CN101945120B - 一种节能型矿用多媒体应急救援通信系统 - Google Patents

一种节能型矿用多媒体应急救援通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种节能型矿用多媒体应急救援通信系统，核心设备为矿用多功能无线Mesh网关、矿用多功能无线Mesh路由器以及多媒体业务服务器，网关和路由器均设置有主控系统板和WiFi Mesh系统板，主控系统板上设置有主控制器，主控制器的电源控制端与WiFi Mesh系统电源输入选通模块连接，WiFi Mesh系统板上设置有子控制器和WiFi智能接入卡，其特征在于：网关主控制器上设置有网关节能控制系统，路由主控制器上设置有路由节能控制系统，网关节能控制系统与路由节能控制系统有机融合，实现了低功耗嵌入式子系统去控制高功耗WIFI系统工作状态和软、硬休眠机制相结合的节能控制方法，有效延长设备待机时间。

Description

一种节能型矿用多媒体应急救援通信系统
技术领域
本发明涉及矿山多媒体无线通信技术领域，具体地说，是一种节能型矿用多媒体应急救援通信系统。
背景技术
按照目前配备给矿山救护大队的应急救援通信系统及其技术发展趋势来看，矿山应急救援通信主要是基于无线网络的应急通信系统和基于有线网络的应急调度通信系统以及基于前面两种方式相结合的有线无线混合应急通信系统。按照矿山应急救援通信系统传输业务的类型和传输带宽来看，主要有基于低速率数据传输的窄带应急通信系统和基于高速率数据传输的宽带多媒体应急通信系统。
早期的矿山安全生产调度和救灾通信系统主要是矿用程控调度机、分散式本安偶合器和本安按键话机、矿用程控调度通信系统、矿用程控交换调度系统等。为了解决早期通信系统噪声较大的问题，后来出现了矿用抗噪声电话调度机。由于煤矿灾害环境复杂多变，这些基于有线通信技术的应急救援通信系统面临严峻的抢险救灾实践挑战，如信息接入和传输方式单一，铺线繁琐，系统部署不灵活且耽误救灾黄金时间等。即使基于双绞线技术的应急救灾通信系统在一定程度提高了系统传输带宽，然而当矿井灾害发生时，这些有线通信设施容易失效或无法正常工作。此外，矿用小灵通系统和CDMA通信系统虽然可支持通信终端设备的移动性，但由于其技术先天不足，后期维护和运营成本太高，且和其他IP网络系统互联困难等，正面临被业界逐步淘汰的可能。
目前适合矿井受限空间应用的矿山应急救援通信技术主要是基于短距离和移动性强的自组织无线网络和通信技术，如感应和泄漏通信系统、WIFI无线局域网、ZigBee传感器网络、Ad Hoc网络、无线Mesh网络等技术。感应和泄漏通信系统不足的是感应通信杂音大和多媒体通信支持差，而泄漏通信电缆部署成本又极高且售后技术服务及维修问题严重。传统WIFI无线局域网技术虽然解决了应急终端设备的多媒体信息无线宽带接入，但是由于接入设备位置过于有限和集中，严重依赖于有线网络互联，而且也不支持无线多跳传输和自组织网络灵活部署，因此在应急抢险救援时通信系统部署很不灵活，且部署范围也十分有限。基于ZigBee传感器网络技术由于支持低功耗、低成本和无线Mesh传感器网络，另外也支持多个无线频段和多跳路由传输，因此在救援灾害现场灾区环境探测及人员定位跟踪方面受到业界广泛关注，然而由于其无线传输带宽较低，严重影响了该技术在多媒体信息传输的应用范围。基于Ad Hoc自组织网络技术通信系统虽然组网灵活且可靠性高，但是缺少网络通信节能集中控制和网络拓扑集中管理功能。
基于无线Mesh网络技术的多媒体应急通信系统具有支持IP技术、高带宽、多跳传输和自组织组网以及易部署等优点。但是，通常基于无线Mesh网络的宽带通信设备功耗都比较大，而这些系统设备工作电源或电池容量又十分有限，如何保证它们尽可能长的待机寿命是无线Mesh网络技术在煤矿救灾通信应用面临的难题。目前国际上能做到满足48小时的应急救援通信保障时间，但这离生命救援黄金时间72小时还有差距。因此，现实迫切需要发明新的技术或方法来有效延长系统待机寿命和满足理想的应急救援时间需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种节能型矿用多媒体应急救援通信系统，通过无线Mesh网络技术建立起WiFi无线Mesh网络和ZigBee无线Mesh网络，不但适应于矿山无线通信的环境制约，同时还具有多媒体业务宽带传输功能，且无线传输可靠、通信质量稳定、成本低、抗干扰性强、使用方便等特点，最主要是设计出一种通信节能控制系统来减少无线Mesh网络中核心设备的待机功耗，从而延长整个应急通信系统的待机寿命，使其逼近理想的黄金救援时间，特别适合我国矿山灾害应急抢险救援通信等应用，具有极大社会效益和经济效益。
为达到上述目的，本发明提供一种节能型矿用多媒体应急救援通信系统，设置有终端设备、该终端设备连接在无线Mesh网络上，所述无线Mesh网络中设置有矿用多功能无线Mesh网关和矿用多功能无线Mesh路由器，所述矿用多功能无线Mesh网关通过井下有线网络或无线局域网络WLAN与地面应急救援指挥中心连接，在地面应急救援指挥中心中设置有多媒体业务服务器；
