件接 口收发 媒体报文 ， 实现与其 他 VOI P Vo i c e o v e r I n t e r n e t P r o t o c o l ， 网 络 电 话 节 点 间 的 音 视 频 媒 体 交 互 ； ③ 在嵌入式系统的应 用层提供会话状态获取与会 话控制接 口， 便于其他应用调用。因此 ， S I P协议栈 提供 3个 对 外 接 口， 分 别 为 面 向 传 输 层 的 T C P ／ I P 协议栈接口、 面向媒体芯片的媒体流接 口和面向其 他应 用程 序 的应 用层 接 口， 以实 现 协 议 栈 对外 数 据 交互 和功能调 用 。S I P协议 栈结 构如 图 1所示 。 其他应用程序 媒体 芯片 ▲ ▲ T p 七 h { 量 B 上 ’ 应 用层接口 媒体流 S I P 语义解析模块 包含各类状态表 接口 f 媒 体 处 理 机 制 sIP语法 l SIP注册 SIP会话 SDP生成 I 解析模块 I 机制 报文 机制 生成机制 l I T C P P 协议栈接 口 ▲ T C P d P 协议栈 图 1 S I P协 议 栈 结 构 F i g ． 1 S I P p r o t o c o l s t a c k a r c h i t e c t u r e S I P协议 栈通 过 TC P ／ I P协 议 栈 接 口调 用 TC P ／ I P协议 栈 收发 网 络 报 文 。具 体 运 行 时 ， 接 口 函数首先根据协议默认标准参数或动态协商结果 ， 配置 S I P信令和媒体使用的传输层格式和端 口[ 8 3 ， 然后 侦 听相应 端 口， 根 据 协议 栈 要 求 收 发 S I P和各 类媒体报文 。 S I P协议栈收到 S I P信令后， 首先通过 S I P语 法解析模块解析报文字符 串， 将其转换为便于后续 程序处理的数据结构类型 ， 然后通过 S I P语义解析 模块分析其报文含义 ， 根据解析情况实 时更新本地 会话状态表 ， 并依据标准协议设置的会话流程调用 S I P报文生成模块 包括注册报文、 会话报文和媒体 协 商报 文 。报文 生 成 模块 组 建 需 要 发送 的 S I P报 文 ， 然后 调用 T C P ／ I P协议 栈接 口将 S I P报文从 TC P ／ I P协议 栈 发 出 。 当 S I P协议栈接收到媒体报文后， 媒体处理模 块根据本地会话状态和媒体协商结果对媒体报文进 行解包和相应转码操作[ g ] ， 然后调用媒体流接 口函 数 。媒体流接 口函数主要用于和媒体芯片之间进行 流媒体报文交互 ， 当 S I P协议栈需要播放媒体或采 集本地媒体信息时 ， 均通过媒体流接 口函数与本地 媒体硬件驱动函数进行 交互 ， 实现应用层与底层硬 件之间的数据传输 。 S I P协议栈 变 更 本 地 会话 状 态 后 ， 在 应 用 层 接 口中触发 状态 变更 标志 。应用 层接 口提供 S I P协 议 栈的控制和状态查询接 口[ 1 O 3 ， 如本终端 S I P参数设 置 、 当前会 话 状态查 询 、 历史记 录查 询 、 呼叫 、 会话 内 呼叫、 多 目标呼叫等。嵌入式终端应用层其他应用 程序可通过调用相应接 口实现对 S I P会话 的实时控 制[ 1 ] ， 增强 S I P协议 栈 的移植 性和 可操 作 性 。 2 S I P协议 栈设 计方 案 2 ． 1 S I P语 法解析 模块 S I P协议栈从 T C P ／ I P协议栈接 口收到 的 S I P 消息是一 串未被处理 的文本信息 ， 需要通过语法解 析从 中提取出多项程序需要的信息 。由于 S I P信令 为上 下 文无关 文法 ， 且 在 编 写 语 法过 程 中可 实现 非 左递归化 ， 所以本协议栈使用 自顶向下的 L L k 分 析法 对 S I P报 文 进行处 理 。 非左递归语法结构如 图 2所示。A， B ， C为待 分解 的语段 ， D， E， F， G， H， I 为 可识别 的基本 段。 语法分析的最终 目标是将一段符合该语法结构的文 本 A通过合适 的预测分析算法解析成 由对应基本 段组 成 的 格 式 。 L L 是 分 析 法 在 执 行 时会 从 上 向 下 、 从左 向右 进行 ， 根据 左侧第 1 个 符号 衍生 出的语 法树进行识 别分 析 ， 并根 据具体需 要 向前看 至多 b D 入 八 E F E G I H 图 2 非左递归语法结构 F i g ． 2 No n l e f t r e c u r s i v e s y n t a x s t r u c t u r e 9 2 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 k个符号。