CN101710870A - 一种矿用长距离以太网接入及数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用长距离以太网接入及数据传输方法，包括以下步骤：步骤一、使用一对双绞线以及分别接在一对双绞线两端的数据发送设备和数据接收设备将信号检测设备与上位监控设备连接起来，所述信号检测设备与上位监控设备间通过数据发送设备、一对双绞线和数据接收设备进行数据传输；步骤二、信号发送；步骤三、信号传输；步骤四、信号接收。本发明安装布设及接线方便、便于携带且传输距离远、数据速率大，能实现“最后一公里”多媒体业务的网络接入和高速传输功能。

Description

一种矿用长距离以太网接入及数据传输方法

技术领域

本发明属于以太网络应用技术领域，尤其是涉及一种矿用长距离以太网接入及数据传输方法。

背景技术

随着现代通信技术、微电子技术、计算机技术、网络技术和多媒体技术的迅速发展，人们对通信业务的需求由原来单一的电话、电视、窄带数据而发展为包括话音、图像、文本、视频和数据的多媒体业务，它主要的特征是需要提供服务质量(QoS)保证、大带宽且实时性要求高，满足这些需求的关键在于“最后一公里”问题。目前“最后一公里”的接入方式主要是LAN、xDSL等方式。以下就上述几种主要无线通信技术的特点作以简要说明：

LAN的接入方式是利用以太网技术，采用光缆+双绞线的方式对社区进行综合布线。采用LAN方式接入可以充分利用小区局域网的资源优势，为用户提供10Mbps或100Mbps的数据接入速率，同时可实现实时监控、智能化物业管理、小区/大楼/家庭保安、家庭自动化(如远程遥控家电、可视门铃等)、远程抄表等，可提供智能化、信息化的办公与家居环境，满足不同层次的人们对信息化的需求，从带宽的角度提供了服务质量保证，因而可为用户提供多媒体业务所需的带宽。具体实施方案是：从社区机房敷设光缆至住户单元楼，楼内布线采用五类双绞线敷设至用户家里，双绞线总长度一般不超过100米，用户家里的电脑通过五类跳线接入墙上的五类模块就可以实现上网。然而，因为传输距离短(100Mbps速率的数据在5类线上的传输距离不超过100米)造成布线条件苛刻，对于低密度用户群的接入成本过高，造成投资回收困难。

与之相比，xDSL以其较长的接入距离、可利用现有的电话线路、安装简单、性价比好等特点，得到了大范围的应用。但是，随着新业务的不断增长，如IPTV、可视电话、高质量语音等，新业务对带宽的需求不断增大，xDSL的带宽局限性也成为限制其发展的瓶颈。

而长距离以太网技术，兼有传统以太网接入的高带宽和xDSL接入的长距离特性，可以为智能楼宇及安防监控等领域解决“最后一公里”问题提供经济有效、功能强大的高速网络接入。网络可以通过现有的1/2/3类配线提供5～15Mbit/s的传输性能，可以同时运行音频、视频以及数据应用软件，例如高速因特网接入、视频传输以及IP电话等，让通讯参与的双方同时传送和接收数据，在全双工模式中，传输介质将信道分割，使用两个不同的路径来发送或接收数据。然而煤矿井下作业远离地面，地形复杂、环境恶劣，灾害状况下，对救援工作的要求是有序、及时、准确，救援时需要一种组网灵活、移动轻便、便携式的装备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿用长距离以太网接入及数据传输方法，其安装布设及接线方便、便于携带且传输距离远、数据速率大，能实现“最后一公里”多媒体业务的网络接入和高速传输功能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种矿用长距离以太网接入及数据传输方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、使用一对双绞线以及分别接在一对双绞线两端的数据发送设备和数据接收设备将信号检测设备与上位监控设备连接起来，所述信号检测设备与上位监控设备间通过数据发送设备、一对双绞线和数据接收设备进行数据传输；

所述数据发送设备包括控制器一、与信号检测设备相接的以太网接入服务器、与以太网接入服务器相接且由控制器一进行控制的以太网物理层集成电路和与以太网物理层集成电路相接的信号调制及同步处理模块和与信号调制及同步处理模块相接的信号发送与分路处理模块；所述以太网物理层集成电路包括与以太网接入服务器相接的码型转换模块和与码型转换模块相接的DSP预加重模块，DSP预加重模块与信号调制及同步处理模块相接；码型转换模块、DSP预加重模块、信号调制及同步处理模块和信号发送与分路处理模块均与控制器一相接；所述数据接收设备包括控制器二、信号接收模块、与信号接收模块相接的信号解调模块、与信号解调模块相接的DSP均衡模块和与DSP均衡模块相接的码型还原模块，所述信号接收模块、信号解调模块、DSP均衡模块和码型还原模块均与控制器二相接；所述码型还原模块与上位监控设备相接；信号发送与分路处理模块和信号接收模块分别接在一对双绞线两端；