所述矿用多功能无线Mesh网关、矿用多功能无线Mesh路由器以及多媒体业务服务器是应急救援通信系统的核心设备，多媒体业务服务器的主要功能是完成数据、语音和视频等多媒体业务记录和实时监测网络多媒体业务情况，矿用多功能无线Mesh网关主要是进行多媒体应急通信无线Mesh网络内部管理以及无线Mesh网络和其他异构网络协议转换和互联，矿用多功能无线Mesh路由器主要是完成多种终端设备的接入以及数据的路由传输，所述终端设备包括矿用本安手机、矿用视频及图像采集终端、井下RFID人员定位设备和2.4GHz ZigBee传感器等。
所述矿用多功能无线Mesh网关由网关主控系统板和网关WiFi Mesh系统板组成，在网关主控系统板上设置有网关主控制器，该网关主控制器的电源控制端与网关WiFi Mesh系统电源输入选通模块连接，在网关WiFi Mesh系统板上设置有网关子控制器CPU，所述网关子控制器CPU上连接有网关WiFi智能接入卡，该网关子控制器CPU还与所述网关主控制器双向联系；
所述矿用多功能无线Mesh路由器由路由主控系统板和路由WiFi
Mesh系统板组成，在路由主控系统板上设置有路由主控制器，该路由主控制器的电源控制端与路由WiFi Mesh系统电源输入选通模块连接，在路由WiFi Mesh系统板上设置有路由子控制器CPU，所述路由子控制器CPU上连接有路由WiFi智能接入卡，该路由子控制器CPU还与所述路由主控制器双向联系；
所述矿用多功能无线Mesh网关根据实际应用环境可通过有线方式连接到井下有线网络通信设备或地面网络通信设备，也可以通过无线方式连接到地面网络通信设备。多媒体业务服务器位于地面应急救援指挥中心，与矿用多功能无线Mesh网关可以通过有线(光纤网和工业以太网)或无线方式WLAN进行互联。无线Mesh网络主要由矿用多功能无线Mesh网关和矿用多功能无线Mesh路由器等构建，支持基于WIFI无线Mesh网络技术的语音或视频多媒体业务传输和基于ZigBee无线Mesh网络技术的数据传输。
其关键在于：
①所述网关主控制器上设置有网关节能控制系统，该网关节能控制系统中设置有：
用于判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求，则用于判断系统是否处于清醒状态的装置；
如果系统处于清醒状态，则用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果系统处于休眠状态，则用于广播休眠结束命令的装置；
用于判断是否处于硬休眠状态的装置；
如果系统处于硬休眠状态，则：用于输出网关WiFi Mesh系统板通电指令的装置；
如果系统处于软休眠状态，则：用于输出网关WiFi智能接入卡使能指令的装置；
用于进入清醒状态并设置清醒状态标志的装置；
用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果没有收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求，则：进入WiFi业务查询机构；
所述WiFi业务查询机构设置有：
用于判断WiFi业务查询周期是否到达的装置；
如果WiFi业务查询周期没有到达，则：用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果WiFi业务查询周期到达，则：
用于设置WiFi业务查询请求次数Q＝0的装置；
用于发起查询WiFi业务请求的装置；
用于判断是否收到多媒体业务服务器响应的装置；
如果没有收到多媒体业务服务器响应，则：用于判断请求次数Q是否大于K的装置；
如果请求次数不大于K，则：用于设置请求次数Q＝Q+1并返回所述用于发起查询WiFi业务请求的装置；
如果请求次数大于K，则：进入硬休眠控制机构；
如果收到多媒体业务服务器响应，则：用于判断无线Mesh网络中是否存在WiFi业务的装置；
如果无线Mesh网络中存在WiFi业务，则：用于软、硬休眠次数计数器清零的装置；
用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果无线Mesh网络中不存在WiFi业务，则：用于判断软休眠次数是否大于N的装置；
如果软休眠次数不大于N，则：进入软休眠控制机构；
如果软休眠次数大于N，则：进入所述硬休眠控制机构；
所述软休眠控制机构设置有：
用于进入软休眠状态并设置软休眠状态标志的装置；
用于广播软休眠命令的装置；
用于软休眠次数加1的装置；
用于输出网关WiFi智能接入卡禁用指令的装置；
用于设置软休眠定时器初值TS的装置；
用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
所述硬休眠控制机构设置有：
用于进入硬休眠状态并设置硬休眠状态标志的装置；
用于广播硬休眠命令的装置；
用于硬休眠次数加1的装置；
用于输出断开网关WiFi Mesh系统板电源指令的装置；
用于设置硬休眠定时器初值Th的装置；