图 2中从左 向右解析时发现根据第 1个 符 号 E无 法 判 断 语 法 树 走 向 ， 因 此 需 要 多 向 前 看 1个符号 ， 根据第 2个符号是 F还是 G来确定最终 语法 分 支走 向 ， 即为 L I 2 分析 法 。 2 ． 2 S I P语 义解 析模 块 2 ． 2 ． 1 S I P语 义解 析 流程 经 过 S I P语法 解 析后 的报 文 内容 主要 分 为注册 报文、 S I P会话报文、 媒体协商报文 3类 ， 其 中注册 报文由终端上电后 主动 向服务器发起， 其他两类报 文 则是 完成 注册后 由本地终 端 或服务 器 根据应 用 需 求实时发起 。S I P语义解析流程如图 3所示。 厢雨 SI P 语法 解析 模块 垄 塑 塑 卜 - 七 S IP ] _ 聂 I 配 置 信 息 表 I s t P t 状态表 I生成 模块 S I P 会话报文 DP 媒体协商 报文 S I P 事务状态表 基于会话 l 基于报文 状态处理 I 头域处理 空闲 l Vi a 发起呼叫 l F r o m 本地振铃 l T o 对端振铃 l C a l l - I D 等待心跳包l C o n t a c t 正在通话 l ⋯ S I P 会话报文 生成模块 媒体流格式缓存表 媒体协商报文 生成模块 TCP／ I P 协议栈 接 口 图 3 S I P语 义 解 析 流 程 Fi g ．3 SI P s e ma nt i c a na l ys i s p r oc e s s 2 ． 2 ． 2 S I P协议 栈 注册 流程 终端 执行 S I P注册 流程 默认 在 S I P协 议栈启 动 后 自动运 行 。为 实现 断 电保 存 ， 嵌 入 式终 端 S I P参 数一 般记 录在 闪存 或铁 电存储 器 中 。S I P协议 栈 在 启动后读取其 中用 于 S I P注册 的参数 ， 包括注册服 务 器地 址 、 注 册 周 期 、 本 地 S I P账 号 和 密码 、 S I P信 令 本地 端 口等 ， 确 认 参 数 合 法 后在 注 册 报 文 生 成模 块中组建 R E GI S TE R报文并 发送 。S I P协议栈完 成 请求 报文 发送 后 ， 等待 服务器 返 回注册 响应 报文 ， 在 收 到该报 文后 对 响 应 内容进 行 解 析 ， 根 据 服 务 器 要求完成注册信令认证， 然后将注册状态记录在注 册 状 态表 中 。根 据 用 户 初 始 设 置 的注 册 周 期 ， S I P 协议 栈周期 性 地执 行 S I P注 册 流程 ， 以 维护 本 地 终 端注 册状 态 。 2 ． 2 ． 3 S I P会话 报 文处 理机 制 S I P终端完成注册后 ， 服务器才允许其建立会 话 。当服务器 向本 地 终 端 发 送 S I P报 文后 ， S I P语 法 解析 模块 获取 完 整 的 S I P会 话 报 文 ， 解 析 完成 后 将 报文 内容 以数 据结构 形式 发送 到 S I P语 义解 析模 块 的报 文处理 模块 。报 文处 理机 制如 图 4所示 。 图 4报 文 处 理 机 制 Fi g． 4 M e s s a ge p r o c e s s me c ha ni s m 当接 收 到新 的 S I P报 文数 据 结 构 后 ， 报 文 处 理 模块首先获取报文信息 中的各项标 志号 ， 包括会话 I D、 主叫和 被 叫 标 签 号 、 事 务 标 志 号 ， 根 据 会 话 I D 和 主被 叫标签 号判 断 当前 的报文 是否 为本 次会话 报 文 ， 若 匹配 ， 则 根据 事务 标志 号在 本地 维护 的事 务列 表 中查 找相 应 的事 务 序列 ， 如果 符合事 务 流程 ， 则提 取 报文 头 的内容进 行 进一步 判 断 。若 在标 志号 判 断 中出现 不匹 配现 象 ， 则 向 源地 址 返 回错 误 告警 信 息 并跳过后续处理 ， 等待正确报文 。 当标 志 号判 断 均 正确 时 ， 报 文 处 理模 块 提 取 本 条报文头包含的请求或响应 内容 ， 根据终端 当前会 话状态判断报文是否有效， 若无效则返 回错误告警 信 息 。只有 当报文 有 效 时 ， 报 文处 理 模 块 才 会 解 析 报文 中各 项头 域信 息 ， 根 据头 域 内容变更 会话 状 态 ， 处理 S I P服务 器或会 话 对端 实时请 求 。 2 ． 2 ． 4 媒 体协 商机 制 S D P S e s s i o n D e s c r i p t i o n P r o t o c o l ， 会 话 描 述 协议 作为媒体协商协议 ， 其报文信息 一般跟附在 I NVI T E请 求 和 I NVI TE响应 之 后 发送 。S I P协 议 栈在每次申请建立会话或收到会话请求 时， 都会读 取本 终 端可用 的流媒 体 处 理 格 式 ， 在 媒 体 协 商报 文 生 成模 块 中组 建 S DP报 文并 发 送 。