步骤二、信号发送：信号检测设备将所检测到的被监测环境下的相关检测信息送至以太网接入服务器一，经以太网接入服务器一处理后的检测信息再依次经码型转换模块和DSP预加重模块处理并转换为数据流后输出，之后将所输出数据流经信号调制及同步处理模块进行调制和信号同步后送至信号发送与分路处理模块，信号发送与分路处理模块对接收到的数据流相应进行信道分路和发送，此时完成数据发送设备的数据发送过程；

步骤三、信号传输：自信号发送与分路处理模块发出的数据流通过一对双绞线传送至数据接收设备；

步骤四、信号接收：信号接收模块接收到自数据发送设备传送而来的数据流后，相应依次通过信号解调模块、DSP均衡模块和码型还原模块进行信号处理和还原且将处理并还原后的检测信息同步送至上位监控设备。

上述步骤三中进行信号传输时采用频分复用方法进行信号传输；步骤一中所述的DSP预加重模块和信号调制及同步处理模块间接有低通滤波器一，信号发送与分路处理模块和一对双绞线间接有带通滤波器一；所述一对双绞线和信号接收模块间接有带通滤波器二，信号解调模块和DSP均衡模块间接有低通滤波器二。

上述步骤一中所述数据发送设备、一对双绞线和数据接收设备所组成的通信信道工作在半双工模式下且其数据链路层采用载波监听多路访问/冲突检测协议即CSMA/CD协议进行数据传输。

上述步骤一中所述信号检测设备所输出信号为模拟信号，所述以太网接入服务器与码型转换模块间接有A/D转换器，所述码型还原模块与上位监控设备间接有D/A转换器。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、设计构思新颖，信号发射端和接收端之间的数据传输通过采用线路编码技术调制到不同载波完成；在原有LRE技术和xDSL技术的基础上，且在基本上不降低传输速率也不缩短传输距离的情况下，用一对双绞线实现以太网的高速网络接入，其使用一对双绞线为井下多媒体通信提供一种可实时监视和直接联络事故现场的先进技术手段。

2、本发明充分利用了以太网技术的高带宽、低成本、可扩展性及轻松部署等显著特点以及xDSL的单对双绞线实现双向高速可变比特率链接、在0.4mm双绞线上的最大传输距离可达1公里以上以及部署简单方便等特点。同时，提出用频分复用方法，分隔有效带宽产生多路信道的方法实现使用一对双绞线时的高速、远距离传输要求。在发送端，对以太网物理层做出改进，将以太网接入器的输出经过采用高性能的A/D转换器以及DSP预加重技术并对以太网接入器输出的数字基带信号通过线路编码技术调制到不同载波来大大的提升以太网信号的传输距离。在接收端，相应对接收到的数据经过采用解调和DSP均衡处理以及高性能的D/A转换器处理后达到正确检测和准确恢复信号的目的。以太网的数据链路层使用了CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)即载波监听多路访问/冲突检测方法，来监视传输介质并判断介质什么时候是空闲的，从而可以建立起可靠的数据通信模式。

4、部署灵活、使用操作简便，基于本发明的网络接入技术可以实现远距离、高速率的数据传输。

5、本发明在LRE技术(即长距离以太网技术)的基础上，只利用一对双绞线，其目的在于在煤矿井下的复杂环境中提供一种灵活、便携、可靠的多媒体数据传输解决方案。

综上所述，本发明安装布设及接线方便、便于携带且传输距离远、数据速率大，能实现“最后一公里”多媒体业务的网络接入和高速传输功能。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的工作状态示意图。