用于判断硬休眠次数是否大于M的装置；
如果硬休眠次数不大于M，则：用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果硬休眠次数大于M，则：用于软、硬休眠次数计数器清零的装置；
用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
②所述路由主控制器上设置有路由节能控制系统，该路由节能控制系统中设置有：
用于判断是否收到休眠结束命令的装置；
如果收到休眠结束命令，则用于回复休眠结束命令响应的装置；
用于判断是否处于休眠状态的装置；
如果不处于休眠状态，则用于返回判断是否收到休眠结束命令的装置；
如果处于休眠状态，则用于判断是否处于硬休眠状态的装置；
如果处于硬休眠状态，则用于输出路由WiFi Mesh系统板通电指令的装置；
如果处于软休眠状态，则用于输出路由WiFi智能接入卡使能指令的装置；
用于进入清醒状态并设置清醒状态标志的装置；
用于返回判断是否收到休眠结束命令的装置；
如果没有收到休眠结束命令，则用于判断是否收到休眠命令的装置；
如果没有收到休眠命令，则用于返回判断是否收到休眠命令的装置；
如果收到休眠命令，则用于回复休眠命令响应的装置；
用于判断休眠命令是否为硬休眠命令的装置；
如果休眠命令为硬休眠命令，则：用于进入硬休眠状态并设置硬休眠标志的装置，用于输出路由WiFi Mesh系统板断电指令的装置，用于设置硬休眠定时器初值Th的装置，用于返回判断是否收到休眠结束命令的装置；
如果休眠命令是软休眠命令，则：用于进入软休眠状态并设置软休眠标志的装置，用于输出路由WiFi智能接入卡禁用指令的装置，用于设置软休眠定时器初值Ts的装置，用于返回判断是否收到休眠结束命令的装置；
所述K为WiFi业务查询限定次数，所述M为硬休眠限定次数，所述N为软休眠限定次数。
所述节能型矿用多媒体应急救援通信系统的核心装置为矿用多功能无线Mesh网关和矿用多功能无线Mesh路由器，其工作功耗主要由以下三部分构成：(1)WiFi Mesh系统板工作功耗；(2)WiFi智能接入卡工作功耗；(3)主控系统板(包括ZigBee无线通信模块和宽范围本安电源模块等)工作功耗。在井下应急救援时，系统核心装置通常采用电池供电。为了有效降低系统功耗和延长工作或待机寿命，本发明提出的是一种基于软、硬自适应业务响应休眠机制相结合的通信节能控制系统，所述矿用多功能无线Mesh网关和矿用多功能无线Mesh路由器的主控系统板既可向WiFi Mesh系统板发送命令来控制WiFi智能接入卡的使能和禁用，又可通过电源输入选通模块控制WiFi Mesh系统板的通断电状态，前者称之为WiFi智能接入卡软休眠，简称“软休眠”；后者称之为WiFi Mesh系统板硬休眠，简称“硬休眠”。
矿用多功能无线Mesh网关和矿用多功能无线Mesh路由器存在两种工作模式：软休眠模式和硬休眠模式。软休眠模式下，存在两种工作状态：软休眠状态和正常(清醒)工作状态。硬休眠模式下存在两种工作状态：硬休眠状态和正常(清醒)工作状态。正常(清醒)工作状态是指WiFi Mesh系统板、WiFi智能接入卡和主系统控制板都处于正常工作状态。软休眠状态是指禁用WiFi智能接入卡，而WiFi Mesh系统板和主系统控制板仍保持正常工作状态。硬休眠状态是指禁用WiFi智能接入卡，断电WiFi Mesh系统板，只有主控系统板都处于正常工作状态。
当无线Mesh网络中没有WiFi业务时，矿用多功能无线Mesh网关和矿用多功能无线Mesh路由器可进入软休眠状态或硬休眠状态，从而减少系统待机功耗。但是，如果有WiFi终端(如矿用本安手机)请求接入矿用多媒体应急无线Mesh网络时，必须使得矿用多功能无线Mesh网关和矿用多功能无线Mesh路由器及时使能WiFi智能接入卡或保证WiFi Mesh系统板通电，并进入正常(清醒)工作状态，从而确保WiFi业务接入。
矿用多功能无线Mesh网关既能实现无线Mesh网络和其他异构网络互联，又能实现与多媒体业务服务器进行通信响应交互。多媒体业务服务器实时监测网络多媒体业务情况，记录网内发生的数据、语音和视频多媒体业务。矿用多功能矿用多功能无线Mesh网关通过接入IP网络和周期性地查询多媒体业务服务器，以此判断无线Mesh网络中是否存在WiFi业务。
如果没有WiFi业务，在软休眠模式，矿用多功能无线Mesh网关则通过基于ZigBee的无线Mesh网络通信平台广播软休眠命令，然后禁用WiFi智能接入卡，进入软休眠状态。矿用多功能无线Mesh路由器收到软休眠命令，立即禁用WiFi智能接入卡，进入软休眠状态。矿用多功能无线Mesh网关与矿用多功能无线Mesh路由器的软休眠或禁用WiFi智能接入卡时间Ts相同，软休眠结束后就使能各自的WiFi智能接入卡，进入正常(清醒)工作状态。在硬休眠模式，矿用多功能无线Mesh网关则通过基于ZigBee的无线Mesh网络通信平台广播硬休眠命令，然后使得WiFi Mesh系统板断电，并进入硬休眠状态。矿用多功能无线Mesh路由器收到硬休眠命令后立即使得WiFi Mesh系统板断电，进入硬休眠状态。矿用多功能无线Mesh网关与矿用多功能无线Mesh路由器硬休眠或WiFi Mesh系统板断电时间Th相同，硬休眠结束后就使得WiFi Mesh系统板重新通电，进入正常(清醒)工作状态。
