CN101887266A

CN101887266A - 一种交通工具安全监控系统

Info

Publication number: CN101887266A
Application number: CN2010102282610A
Authority: CN
Inventors: 简伟; 余建国; 王建新
Original assignee: Beijing Northern Fiberhome Technologies Co Ltd
Current assignee: Beijing Northern Fiberhome Technologies Co Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2010-11-17

Abstract

本发明公开了一种交通工具安全监控系统，包括传感器节点、远端天线单元、光纤线路终端和中央控制单元；中央控制单元，用于向传感器节点下发配置信息，并对传感器节点上报的数据信息进行处理；中央控制单元依次通过光纤线路终端、远端天线单元将所述配置信息下发至传感器节点；传感器节点，设置于待监控部位附近，用于根据配置信息，采集所述待监控部位环境的物理数据信息，并将所采集到的数据信息上报至中央控制单元；传感器节点依次通过远端天线单元、光纤线路终端将数据信息上报至中央控制单元；中央控制单元与光纤线路终端之间、光纤线路终端与远端天线单元之间，采用光纤方式进行通信；远端天线单元与传感器节点之间，采用无线方式进行通信。

Description

一种交通工具安全监控系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种交通工具安全监控系统。

背景技术

安全性是各种交通工具需要考虑的首要因素，特别是对于飞机、船舶、火车等大型交通工具而言，各个关键部位的正常运行，对于保证交通工具的整体安全尤其重要。

在技术中，交通工具本身会对一些关键部位的运行状况数据进行采集，例如，在于大型飞行客机的起落架，引擎，尾翼，副翼，襟翼等涉及飞机整体安全的关键部位，都会设置运行状况数据数据采集装置，采集到的数据通过飞机内部网络上报。这种方式的缺点在于无法直接提供足够的信息作为系统操控人员的判断依据，大大限制了操控人员对突发事件的掌控和处理能力。此外，这种方式是基于交通工具的内部网络实现，因此扩展性能较差，当需要增加监控部位时，需要对交通工具的整体进行较大的改造。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种交通工具安全监控系统，以实现对交通工具关键部位更为直观、全面的监控，技术方案如下：

一种交通工具安全监控系统，该系统包括：传感器节点、远端天线单元、光纤线路终端和中央控制单元；

所述中央控制单元，用于向传感器节点下发配置信息，并对传感器节点上报的数据信息进行处理；中央控制单元依次通过光纤线路终端、远端天线单元将所述配置信息下发至传感器节点；

所述传感器节点，设置于待监控部位附近，用于根据所述配置信息，采集所述待监控部位环境的物理数据信息，并将所采集到的数据信息上报至中央控制单元；传感器节点依次通过远端天线单元、光纤线路终端将所述数据信息上报至中央控制单元；

其中，中央控制单元与光纤线路终端之间、光纤线路终端与远端天线单元之间，采用光纤方式进行通信；远端天线单元与传感器节点之间，采用无线方式进行通信。

优选地，所述系统还包括：

簇头节点，用于实现远端天线单元与至少一个传感器节点之间的通信。

优选地，中央控制单元与光纤线路终端位于相同的环状光纤传输网中。

优选地，远端天线单元与簇头节点之间、簇头节点与传感器节点之间，采用60GHz毫米波进行通信。

优选地，中央控制单元将所述配置信息携带于60GHz光纤无线电RoF信号中传输至远端天线单元；

远端天线单元对所述RoF信号进行光电耦合后，得到60GHz毫米波信号。

或者

中央控制单元将所述配置信息携带于数字基带信号中，通过光载波传输至远端天线单元；

远端天线单元通过光电耦合得到数字基带信号，再对得到数字基带信号使用60GHz振荡器变频得到60GHz毫米波信号。

优选地，多个传感器节点与同一个簇头节点进行通信，每个传感器节点采用时分和/或频分的方式与该簇头节点进行数据传输。

优选地，每个传感器节点和簇头节点都存在一个备份节点。

优选地，每个传感器节点和簇头节点都采用电池及外界能量采集的方式供电。

优选地，所述物理数据信息，包括温度信息、震动信息、气压信息、音频信息和/或视频信息。

本发明所提供的安全监控系统，除了可以支持温度、震动、气压等信息的采集，还可以支持高清的视频信号采集。不仅能在正常状态下实时上报监控对象的信息，并且在紧急情况突发时能更有利于操控人员及时发现、判别、处理问题。另一方面，本发明采用无线传感器网络与有线网络结合的方式，位于监控前端的无线传感器网络不需要依赖与大型工具内部网络，传感器节点可以灵活设置于大型交通工具的任何区域，不受空间和布线的限制。

此外，本发明所提供的安全监控系统，还可以采用保护链路和保护节点，提高系统在突发紧急情况下正常运行的能力；针对交通工具的特点，无线传感器网络节点可以电池及外界能量采集的结合的方式供电，从而进一步提高系统的稳定性和灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的交通工具安全监控系统的一种结构示意图；