附图标记说明：

1-双绞线；          2-信号检测设备；       3-上位监控设备；

4-数据发送设备；    4-1-以太网接入服务器； 4-2-码型转换模块；

4-3-DSP预加重模块； 4-4-信号调制及同步处   4-5-信号发送与分

                    理模块；路处理模块；

4-6-控制器一；      4-7-低通滤波器一；     4-8-带通滤波器一；

4-9-A/D转换器；     5-数据接收设备；       5-1-信号接收模块；

5-2-信号解调模块；  5-3-DSP均衡模块；      5-4-码型还原模块；

5-5-控制器二；      5-6-带通滤波器二；     5-7-低通滤波器二；

5-8-D/A转换器。

具体实施方式

如图1所示的一种矿用长距离以太网接入及数据传输方法，包括以下步骤：

步骤一、使用一对双绞线1以及分别接在一对双绞线1两端的数据发送设备4和数据接收设备5将信号检测设备2与上位监控设备3连接起来，所述信号检测设备2与上位监控设备3间通过数据发送设备4、一对双绞线1和数据接收设备5进行数据传输。

所述数据发送设备4包括控制器一4-6、与信号检测设备2相接的以太网接入服务器4-1、与以太网接入服务器4-1相接且由控制器一4-6进行控制的以太网物理层集成电路和与以太网物理层集成电路相接的信号调制及同步处理模块4-4和与信号发送与分路处理模块4-5相接的信号发送与分路处理模块4-5。所述以太网物理层集成电路包括与以太网接入服务器4-1相接的码型转换模块4-2和与码型转换模块4-2相接的DSP预加重模块4-3，DSP预加重模块4-3与信号调制及同步处理模块4-4相接。所述码型转换模块4-2、DSP预加重模块4-3、信号调制及同步处理模块4-4和信号发送与分路处理模块4-5均与控制器一4-6相接。

所述数据接收设备5包括控制器二5-5、信号接收模块5-1、与信号接收模块5-1相接的信号解调模块5-2、与信号解调模块5-2相接的DSP均衡模块5-3和与DSP均衡模块5-3相接的码型还原模块5-4，所述信号接收模块5-1、信号解调模块5-2、DSP均衡模块5-3和码型还原模块5-4均与控制器二5-5相接。所述码型还原模块5-4与上位监控设备3相接。所述信号发送与分路处理模块4-5和信号接收模块5-1分别接在一对双绞线1两端。

步骤二、信号发送：信号检测设备2将所检测到的被监测环境下的相关检测信息送至以太网接入服务器一4-1，经以太网接入服务器一4-1处理后的检测信息再依次经码型转换模块4-2和DSP预加重模块4-3处理并转换为数据流后输出，之后将所输出数据流经信号调制及同步处理模块4-4进行调制和信号同步后送至信号发送与分路处理模块4-5，信号发送与分路处理模块4-5对接收到的数据流相应进行信道分路和发送，此时完成数据发送设备4的数据发送过程。

步骤三、信号传输：自信号发送与分路处理模块4-5发出的数据流通过一对双绞线1传送至数据接收设备5。

步骤四、信号接收：信号接收模块5-1接收到自数据发送设备4传送而来的数据流后，相应依次通过信号解调模块5-2、DSP均衡模块5-3和码型还原模块5-4进行信号处理和还原且将处理并还原后的检测信息同步送至上位监控设备3。

步骤三中进行信号传输时采用频分复用方法进行信号传输；相应地，步骤一中所述的DSP预加重模块4-3和信号调制及同步处理模块4-4间接有低通滤波器一4-7，信号调制及同步处理模块4-4和信号发送与分路处理模块4-5间接有带通滤波器一4-8；所述信号接收模块5-1和信号解调模块5-2间接有带通滤波器二5-6，信号解调模块5-2和DSP均衡模块5-3间接有低通滤波器二5-7。所述信道复用方法具体是将一个物理信道划分成多个逻辑信道，每个逻辑信道被单独识别并传输一种数据流，使得一个物理空间信道被多个高层数据流共享，多种不同类型的数据可在一个物理信道上传输。因而，发送端通过接收与分路处理设备进行虚拟信道分路，并提取各虚拟信道的数据单元后进行数据传输，最后送到接收端恢复完整的数据。

本实施例中，所述数据发送设备4、一对双绞线1和数据接收设备5所组成的通信信道工作在半双工模式下且其数据链路层采用载波监听多路访问/冲突检测协议即CSMA/CD协议进行数据传输。半双工模式中，数据是通过在共享介质上采用载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)协议实现传输的，采用CSMA/CD机制，发送数据前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。并且发送数据时，边发送边继续监听，若监听到冲突，则立即停止发送数据，等待一段随机时间，再重新尝试。