系统核心装置进入正常(清醒)工作状态后，WiFi终端就可接入到应急通信系统无线Mesh网络中，并向多媒体业务服务器发起WiFi业务请求和完成WiFi业务登记。矿用多功能无线Mesh网关查询多媒体业务服务器时，如果应急通信系统无线Mesh网络中存在WiFi业务，矿用多功能矿用多功能无线Mesh网关不会广播休眠命令(软或硬休眠)，矿用多功能无线Mesh网关与矿用多功能无线Mesh路由器将继续保持正常(清醒)工作状态，直到无线Mesh网络中没有WiFi业务。
当矿用多功能无线Mesh网关与矿用多功能无线Mesh路由器处于软休眠状态或硬休眠状态时，如果WiFi终端(如WiFi手机)请求接入应急通信系统无线Mesh网络，则须等待至系统核心装置休眠结束和进入正常(清醒)工作状态时才可接入。如果地面应急救援指挥中心发起WiFi业务，多媒体业务服务器会向矿用多功能无线Mesh网关发送指挥中心WiFi业务请求。矿用多功能无线Mesh网关收到指挥中心发起的WiFi业务请求后，如果矿用多功能无线Mesh网关与矿用多功能无线Mesh路由器处于软休眠状态或硬休眠状态，则会通过基于ZigBee的无线Mesh网络通信平台广播休眠结束命令，使系统核心装置恢复到正常(清醒)工作状态。
当系统核心装置进行周期软、硬休眠和实施通信节能控制之前，矿用多功能无线Mesh网关须向多媒体业务服务器发起系统注册请求和定时查询WiFi业务情况。当矿用多功能矿用多功能无线Mesh网关向多媒体业务服务器连续K次查询WiFi业务都没收到服务器响应情况下，则基于ZigBee无线Mesh网络立即广播硬休眠命令，并让网关进入硬休眠状态。如果网关收到多媒体业务服务器响应后，且判断无线Mesh网络内不存在WiFi业务，则直接进入软休眠状态。在软休眠模式下，当网关连续进行软休眠超过N次后就直接切换到硬休眠模式。在硬休眠模式下，当网关连续进行硬休眠超过M次后，则切换到软休眠模式。当矿用多功能矿用多功能无线Mesh网关收到来自地面应急救援指挥中心的WiFi业务请求且不处于正常(清醒)工作状态，则基于ZigBee无线Mesh网络立即广播休眠结束命令，然后切换到正常(清醒)工作状态。
矿用多功能无线Mesh路由器首先进行系统初始化，启动WiFi Mesh系统板，然后启动通信节能控制功能。当矿用多功能矿用多功能无线Mesh路由器收到休眠结束命令后，根据所处休眠状态选择使能WiFi智能接入卡或使得WiFi Mesh系统板通电。当矿用多功能矿用多功能无线Mesh路由器收到休眠命令后，根据休眠命令内容选择禁用WiFi智能接入卡或使得WiFi Mesh系统板断电，定时休眠一段时间后再使能WiFi智能接入卡或通电WiFi Mesh系统板。
本发明的显著效果是：提供了一种节能型矿用多媒体应急救援通信系统，具有以下特征：
①支持井下语音和图像等多媒体业务同时进行无线宽带网络多跳传输。系统实现了基于WIFI多跳网络的多媒体业务接入和无线Mesh路由传输平台，支持音、视频等WIFI无线终端接入，且无线传输带宽理论可达54Mbps。
②实现了同时支持WIFI Mesh和ZigBee Mesh、工业以太网和现场总线等多种技术标准的平台功能，实现了工业以太网、现场总线网络以及WIFI无线局域网等三网有效融合；
③实现了基于ZigBee无线Mesh网络数据传输平台的WIFI网络节能算法。支持通过低功耗嵌入式子系统去管理高功耗WIFI子系统工作状态，从而实现基于WiFi子系统板软、硬休眠机制相结合的通信节能控制方法；
④系统装置通过ZigBee通信模块和WIFI无线Mesh系统板实现了应急救援通信系统快速自组织无线网络、无线链路自愈和无线Mesh多跳路由传输；
⑤支持了与KJ90等多种系列全矿井综合自动化系统和矿山安全生产多媒体监控系统互联，支持基于SIP协议的VOIP语音服务和控制技术。
附图说明
图1是本发明的节能型矿用多媒体应急救援通信系统网络拓扑图；
图2是本发明的矿用多功能无线Mesh网关电路原理框图；
图3是本发明的矿用多功能无线Mesh路由器电路原理框图；
图4是本发明的网关节能控制系统控制流程图；
图5是本发明的路由节能控制系统控制流程图；
图6是本发明的网关节能控制系统工作原理时序图；
图7是本发明的路由节能控制系统工作原理时序图；
图8是本发明的节能型矿用多媒体应急救援通信系统工作状态转移图；
其中，图8中的各种标记分别表示为：
(1)网关发送查询WiFi业务请求
(2)服务器发送查询WiFi业务响应
(3)服务器发送WiFi业务请求
(4)网关发送WiFi业务请求响应
(5)网关广播休眠命令
(6)休眠命令响应
(7)网关广播休眠结束命令
(8)休眠结束命令响应
(9)WiFi业务登记表为空
(10)收到WiFi业务请求
(11)在软休眠模式下没有WiFi业务
(12)软休眠结束或收到(3)
(13)在硬休眠模式下没有WiFi业务
