CN101711010B - 一种井下无线通讯方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下无线通讯方法及系统，本发明以瘦AP模式作为无线网络组网形式，无线控制器(AC)集中管理瘦AP，在无线网络出现问题或无线控制器(AC)失去联系时瘦AP自动转为胖AP，保证网络正常运行；当无线网络恢复连接时，胖AP再次转为瘦AP，以提高系统的服务质量；无线控制器(AC)能够向胖AP发送特殊指令，胖AP接收指令，执行相应动作，通过无线控制器(AC)实现对AP的胖瘦模式切换、胖AP频段和信道设置功能。该系统是一种易于管理，语音质量更高的无线语音通讯技术。该方法可以有效改善井下无线传输质量，提高漫游切换成功率和减少切换时间。

Description

一种井下无线通讯方法及系统

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种通信方法及装置，尤其是一种井下无线通讯方法及实现该方法的系统。

背景技术

Wi-Fi(Wireless Fidelity)无线保真技术，它使用2.4GHz频段，提供最高54M带宽，传输距离超过100米，属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。

WLAN(Wireless Local Area Network)无线局域网，使用Wi-Fi技术组建的无限网络。

SIP(Session Initiation Protocol)初始会话协议，SIP服务器基于SIP协议，它负责建立网络中所有的SIP电话通话以及多媒体通讯，是整个通讯网络的大脑。

Wi-Fi电话就是基于Wi-Fi技术组建WLAN并通过SIP技术实现的无线语音通信的电话。该技术在国外已经广泛应用，而国内也逐渐成为一种趋势。

AP(Access Point)无线访问点，是Wi-Fi设备的无线接入设备，实现无线到有线的转换，连接，接入控制等。

胖AP是指鉴权认证，设备无线通道管理由设备本身自己管理。

瘦AP是指鉴权认证，设备无线通道管理由上层设备AC管理。

AC(Access Controler)无线控制器，是瘦AP模式下的控制管理AP的核心设备。

MA认证是煤矿安全标志准用证，井下使用的防爆电器产品均实施煤矿安全认证(MA认证)，是由国家煤矿安全监察局授权发证的。

当前随着无线技术在井下的不断应用，Wi-Fi技术也被引入到了井下，并通过Wi-Fi电话实现语音通话，成为替代井下小灵通的一种技术。

但当前的大多数井下Wi-Fi通讯使用的都是胖AP模式，这样就造成了，设备的分散管理。增加企业管理成本和管理难度。Wi-Fi电话的鉴权认证在AP上，造成在Wi-Fi电话在移动过程中，多次认证。易产生掉话现象造成系统的不稳定。另外，AP间的无线数据回传都使用5.8G频段，而井下信号频率越高，越容易产生信号多径干扰。严重影响数据传输质量。并且，井下很多地方不容易铺设光纤网络，而以太网线又存在距离限制最远100米，造成施工困难，后期维护繁琐等。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种易于管理，语音质量更高的无线通讯方法及实现该方法的系统。该通讯方法可以有效改善井下无线传输质量，提高漫游切换成功率并有效减少切换时间。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

该井下无线通讯方法具体为：在井下以瘦AP模式作为无线网络组网形式，无线控制器集中管理瘦AP，在网络链路发生中断或无线控制器失去联系时，使瘦AP自动转为胖AP，保证网络正常运行；当网络恢复连接时，使胖AP再次转为瘦AP，提高系统的服务质量；无线控制器向胖AP发送控制命令指令，胖AP接收控制命令指令，并执无线控制器发送的控制命令指令，实现胖瘦AP的集中式管理。

以上无线控制器向胖AP发送控制命令指令为设备重启、胖瘦模式转换、胖AP信息获取、胖AP频段或信道设置，胖AP接收控制命令指令，并执行相应的设备重启、胖瘦模式转换、胖AP信息获取、胖AP频段或信道设置动作。

实现本发明的一个最优方案为：瘦AP和胖AP的无线数据覆盖和回传都采用2.4G频率。

本发明还涉及一种实现上述通讯方法的井下无线通讯系统，具体包括设于井上的SIP服务器和无线控制器以及设于井下的光纤交换机、无线AP和手机。所述无线AP具有瘦AP和胖AP切换功能，所述手机采用Wi-Fi技术实现语音通讯；所述SIP服务器与无线控制器连接，无线控制器通过光纤与光纤交换机连接，光纤交换机通过光纤连接有多个无线AP，所述无线AP通过无线网络与手机通讯。

上述无线AP上设有两个2.4G无线传输天线，其中一个处理覆盖，另一个处理回程信号。

上述无线AP具有网络交换功能，提供两个或两个以上光口，实现光纤接入，并能够组成光纤环网，在一路光纤发生故障时，能够保证数据正常传输。

由于是在井下作业，以上所述的井下设备光纤交换机，无线AP，Wifi手机都需要经过煤安认证。

本发明具有以下有益效果：

本发明的井下无线通讯方法采用无线控制器集中管理胖瘦AP，采用胖瘦AP自动转换的方式，既保证了各设备之间通讯连接的稳定性，同时也能兼顾了通讯的质量，提高了漫游切换成功率并有效减少切换时间。并且在实现本发明的方法时，本发明的井下无线通讯系统采用两个2.4G无线传输天线，其中一个处理覆盖，另一个处理回程信号，可以有效改善井下无线传输质量。