并且，步骤一中所述信号检测设备2所输出信号为模拟信号，所述以太网接入服务器4-1与码型转换模块4-2间接有A/D转换器4-9，所述码型还原模块5-4与上位监控设备3间接有D/A转换器5-8。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种矿用长距离以太网接入及数据传输方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、使用一对双绞线(1)以及分别接在一对双绞线(1)两端的数据发送设备(4)和数据接收设备(5)将信号检测设备(2)与上位监控设备(3)连接起来，所述信号检测设备(2)与上位监控设备(3)间通过数据发送设备(4)、一对双绞线(1)和数据接收设备(5)进行数据传输；

所述数据发送设备(4)包括控制器一(4-6)、与信号检测设备(2)相接的以太网接入服务器(4-1)、与以太网接入服务器(4-1)相接且由控制器一(4-6)进行控制的以太网物理层集成电路和与以太网物理层集成电路相接的信号调制及同步处理模块(4-4)和与信号调制及同步处理模块(4-4)相接的信号发送与分路处理模块(4-5)；所述以太网物理层集成电路包括与以太网接入服务器(4-1)相接的码型转换模块(4-2)和与码型转换模块(4-2)相接的DSP预加重模块(4-3)，DSP预加重模块(4-3)与信号调制及同步处理模块(4-4)相接；码型转换模块(4-2)、DSP预加重模块(4-3)、信号调制及同步处理模块(4-4)和信号发送与分路处理模块(4-5)均与控制器一(4-6)相接；所述数据接收设备(5)包括控制器二(5-5)、信号接收模块(5-1)、与信号接收模块(5-1)相接的信号解调模块(5-2)、与信号解调模块(5-2)相接的DSP均衡模块(5-3)和与DSP均衡模块(5-3)相接的码型还原模块(5-4)，所述信号接收模块(5-1)、信号解调模块(5-2)、DSP均衡模块(5-3)和码型还原模块(5-4)均与控制器二(5-5)相接；所述码型还原模块(5-4)与上位监控设备(3)相接；信号发送与分路处理模块(4-5)和信号接收模块(5-1)分别接在一对双绞线(1)两端；

步骤二、信号发送：信号检测设备(2)将所检测到的被监测环境下的相关检测信息送至以太网接入服务器一(4-1)，经以太网接入服务器一(4-1)处理后的检测信息再依次经码型转换模块(4-2)和DSP预加重模块(4-3)处理并转换为数据流后输出，之后将所输出数据流经信号调制及同步处理模块(4-4)进行调制和信号同步后送至信号发送与分路处理模块(4-5)，信号发送与分路处理模块(4-5)对接收到的数据流相应进行信道分路和发送，此时完成数据发送设备(4)的数据发送过程；

步骤三、信号传输：自信号发送与分路处理模块(4-5)发出的数据流通过一对双绞线(1)传送至数据接收设备(5)；

步骤四、信号接收：信号接收模块(5-1)接收到自数据发送设备(4)传送而来的数据流后，相应依次通过信号解调模块(5-2)、DSP均衡模块(5-3)和码型还原模块(5-4)进行信号处理和还原且将处理并还原后的检测信息同步送至上位监控设备(3)。

2.按照权利要求1所述的一种矿用长距离以太网接入及数据传输方法，其特征在于：步骤三中进行信号传输时采用频分复用方法进行信号传输；步骤一中所述的DSP预加重模块(4-3)和信号调制及同步处理模块(4-4)间接有低通滤波器一(4-7)，信号发送与分路处理模块(4-5)和一对双绞线(1)间接有带通滤波器一(4-8)；所述一对双绞线(1)和信号接收模块(5-1)间接有带通滤波器二(5-6)，信号解调模块(5-2)和DSP均衡模块(5-3)间接有低通滤波器二(5-7)。

3.按照权利要求1或2所述的一种矿用长距离以太网接入及数据传输方法，其特征在于：步骤一中所述数据发送设备(4)、一对双绞线(1)和数据接收设备(5)所组成的通信信道工作在半双工模式下且其数据链路层采用载波监听多路访问/冲突检测协议即CSMA/CD协议进行数据传输。

4.按照权利要求1或2所述的一种矿用长距离以太网接入及数据传输方法，其特征在于：步骤一中所述信号检测设备(2)所输出信号为模拟信号，所述以太网接入服务器(4-1)与码型转换模块(4-2)间接有A/D转换器(4-9)，所述码型还原模块(5-4)与上位监控设备(3)间接有D/A转换器(5-8)。

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