(14)硬休眠结束或收到(3)
(15)存在WiFi业务
(16)收到软休眠命令
(17)软休眠结束或收到休眠结束命令
(18)收到硬休眠命令
(19)硬休眠结束或收到休眠结束命令
(20)没有收到休眠命令
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示：一种节能型矿用多媒体应急救援通信系统，设置有终端设备A、该终端设备A经过无线链路、现场总线或工业以太网等方式与无线Mesh网络B连接，所述终端设备A包括矿用本安手机、矿用视频及图像采集终端、井下RFID人员定位设备以及2.4GHz ZigBee传感器终端等；
所述无线Mesh网络B中设置有矿用多功能无线Mesh网关B1和矿用多功能无线Mesh路由器B2，所述矿用多功能无线Mesh网关B1通过工业以太网与井下有线网络C中的网络交换机/分站C1连接，该网络交换机/分站C1经井下光纤骨干网与地面应急救援指挥中心D中的局域网交换机D1连接，在局域网交换机D1上连接有多媒体业务服务器D2；
所述地面应急救援指挥中心D中的局域网交换机D1上还连接有无线接入点AP，该无线接入点AP经过无线局域网络WLAN与所述矿用多功能无线Mesh网关B1连接。
如图2所示，所述矿用多功能无线Mesh网关B1由网关主控系统板a和网关WiFi Mesh系统板b组成，在网关主控系统板a上设置有网关主控制器，该网关主控制器的电源控制端与网关WiFi Mesh系统电源输入选通模块连接，在网关WiFi Mesh系统板b上设置有网关子控制器CPU，所述网关子控制器CPU上连接有网关WiFi智能接入卡，该网关子控制器CPU还通过RS232串口与所述网关主控制器双向联系，在网关主控制器上还配置有ZigBee通信模块以及现场总线接口，网关子控制器CPU上还配置有工业以太网接口，外界直流本安电源通过大容量便携式本安电源处理模块处理后为所述矿用多功能无线Mesh网关B1供电。
如图3所示，所述矿用多功能无线Mesh路由器B2由路由主控系统板c和路由WiFi Mesh系统板d组成，在路由主控系统板c上设置有路由主控制器c1，该路由主控制器c1的电源控制端与路由WiFi Mesh系统电源输入选通模块c2连接，在路由WiFi Mesh系统板d上设置有路由子控制器CPU d1，所述路由子控制器CPU d1上连接有路由WiFi智能接入卡d2，该路由子控制器CPU d1还通过RS232串口与所述路由主控制器c1双向联系，在路由主控制器c1上也配置有ZigBee通信模块以及现场总线接口，路由子控制器CPU d1上也配置有工业以太网接口，外界直流本安电源通过大容量便携式本安电源处理模块处理后为所述矿用多功能无线Mesh网关B1供电。
所述ZigBee通信模块用于建立起基于ZigBee无线Mesh网络，支持所述终端设备A中的2.4GHz ZigBee传感器终端的接入，所述现场总线接口用于支持进行RFID人员定位设备的接入，所述WiFi智能接入卡用于支持WiFi终端的接入，包括矿用本安手机以及矿用视频及图像采集终端，所述工业以太网口用于连接基于TCP/IP的工业以太网络。
如图4、6所示，所述网关主控制器a1上设置有网关节能控制系统，该网关节能控制系统中设置有：
用于判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置，继续判断地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器是否发出WiFi业务请求；
如果收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求，则用于判断系统是否处于清醒状态的装置；
如果系统处于清醒状态，则用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果系统处于休眠状态，则用于广播休眠结束命令的装置，通过网关主控制器a1生成休眠结束命令，并通过基于ZigBee无线Mesh网络广播到所有矿用多功能无线Mesh路由器B2上；
用于判断是否处于硬休眠状态的装置；
如果系统处于硬休眠状态，则：用于输出网关WiFi Mesh系统板b通电指令的装置，所述网关WiFi Mesh系统板b的电源输入选通模块a2接收到该指令时，使得网关WiFi Mesh系统板b通电；
如果系统处于软休眠状态，则：用于输出网关WiFi智能接入卡b2使能指令的装置，所述网关WiFi智能接入卡b2使能指令通过RS232串口传送到所述网关WiFi Mesh系统板b中的网关子控制器CPUb1上，网关子控制器CPU b1接收到该命令后便使能WiFi智能接入卡b2；
用于进入清醒状态并设置清醒状态标志的装置；
用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果没有收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求，则：进入WiFi业务查询机构；
所述WiFi业务查询机构设置有：