当 申请 建 立 会 话的 2个 S I P终端 的 S D P报文中可以协商 到同一 种 流 媒 体格 式 时 ， S I P协议 栈 允 许 双 方 建 立会 话 并 通 过 RT P Re a l t i me Tr a n s p o r t P r o t o c o l ，实 时传 输 协 议 或 RTS P Re a l T i me S t r e a mi n g P r o t o c o l ， 实时流传输协议 格式相互发送流媒体报文 ， 否则向 服务器申请媒体代理 ， 由服务器实现媒体格式转换 后开 始会 话 。 2 ． 3媒 体 处 理 模 块 媒体处理模块 主要 由媒 体交互接 口、 媒体转换 模块 和 RT P ／ R TS P处 理模 块 组 成 ] ， 如 图 5所 示 。 2 0 1 7年第 1 2期 李芳苑等 基 于 S I P的矿井通信终端协议栈设计 9 3 其主要作用是完成 T C P ／ I P协议栈和媒体芯片之间 的流媒体格式转换和传递 。 【 媒体交互接口 } } } s I P 会话 媒体 - -q 媒 体 转 换模 块 状态表 格 式表 } R T P ， R T s P 处理模块 { { } T C P ／ I P 协议栈接口 图 5媒 体 处 理 模 块 组 成 F i g ． 5 Co mp o s i t i o n o f me d i a p r o c e s s mo d u l e 当 T C P ／ I P接 口函数 通过 S I P会话 状态 表获 取 当前通话状态后 ， 在协商好的 TC P端 口等待对端 的 媒体报文 ， 收到 R TP或 RT S P媒体包后将其 发送 到 R TP ／ R T S P处 理模 块 。R TP ／ RT S P处 理模 块根 据 R TP的源标志符和时间戳判断后续媒体报文 的 合法性和播放时间， 经 过筛选后将合适的媒体报文 发送 到媒 体转 换模块 。 3 S I P协议 栈功 能测试 及 结果 S I P协议栈 遵循 基本 S I P会话 建立 流程 ， 如 图 6 所 示 ， 对 其 进 行 试 验 验 证。本 地 主 叫 方 发 起 I NVI TE请求 ， 被叫或服务器 回复 1 0 0 T r y i n g ， 告知 主 叫开 始 进 行 会 话 建 立 ， 然 后 回 复 主 叫 1 8 0 ／ 1 8 3 Ri n g i n g ， 告 知 主 叫可 开启 回铃 音 ， 被 叫摘 机 后 回复 主 叫2 0 0 O K， 主 叫返 回 AC K 确认 会话 建立 ， 会话 建 立后双方允许进行媒体流交互 。会话结束后优先挂 机 的一方发送 B Y E请求 ， 对端 以 2 0 0 0 K 响应 ， 会 话 结 束 。 厕雨 媒体报文传输 R T P ／ R T S P ．． ．B．．．Y．．．E．．． C．．．a．．1．M．．．．D．．． , ．F ．r．o．．m ．． ． ． - ． t ． a ．．g．． , ．T．．o． ． - ．t．a ．．g． 2 0 0 OK C a l l - I D， F r o m- t a g ，T o - t a g 图 6 S I P协议栈作为主 叫时会话流程 F i g ． 6 Ca l l fl o w wh e n S ／ P p r o t o c o l s t a c k wo r ks a s c a l l i ng n umbe r 经测试 ， S I P协议栈可 与不同厂家生产 的 S I P 终 端进行 稳 定 S I P交 互 对 接 ， 实 现 会话 建 立 和 管理 功能。S I P协议栈 占用硬件 资源少 ， 使 用 F L AS H 约 1 5 0 k B， 使 用 S RAM 约 5 1 2 k B， 无 需 复杂操 作 系 统支持， 并提供专用于移植和扩展的接口模块， 可实 现在不同嵌入式硬件平 台上的快速开发应用 。 4 结 语 S I P协议栈 占用硬件资源少 ， 基本业务 功能完 善 ， 支持所有常用 S I P会话管理功能 ， 可满足煤矿专 网 VO I P通信终端使用需求 ， 有助于 I P通信终端在 煤矿井下实现进一步应用拓展 ， 同时可较好地满足 行业安全生产个性化功能定制设计需求 ， 有效提高 矿井通信装备及通信业务 的适用性 ， 为全矿井实现 融合通信提供技术支撑。 参 考文献 R e f e r e n c e s [1 ] 孙继平． 矿井通信技术与系统 [ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 1 0 ， 3 8 1 2 1 3 ． S UN J i p i n g ． Mi n e c o mmu n i c a t i o n t e c h n o l o g y a n d s y s t e m l, J ] ．