附图说明

图1井下无线通讯系统组网图；

图2胖AP模式下的电话漫游流程图；

图3瘦AP模式下的电话漫游流程图；

图4瘦AP转换胖AP流程；

图5胖AP转换瘦AP流程；

图6AP组成的光纤环网图；

图7双2.4G天线回程加覆盖流程图；

图8双2.4G天线回程加覆盖的实现。

其中：101为SIP服务器；102为无线控制器；103为光纤交换机；104为无线AP；105为手机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

图1为井下无线通讯系统的组网图，包括设于井上的SIP服务器101和无线控制器102以及设于井下的光纤交换机103、无线AP 104和手机105。无线AP 104具有瘦AP和胖AP切换功能，手机采用Wi-Fi技术实现语音通讯；所述SIP服务器101与无线控制器102连接，无线控制器102通过光纤与光纤交换机103连接，光纤交换机103通过光纤或以太网连接多个无线AP 104，所述无线AP 104通过无线网络与手机105通讯。

以上SIP服务器101用于存储用户地址，号码等用户终端信息，接授用户会话请求，获取对方用户信息，建立用户间的SIP会话通路。

无线控制器102为AC无线控制器，负责将来自不同AP的数据进行汇聚并接入Internet，同时完成AP设备的配置管理和无线用户的认证、管理，以及带宽、访问、切换、安全等控制功能。

其中以上的SIP服务器101和无线控制器102均为为井上设备，无需通过MA认证(煤安认证)。

光纤交换机103采用光纤通道与服务器网络连接，连接井上井下设备，为高性能的数据传输存储提供保障。

手机105是Wifi手机，既使用Wifi技术实现语音通讯的手机，用于实现语音通话。

无线AP 104为AP无线接入点，相当于一个连接有线网和无线网的桥梁，其主要作用是将各个无线网络客户端连接到一起，实现大范围、多用户的无线接入。并且本发明的无线AP 104上设有两个2.4G无线传输天线，其中一个处理覆盖，另一个处理回程信号。如图8所示，是双2.4G天线回程加覆盖的实现示意图：接口801为对外接口，用于连接以太网络，其可以是电口，也可以是光口。接口801与以太网交换模块802连接，以太网交换模块802与处理器803连接，处理器803与2.4G无线模块804连接，2.4G无线模块804与无线开关805连接，无线开关805分别与回程天线806和覆盖天线807连接。

其中以太网交换模块802负责IP数据和内部数据的转换；处理器803是中央处理器，所有数据协议的处理，存储，转发都由该处理器完成；2.4G无线模块804负责无线数据的接收和发送；无线开关805负责处理从那个天线发送数据；无线覆盖天线806处理2.4G模式下的无限覆盖信号的接收和发送；无线回程天线807处理2.4G模式下的无限回程信号的接收和发送。

由于传统通讯回程都使用5.8G信号，其相对于2.4G信号会产生更大的多径干扰，严重影响通讯质量，缩短回程的传输距离。而本发明中覆盖和回程都使用了2.4G模块和天线传输数据后，能够有效减少信号多径干扰，提高通讯质量。

以上的光纤交换机103、无线AP 104和手机105设备都是井下设备，必须通过MA认证。市面上已有的煤安认证的AP有常州三恒的KTW109-F，济南蓝动的KTW112等，但这种AP还不能直接应用于本发明的系统中，需要按照图8进行从新设计改造。

在以上系统的基础上，本发明采用以下方法来具体实现下井下无线通讯：

在井下以瘦AP模式作为无线网络组网形式，无线控制器AC集中管理瘦AP，在网络链路发生中断或无线控制器AC失去联系时，使瘦AP自动转为胖AP，保证网络正常运行；当网络恢复连接时，使胖AP再次转为瘦AP，提高系统的服务质量；无线控制器AC向胖AP发送控制命令指令，例如设备重启、胖瘦模式转换、胖AP信息获取、胖AP频段或信道设置等，胖AP接收控制命令指令，并执无线控制器AC发送的控制命令指令，进行设备重启、胖瘦模式转换、胖AP信息获取、胖AP频段或信道设置动作等，实现胖瘦AP的集中式管理。在本方法中，瘦AP和胖AP的无线数据覆盖和回传都采用2.4G频率。