用于判断WiFi业务查询周期是否到达的装置，所述WiFi业务查询周期分为软休眠查询周期PS和硬休眠查询周期Ph，其中软休眠查询周期PS的时间长度即为一个软休眠模式的工作时间，硬休眠查询周期Ph即为一个硬休眠模式的工作时间；
如果WiFi业务查询周期没有到达，则：用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果WiFi业务查询周期到达，则：
用于设置WiFi业务查询请求次数Q＝0的装置；
用于发起查询WiFi业务请求的装置；
用于判断是否收到多媒体业务服务器D2响应的装置；
如果没有收到多媒体业务服务器D2响应，则：用于判断请求次数Q是否大于K的装置；
如果请求次数不大于K，则：用于设置请求次数Q＝Q+1并返回所述发起查询WiFi业务请求的装置；
如果请求次数大于K，则：进入硬休眠控制机构；
如果收到多媒体业务服务器D2响应，则：用于判断无线Mesh网络B中是否存在WiFi业务的装置；
如果无线Mesh网络B中存在WiFi业务，则：用于软、硬休眠次数计数器清零的装置；
用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果无线Mesh网络B中不存在WiFi业务，则：用于判断软休眠次数是否大于N的装置；
如果软休眠次数不大于N，则：进入软休眠控制机构；
如果软休眠次数大于N，则：进入所述硬休眠控制机构；
所述软休眠控制机构设置有：
用于进入软休眠状态并设置软休眠状态标志的装置；
用于广播软休眠命令的装置；
用于软休眠次数加1的装置；
用于输出网关WiFi智能接入卡b2禁用指令的装置，所述网关WiFi智能接入卡b2禁用指令通过RS232串口传送到所述网关WiFiMesh系统板b中的网关子控制器CPU b1上，网关子控制器CPU b1接收到该命令后便禁用WiFi智能接入卡b2；
用于设置软休眠定时器初值TS的装置，通过软休眠定时器初值Ts确定软休眠时间，在软休眠模式下，所述软休眠查询周期Ps包括查询WiFi业务所需时间、广播休眠命令所需时间、软休眠时间Ts以及正常工作(清醒)时间；
用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
所述硬休眠控制机构设置有：
用于进入硬休眠状态并设置硬休眠状态标志的装置；
用于广播硬休眠命令的装置；
用于硬休眠次数加1的装置；
用于输出网关WiFi Mesh系统板b断电指令的装置，所述网关WiFi Mesh系统板b的电源输入选通模块a2接收到该指令时，使得网关WiFi Mesh系统板b断电；
用于设置硬休眠定时器初值Th的装置，在硬休眠模式下，所述硬休眠查询周期Ph包括查询WiFi业务所需时间、广播休眠命令所需时间、硬休眠时间Th以及正常工作(清醒)时间；
用于判断硬休眠次数是否大于M的装置；
如果硬休眠次数不大于M，则：用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果硬休眠次数大于M，则：用于软、硬休眠次数计数器清零的装置；
用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置。
如图5、7所示，所述路由主控制器c1上设置有路由节能控制系统，该路由节能控制系统中设置有：
用于判断是否收到休眠结束命令的装置；
如果收到休眠结束命令，则用于回复休眠结束命令响应的装置；
用于判断是否处于休眠状态的装置；
如果不处于休眠状态，则用于返回判断是否收到休眠结束命令的装置；
如果处于休眠状态，则用于判断是否处于硬休眠状态的装置；
如果处于硬休眠状态，则用于输出路由WiFi Mesh系统板d通电指令的装置；
如果处于软休眠状态，则用于输出路由WiFi智能接入卡d2使能指令的装置；
用于进入清醒状态并设置清醒状态标志的装置；
用于返回判断是否收到休眠结束命令的装置；
如果没有收到休眠结束命令，则用于判断是否收到休眠命令的装置；
如果没有收到休眠命令，则用于返回判断是否收到休眠结束命令的装置；
如果收到休眠命令，则用于回复休眠命令响应的装置；
用于判断休眠命令是否为硬休眠命令的装置；
如果休眠命令为硬休眠命令，则：用于进入硬休眠状态并设置硬休眠标志的装置，用于输出路由WiFi Mesh系统板d断电指令的装置，用于设置硬休眠定时器初值Th的装置，用于返回判断是否收到休眠结束命令的装置；
如果休眠命令是软休眠命令，则：用于进入软休眠状态并设置软休眠标志的装置，用于输出路由WiFi智能接入卡d2禁用指令的装置，用于设置软休眠定时器初值Ts的装置，用于返回判断是否收到休眠结束命令的装置。
所述矿用多功能无线Mesh路由器B2通过基于ZigBee的无线Mesh网络接收矿用多功能无线Mesh网关B1广播的休眠命令和休眠结束命令，矿用多功能无线Mesh路由器B2与矿用多功能无线Mesh网关B1节能控制的硬件电路类似，整个节能系统保持同步的休眠控制机制，即矿用多功能无线Mesh路由器B2的软休眠时间Ts和硬休眠时间Th都与矿用多功能无线Mesh网关B1相同。