C o a l S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ， 2 0 1 0 ， 3 8 1 2 1 - 3． [ 2] 薛 晓炎， 霍振龙 ， 顾俊． 矿井融合调度通信 系统的设计 及应用 口] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 8 1 - 5 ． XUE Xi a o y a n，HUO Z h e n l o n g，GU J u n 。De s i g n a n d a p p l i c a t i o n o f mi n e i n t e g r a t i o n d i s p a t c h i n g c o mmu n i c a t i o n s y s t e m [ J ] ． I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n， 2 0 1 6 ， 4 2 8 1 5 ． [ 3] 顾俊 ， 刘亚兵． 矿井融合 调度通信 多业务 网关 系统设 计口] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 1 1 2 2 2 7 ． GU J u n， L I U Ya b i n g ． De s i g n o f mu l t i - s e r v i c e ga t e wa y s y st e m f 0 r mi n e i n t e gr a t i on di s pa t c h i n g c o mmu n i c a t i o n [ J ] ．I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n ， 2 0 1 6 ， 4 2 1 1 2 2 2 7 ． [4] 顾俊 ， 李 正东 ， 包建军． 井下 分布式对等通信技 术研究 l- J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 4 2 2 2 6 ． GU J u n ，L I Zh e n g d o n g ，B AO J i a n j u n ．Re s e a r c h o f un de r gr oun d di s t r i b ut e d p e e r t o pe e r c o mmun i c a t i o n t e c h n o l o g y l, J ] ．I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n ， 2 0 1 5 ， 4 1 4 2 2 2 6 ． [5 ] 汪庆龙 ， 贺松 ， 袁 森． 基于 H． 3 2 3和 S I P协议 架构 的 I P电话技术 比较[ J ] ． 电脑 与信息技 术 ， 2 0 1 5 ， 2 3 1 23 25 ． W ANG Qi n g l o n g， HE S o n g， YUAN S e n ． A c o mp a r i n g b a s e d o n H． 3 2 3 a n d S I P p r o t o c o l f r a me wo r k o f I P t e c h n o l o g y[ J ] ．C o mp u t e r a n d I n f o r ma t i o n Te c h n o l o g y， 2 0 1 5， 2 3 1 2 3 2 5 ． 第 4 3卷 第 1 2 期 2 0 1 7 年 1 2月 工矿 自 动化 I n dus t r y a n d M i ne Au t oma t i on Vo I ． 43 NO ． 1 2 De c ． 2 0 l 7 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 1 2 0 0 9 4 0 5 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 1 2 ． 0 1 9 采煤机齿轮箱故障诊断方法 都 玉辉 ， 庞新 宇 。 ， 杨 兆建 1 ． 太原 理工 大学 机械 工 程学 院 ，山西 太 原0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 煤 矿综 采装 备 山西省 重点 实验 室 ，山西 太 原0 3 0 0 2 4 摘 要 针 对采 煤机 齿轮 箱运行 过程 中很 容 易发 生润 滑不 良或异 常磨 损 等故 障的 问题 ， 提 出 了一 种基 于偏 最 小二 乘 回归 的采煤机 齿轮 箱故 障诊 断方 法 。