图2为本发明所提供的交通工具安全监控系统的另一种结构示意图；

图3为本发明所提供的交通工具安全监控系统在飞机中的应用示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先对本发明所提供的交通工具安全监控系统进行说明，该系统包括：传感器节点、远端天线单元、光纤线路终端和中央控制单元；

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面结合附图和实施方式对本发明方案作进一步的详细说明。

图1所示为本发明所提供的交通工具安全监控系统结构示意图，该系统按照分级架构可分为五级：中央控制单元，光纤线路终端，远端天线单元，簇头节点，传感器节点。系统按照传输方式可分为光纤传输子网和无线传感器子网，其中光纤传输网包括：中央控制单元、光纤线路终端和远端天线单元；无线传感器子网包括：远端天线单元，簇头节点和传感器节点，在本实施例中，无线传感器子网使用60GHz毫米波进行通信。

在上述系统中，中央控制单元将配置信息逐级下发给传感器节点，传感器节点分布于各个待监测部位附近，根据中央控制单元下发的配置信息进行数据采集，然后逐级上报给中央控制单元。

下面分别对系统的每个组成部分进行说明：

1)传感器节点(Sensor Nodes)：

传感器节点按照中央控制单元的配置完成信息采集、信息同步、数据发送、数据接收和休眠等状态。其中信息采集状态具体为传感器节点利用板载传感器芯片收集外部视频，音频，温度，震动、气压等信息；信息同步状态具体为传感器节点建立与簇头节点之间的无线通信信道；数据发送状态具体为传感器节点按照协议分配的时隙上报数据至簇头节点；数据接收状态具体为传感器节点接收来自簇头节点的配置和命令信息；休眠状态具体为传感器节点在空闲时进入休眠状态以节省其能量消耗，等待下一个状态的到来。

传感器节点利用60GHz毫米波将所采集的信息传送至簇头节点，其中信息可以包括各个待监控部位的温度参数、震动参数、气压参数等。在本实施例中，无线传感器子网使用60GHz毫米波进行通信，因此具有较大的传输带宽。可以支持高清监控的视频/音频信号。传感器节点的种类可以包括：高清摄像监控器，温度传感器，震动传感器等。所述高清摄像监控器能支持无压缩高清数据的采集和发送，可以对引擎，油箱等关键部位采集高清的监控视频。

2)簇头节点(Cluster Heads)：

簇头节点汇总来自多个传感器节点的数据，按照中央控制单元的命令完成信息同步、数据发送、数据接收、休眠等状态。其中信息同步状态具体为簇头节点建立与传感器节点以及远端天线单元之间的无线通信信道；数据发送状态具体为簇头节点按照协议分配的时隙上报数据至远端天线单元以及发送配置和命令信息至各个传感器节点；数据接收状态具体为簇头节点接收来自各个传感器节点的数据以及来至远端天线单元的配置和命令信息；休眠状态具体为簇头节点在空闲时进入休眠状态以节省其能量消耗，等待下一个状态的到来。

簇头节点将来自同一个传感器子网中不同节点的数据转发至远端天线模块或者暂时缓存在簇头节点的板载存储芯片中。该功能由设定在MCU中的命令决定。由于Light of Sight(LOS)60GHz毫米波的传输特性，对于某些空间有限的部位(如飞机机翼，引擎等关键部位)或者远端部位(如飞机的机翼末梢)，传感器节点不能直接将数据传输到远端天线模块的情况下，簇头节点是必不可少的网络单元；否则，在传感器节点能将采集的数据直接传输到远端天线单元的情况下，簇头节点可以省略，其功能由远端天线单元完成，从而简化网络结构。

由于本实施例应用场景一般为航天器，铁路和公路车辆以及大型船舶的安全部件的监控，为保证其运行的稳定性和可靠性，其物理层(PHY)传输协议和媒介接入控制层(MAC)协议特征如下：

禁止传感器节点随意接入系统。每个传感器节点按照协议安排进入数据采集，数据上传，配置和管理命令接收和休眠等网络状态；

采用时分和频分混合型复用接入方式。每个传感器节点使用专用的传输时隙与簇头节点进行数据传输，并且与空间上相邻的节点使用不同的传输频点，从而避免同频干扰。

3)远端天线单元(Remote Antenna Units)

远端天线单元是毫米波传感网络和光纤传输网的接口，在下行链路中其功能是将向簇头节点或传感器节点发送来自中央控制单元的配置信息。

其中，中央控制单元至远端天线单元的下行传输可采取两种方案：

方案一：60-GHz光纤无线电技术(Radio-over-Fibe，RoF)传输；在该方案中，系统在中央控制单元采用单边带(SSB)或者载波抑制(OCS)方式产生60GHz的RoF信号，RoF信号经过光纤传输网络至远端天线模块，光电耦合后直接变换成60-GHz毫米波信号进行发射，而无需60GHz本地振荡器；