在具体实施过程中，本发明采用的试验电源型号为6-FM-7的12V/7Ah蓄电池。控制参数设置为软休眠查询WiFi业务周期Ps＝20秒，软休眠时间Ts＝10秒，硬休眠查询WiFi业务周期Ph＝120秒，硬休眠时间Th＝60秒时(参数可根据实际情况进行优化)，软休眠限定次数N＝3，硬休眠限定次数M＝3，WiFi业务查询限定次数K＝3，通过检测发现矿用多功能无线Mesh路由器待机寿命为33.0小时，延长待机寿命的时间百分比可达22％，而矿用多功能无线Mesh网关延长待机寿命的时间百分比可达33％左右。因此本发明节能控制效果十分显著，具有重大的实用价值，如果我们使用大容量便携式本安电源并采取双电源供电，则应急救援通信系统中的核心设备待机时间可以逼近72小时黄金救援时间，满足理想的应急救援时间需求。
本发明的工作原理是：
如图8所示，系统核心装置根据查询WiFi业务请求响应内容和通信节能控制策略决定进入附图说明中相应的工作状态，多媒体业务服务器D2可以判断无线Mesh网络B中存在WiFi业务和没有WiFi业务，矿用多功能无线Mesh网关B1和矿用多功能无线Mesh路由器B2的工作模式分为软休眠模式和硬休眠模式，软休眠模式下，存在软休眠状态和正常(清醒)工作状态，硬休眠模式下存在硬休眠状态和正常(清醒)工作状态。正常(清醒)工作状态是指WiFi Mesh系统板b、d、WiFi智能接入卡b2、d2和主系统控制板a、c都处于正常工作状态。软休眠状态是指禁用WiFi智能接入卡b2、d2，而WiFi Mesh系统板b、d和主系统控制板a、c仍保持正常工作状态。硬休眠状态是指禁用WiFi智能接入卡b2、d2，断电WiFi Mesh系统板b、d，只有主控系统板a、c处于正常工作状态。
矿用多功能无线Mesh网关B1既能实现无线Mesh网络B和其他异构网络互联，又能实现与多媒体业务服务器D2进行通信响应交互。多媒体业务服务器D2实时监测网络多媒体业务情况，记录网内发生的数据、语音和视频多媒体业务。矿用多功能矿用多功能无线Mesh网关B1通过接入IP网络周期性地查询多媒体业务服务器D2，以此判断无线Mesh网络B中是否存在WiFi业务。如果没有WiFi业务，在软休眠模式，矿用多功能无线Mesh网关B1则通过基于ZigBee的无线Mesh网络通信平台广播软休眠命令，然后禁用网关WiFi智能接入卡b2，进入软休眠状态。矿用多功能无线Mesh路由器B2收到软休眠命令，立即禁用路由WiFi智能接入卡d2，进入软休眠状态。矿用多功能无线Mesh网关B1与矿用多功能无线Mesh路由器B2的软休眠或禁用WiFi智能接入卡时间Ts相同，软休眠结束后就使能各自的WiFi智能接入卡，进入正常(清醒)工作状态。
在硬休眠模式，矿用多功能无线Mesh网关B1则通过基于ZigBee的无线Mesh网络通信平台广播硬休眠命令，然后使得网关WiFi Mesh系统板b断电，并进入硬休眠状态。矿用多功能无线Mesh路由器B2收到硬休眠命令后立即使得路由WiFi Mesh系统板d断电，进入硬休眠状态。矿用多功能无线Mesh网关B1与矿用多功能无线Mesh路由器B2硬休眠或WiFi Mesh系统板断电时间Th相同，硬休眠结束后就使得WiFi Mesh系统板重新通电，进入正常(清醒)工作状态。
系统核心装置进入正常(清醒)工作状态后，WiFi终端就可接入到无线Mesh网络B中，并向多媒体业务服务器D2发起WiFi业务请求和完成WiFi业务登记。矿用多功能无线Mesh网关B1查询多媒体业务服务器D时，如果无线Mesh网络B中存在WiFi业务，矿用多功能无线Mesh网关B1不会广播休眠命令(软或硬休眠)，矿用多功能无线Mesh网关B1与矿用多功能无线Mesh路由器B2将继续保持正常(清醒)工作状态，直到无线Mesh网络B中没有WiFi业务。当矿用多功能无线Mesh网关B1与矿用多功能无线Mesh路由器B2处于软休眠状态或硬休眠状态时，如果WiFi终端(如WiFi手机)请求接入应急通信系统无线Mesh网络B，则须等待至系统核心装置休眠结束并进入正常(清醒)工作状态时才可接入。如果地面应急救援指挥中心D发起WiFi业务，多媒体业务服务器D2会向矿用多功能无线Mesh网关B1发送指挥中心WiFi业务请求。矿用多功能无线Mesh网关B1收到指挥中心发起的WiFi业务请求后，如果矿用多功能无线Mesh网关B1与矿用多功能无线Mesh路由器B2处于软休眠状态或硬休眠状态，则会通过基于ZigBee的无线Mesh网络通信平台广播休眠结束命令，使系统核心装置恢复到正常(清醒)工作状态。