选取 采煤机 齿轮 箱 内润 滑 油的铁 元素含 量 、 黏度 、 酸值 和 水分 为检测指标 ， 在对数据进行初值化及主成分提取处理后 ， 建立了采煤机齿轮箱磨损状态的偏最小二乘回归模 型。采用某煤矿采煤机齿轮箱的实际运行状态诊 断对该偏最小二乘回归模型进行 了检验 ， 结果表 明在齿轮 箱正常磨损情 况下， 润滑油中铁元素含量 实测值与预测值的误差较小， 故障情况下二者误差较大 ， 从而可准 确判 断 出齿轮 箱 的磨损 状 态和故 障情 况 。 关键词 煤炭开采 ；采煤机 ；齿轮箱；润滑油；故障诊断；油液分析 ； 偏最小二乘回归 中图分类 号 T D 4 2 1 ． 6 文 献标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 7 1 2 0 6 1 0 1 5 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 7 1 2 0 5 ． 1 7 4 9 ． 0 1 4 ． h t ml 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 8 - 2 5 ； 修回 日期 2 0 1 7 - 1 1 - 0 3 ； 责任编辑 李明。 基金项 目 国家 自然科 学基金 山西煤基低碳联合基金资助项 目 U1 5 1 0 1 1 6 ； 山西省科技基础条件平台建设 资助项 目 2 0 1 6 0 5 D1 2 1 0 3 2 。 作者简介 都玉辉 1 9 9 1 一 ， 男 ， 山西 晋城人 ， 硕 士研究 生 ， 主要研 究方 向为机 械故 障诊 断 ， E - ma i l 9 6 9 9 5 1 0 1 6 q q ． c o rn。通信 作者 庞新 宇 1 9 7 6 一 ， 女 ， 山西文水人 ， 副教授 ， 博士 ， 主要研究方向为机械故障诊断 、 机电～ 体化， E - ma i l t y p a n g x y 1 6 3 ． c o rn。 引用格式 都玉辉 ， 庞新字 ， 杨兆建 ． 采煤机齿轮箱故 障诊断方法[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 2 9 4 9 9 ． D U Yu h u i ， P ANG Xi n y u， YANG Z h a o j ia n ． F a u l t d i a g n o s i s me t h o d o f s h e a r g e a r b o x - J ] ． I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 2 9 4 9 9 ． [6] [ 7] [ 8] 白军伟 ， 孙建伟 ， 杨海 波 ， 等． S I P和 RT S P协 议转 换 模块 的设 计 与 实 现 E J ] ． 计 算 机 系 统 应 用 ， 2 O l 3 ， 2 2 5 1 1 1 1 I 5 ． BAI J u n we i ， S UN J i a n we i ， YANG Ha i b o，e t a 1 ． De s i gn a n d i mp l e me n t a t i on o f t he SI P a nd RTSP p r o t o c o l c o n v e r s i o n mo d u l e [ J ] ．C o mp u t e r S y s t e ms Ap p l i c a t i o n s ， 2 0 1 3， 2 2 5 1 1 1 - 1 1 5 ． 黄育平 ， 黄威． S I P协 议在 软交 换 中应用 的研 究 I- J ] ． 通信技术 ， 2 0 1 2 ， 4 5 7 4 5 - 4 7 ． HUANG Yup i n g， H UANG W e i ． St ud y on a p p l i c a t i o n s o f S I P p r o t o c o l i n s o f t e x c h a n g e[ J ] ． C o mmu n i c a t i o n s Te c h n o l o g y ， 2 0 1 2， 4 5 7 4 5 4 7 ． 胡凌凌 ， 彭 容修 ． S I P协议在 一个 I P电话模 型中 的实 现E J ] 。 微机发展 ， 2 0 0 5 ， 1 5 2 1 0 0 1 0 2 ． H U Li n g l i n g， P ENG Ro n g x i I mp l e me n t a t i o n o f S I P p r o t o c o l i n a n I P p h o n e mo d e l[ J ] ．Mi c r o c o mp u t e r De v e l o p me n t ， 2 0 0 5， 1 5 2 1 O 0 1 0 2 ． [9 ]