以下结合附图对该方法的各步骤进行详细描述：

如图2是胖AP模式下的电话漫游流程图，当Wifi手机2从胖AP1漫游到胖AP2后。

步骤201，胖AP2对Wifi手机2进行鉴权认证。

步骤202，Wifi手机2认证成功，Wifi手机2成功接入胖AP2无线网络，通过无线通道，发送接收语音数据和控制消息。

步骤203，胖AP2和胖AP1通过光纤交换机互相发送数据。

步骤204，胖AP1通过无线通道接收，发送接收语音数据和控制消息。

由于AP和WIFI手机间的关联认证过程时间比较长，所以当用户从原来连接的AP漫游到另一个AP时往往会出现通讯中断现象。

图3是瘦AP模式下的电话漫游流程图，图中，当Wifi手机2从瘦AP1漫游到瘦AP2后：

步骤301Wifi手机2的的认证信息已经存储在AC中，所以无需进行安全认证，配置无线数据等工作，直接发送接收语音数据和控制消息

步骤302，瘦AP2和瘦AP1通过光纤交换机互相发送数据。

步骤303，瘦AP1通过无线通道接收，发送接收语音数据和控制消息。

与胖AP模式相比，减少了AP和手机间的认证，接入过程。从而减少了通讯中断的几率。

图4是为瘦AP转换胖AP流程：

步骤401，Wifi手机2通过瘦AP接收发送语音数据和控制信息。

步骤402，Wifi手机2通过瘦AP与AC联系，进行认证授权。

步骤403，当瘦AP与AC失去联系后，瘦AP自动转换为胖AP模式，Wifi手机2可以通过胖AP进行认证授权，接收发送语音数据和控制信息。

图5为胖AP转换瘦AP流程：

步骤501，Wifi手机通过胖AP对Wifi手机进行认证授权，接收发送语音数据和控制信息。

当网络恢复正常，胖AP能够联络到AC时，胖AP自动切换为瘦AP模式。

步骤502，由AC对Wifi手机进行认证授权。

步骤503，Wifi手机通过瘦AP接收发送语音数据和控制信息。

图6为AP组成的光纤环网图：

AP1、AP2、AP3和AP4(或更多的AP)利用提供的两个或两个以上的光接口，实现光纤环网，并在其中一路光纤发生故障时，另一路光纤能够正常保持通讯。

步骤601数据通过逆时针方向传输数据，在环网终结点处(AP 1)转发到光纤网络交换机.

步骤602当逆时针方向光纤网络发生故障时，系统自动识别，并使用顺时针方向的光纤网络传输数据，从而保证了网络的安全性。

图7是双2.4G天线回程加覆盖流程图：

步骤701Wifi手机通过AP 4的2.4G的覆盖功能，接入无线网络；

步骤702AP4通过2.4G的回传功能，将数据转发到AP3；

步骤703AP3通过2.4G的回传功能，将数据转发到AP2；

步骤704AP2再通过光口或电口，将数据转发到AP或光纤交换机，实现数据的通讯功能。

综上所述，本发明提出的技术方案是一种易于管理，语音质量更高的井下无线语音通讯技术。该井下无线通讯方法及系统可以有效改善井下无线传输质量，提高漫游切换成功率和减少切换时间。

Claims (7)

1.一种井下无线通讯方法，其特征在于：在井下以瘦AP模式作为无线网络组网形式，无线控制器(AC)集中管理瘦AP，在网络链路发生中断或无线控制器(AC)失去联系时，使瘦AP自动转为胖AP，保证网络正常运行；当网络恢复连接时，使胖AP再次转为瘦AP，提高系统的服务质量；无线控制器(AC)向胖AP发送控制命令指令，胖AP接收控制命令指令，并执行无线控制器(AC)发送的控制命令指令，实现胖瘦AP的集中式管理。

2.根据权利要求1所述的井下无线通讯方法，其特征在于：无线控制器(AC)向胖AP发送控制命令指令为设备重启、胖瘦模式转换、胖AP信息获取、胖AP频段或信道设置，胖AP接收控制命令指令，并执行相应的设备重启、胖瘦模式转换、胖AP信息获取、胖AP频段或信道设置动作。

3.根据权利要求1所述的井下无线通讯方法，其特征在于：所述瘦AP和胖AP的无线数据覆盖和回传都采用2.4G频率。

4.一种实现权利要求1所述方法的井下无线通讯系统，包括设于井上的SIP服务器(101)和无线控制器(102)以及设于井下的光纤交换机(103)、无线AP(104)和手机(105)，其特征在于：所述无线AP(104)具有瘦AP和胖AP切换功能，所述手机采用Wi-Fi技术实现语音通讯；所述SIP服务器(101)与无线控制器(102)连接，无线控制器(102)通过光纤与光纤交换机(103)连接，光纤交换机(103)通过光纤连接有多个无线AP(104)，所述无线AP(104)通过无线网络与手机(105)通讯。

5.根据权利要求4所述的井下无线通讯系统，其特征在于：所述无线AP(104)上设有两个2.4G无线传输天线，其中一个处理覆盖，另一个处理回程信号。

6.根据权利要求4所述的井下无线通讯系统，其特征在于：所述无线AP(104)具有网络交换功能，提供两个或两个以上光口，实现光纤接入，并能够组成光纤环网，在一路光纤发生故障时，能够保证数据正常传输。

7.根据权利要求4所述的井下无线通讯系统，其特征在于：所述光纤交换机(103)，无线AP(104)，Wifi手机(105)需要经过煤安认证。

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