方案二：基带数字信号传输；在所述方案中，由中央控制单元所发出的基带数据通过电光调制器完成电光变换，再由光载波传送到指定的远端天线单元。光信号在远端天线单元利用光电耦合器件变换成基带信号，再由60GHz本地振荡器上变频到毫米波进行发射。

在上行信息采集链路中，远端天线单元的主要功能是利用60GHz毫米波接收机将来自簇头节点和传感器节点的毫米波信号下变频至基带，之后利用激光器和Mach-Zenhder Modulator调制成光信号进入光纤传输网传输至光纤线路终端。

4)光纤线路终端(Optical Line Terminal)

光纤线路终端作为光纤传输网络的节点，其主要作用是：在下行链路中，将光纤传输网中的采用IEEE802.5Token Ring协议传输的载有传感器节点和簇头节点配置信息的光信号传输至远端天线单元；在下行链路中，将远端天线单元收集的来自各个簇头节点和节点的大数据量信息按照IEEE802.5TokenRing协议标准经过光纤传输网发送至中央控制单元。

5)中央控制单元(Control Center)

中央控制单元作为整个系统的处理和控制单元，对由传感器网络采集的各种信息，尤其是高清晰度是视频监控信息，进行相关的处理并且显示给相关工作人员。同时，由工作人员或者系统缺省设定整个高速传感器网络的参数并下发给传感器网络的每个单元，比如上报时间，休眠间隔等。工作人员可以通过控制中心将系统的配置命令传递到每一个网络单元，对整个传感器网络实施管理和控制。

本实施例方案，由于采用60-GHz毫米波和光纤传输技术，拥有巨大的传输带宽。其中传感器节点和簇头节点之间传输带宽为1Mb/s-3Gb/s，簇头节点与远端天线单元之间的传输带宽为6Gb/s-12Gb/s，光纤总线的带宽为40Gb/s-100Gb/s。可以本发明支持高清晰度无压缩的视频信号的采集，并且支持常规的数据类型采集，具有很高的兼容性。

为了增加系统对应突发和紧急情况的能力，还可以为系统进一步增加网络保护和冗余机制，参见图2所示：毫米波传感子网中的各个节点，包括传感器节点、簇头节点和远端天线单元，都有一个备用节点，在主节点遇到不可预测的原因而无法工作时，如意外损坏和电池耗尽等突发情况，该备用节点将自动替代主节点的功能。对于光线传输网络，则采用环状架构实现光纤双向冗余传输，不需要冗余的光网络节点。该架构方式的优点是在增加系统冗余的同时，减少光网络冗余的所需的成本。

此外，对于传感器节点和簇头节点，除了采用常规的电池供电方式之外，为延长工作寿命，保证节点持续工作，还可以进一步采用外界能量采集的方式供电，例如，实时采集光，振动，热等各种形式的外界能量，转化为电能储备在蓄电池中、或者直接使用。

图3所示为本发明的监控系统在大型飞机中的一种应用示意图。其中，传感器节点设置于引擎，油箱，尾翼等飞机的关键部位，支持无压缩高清数据的采集和发送。由于Light of Sight(LOS)60GHz毫米波的传输特性，对于某些空间有限的部位(如飞机机翼，引擎等关键部位)或者远端部位(如飞机的机翼末梢)，传感器节点不能直接将数据传输到远端天线模块的情况下，簇头节点是必不可少的网络单元；

来自机翼，尾翼，起落架，油箱等关键部位的高清晰度监控信息和其它环境参数将由机载航空控制中心(Avionic Bay)处理后，最终传递给飞行员，完成对整个飞机系统结构的安全监控。其中，机载航空控制中心由大型计算机组成，是大型飞机的关键控制设备，中央控制单元的功能可以嵌入在机载航空控制中心。而飞行员可以通过机载航空控制中心将高速传感器网络的配置命令传递到每一个网络单元，对整个传感器网络实施管理和控制。

上面结合了附图对本发明最佳应用实例做出了详细说明，但本发明不局限于此实例，比如其具体应用，可以为需要实现高清视频监控的场景，比如，大型的船舶和车辆，高速轨道列车，航空和航天器等。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种交通工具安全监控系统，其特征在于，该系统包括：传感器节点、远端天线单元、光纤线路终端和中央控制单元；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

中央控制单元与光纤线路终端位于相同的环状光纤传输网中。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

远端天线单元与簇头节点之间、簇头节点与传感器节点之间，采用60GHz毫米波进行通信。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，

中央控制单元将所述配置信息携带于60GHz光纤无线电RoF信号中传输至远端天线单元；

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

多个传感器节点与同一个簇头节点进行通信，每个传感器节点采用时分和/或频分的方式与该簇头节点进行数据传输。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

每个传感器节点和簇头节点都存在一个备份节点。

9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

每个传感器节点和簇头节点都采用电池及外界能量采集的方式供电。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述物理数据信息，包括温度信息、震动信息、气压信息、音频信息和/或视频信息。