当系统核心装置进行周期软、硬休眠和实施通信节能控制过程中，矿用多功能无线Mesh网关B1须向多媒体业务服务器D2定时查询WiFi业务情况。当矿用多功能无线Mesh网关B1向多媒体业务服务器D2连续K次查询WiFi业务都没收到服务器响应情况下，则基于ZigBee无线Mesh网络立即广播硬休眠命令，并让矿用多功能无线Mesh网关B1进入硬休眠状态。如果矿用多功能无线Mesh网关B1收到多媒体业务服务器D2响应后，且判断出无线Mesh网络B内不存在WiFi业务，则直接进入软休眠状态。当矿用多功能无线Mesh网关B1连续进行软休眠超过N次后就直接切换到硬休眠状态。当矿用多功能无线Mesh网关B1连续进行硬休眠超过M次后或收到地面应急救援指挥中心WiFi业务请求时，则切换到正常(清醒)工作状态并让软、硬休眠计数器清零。当矿用多功能无线Mesh网关B1收到来自地面应急救援指挥中心D的WiFi业务请求且不处于正常(清醒)工作状态，则基于ZigBee无线Mesh网络立即广播休眠结束命令，然后切换到正常(清醒)工作状态。
矿用多功能无线Mesh路由器B2首先进行系统初始化，启动路由WiFi Mesh系统板d，然后启动通信节能控制功能。当矿用多功能无线Mesh路由器B2收到休眠结束命令后，根据所处休眠状态选择使能路由WiFi智能接入卡d2或使得路由WiFi Mesh系统板d通电。当矿用多功能无线Mesh路由器B2收到休眠命令后，根据休眠命令内容选择禁用路由WiFi智能接入卡d2或使得路由WiFi Mesh系统板d断电，休眠定时结束后再使能路由WiFi智能接入卡d2或通电路由WiFi Mesh系统板d。

Claims (4)

1.一种节能型矿用多媒体应急救援通信系统，设置有终端设备（A）和无线Mesh网络（B），所述终端设备（A）连接在无线Mesh网络（B）上，所述无线Mesh网络（B）中设置有矿用多功能无线Mesh网关（B1）和矿用多功能无线Mesh路由器（B2），所述矿用多功能无线Mesh网关（B1）通过井下有线网络（C）或无线局域网络（WLAN）与地面应急救援指挥中心（D）连接，在地面应急救援指挥中心（D）中设置有多媒体业务服务器（D2）；
所述矿用多功能无线Mesh网关（B1）由网关主控系统板（a）和网关WiFi Mesh系统板（b）组成，在网关主控系统板（a）上设置有网关主控制器（a1），该网关主控制器（a1）的电源控制端与网关WiFi Mesh系统电源输入选通模块（a2）连接，在网关WiFi Mesh系统板（b）上设置有网关子控制器CPU（b1），所述网关子控制器CPU（b1）上连接有WiFi智能接入卡（b2），该网关子控制器CPU（b1）还与所述网关主控制器（a1）进行双向通信；
所述矿用多功能无线Mesh路由器（B2）由路由主控系统板（c）和路由WiFi Mesh系统板（d）组成，在路由主控系统板（c）上设置有路由主控制器（c1），该路由主控制器（c1）的电源控制端与路由WiFi Mesh系统电源输入选通模块（c2）连接，在路由WiFi Mesh系统板（d）上设置有路由子控制器CPU（d1），所述路由子控制器CPU（d1）上连接有路由WiFi智能接入卡（d2），该路由子控制器CPU（d1）还与所述路由主控制器（c1）进行双向通信；
其特征在于：
①所述矿用多功能无线Mesh网关主控制器（a1）上设置有网关节能控制系统，该网关节能控制系统中设置有：
用于判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求，则用于判断系统是否处于清醒状态的装置；
如果系统处于清醒状态，则用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果系统处于休眠状态，则用于广播休眠结束命令的装置；
用于判断是否处于硬休眠状态的装置；
如果系统处于硬休眠状态，则：用于输出网关WiFi Mesh系统板（b）通电指令的装置；
如果系统处于软休眠状态，则：用于输出网关WiFi智能接入卡（b2）使能指令的装置；
用于进入清醒状态并设置清醒状态标志的装置；
用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果没有收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求，则：进入WiFi业务查询机构；
所述WiFi业务查询机构设置有：
用于判断WiFi业务查询周期是否到达的装置；
如果WiFi业务查询周期没有到达，则：用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果WiFi业务查询周期到达，则：
用于设置WiFi业务查询请求次数Q=0的装置；
用于发起查询WiFi业务请求的装置；
用于判断是否收到多媒体业务服务器（D2）响应的装置；
如果没有收到多媒体业务服务器（D2）响应，则：用于判断请求次数Q是否大于K的装置；
如果请求次数不大于K，则：用于设置请求次数Q=Q+1并返回所述用于发起查询WiFi业务请求的装置；
如果请求次数大于K，则：进入硬休眠控制机构；
如果收到多媒体业务服务器（D2）响应，则：用于判断无线Mesh网络（B）中是否存在WiFi业务的装置；
如果无线Mesh网络（B）中存在WiFi业务，则：用于软、硬休眠次数计数器清零的装置；
用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果无线Mesh网络（B）中不存在WiFi业务，则：用于判断软休眠次数是否大于N的装置；
如果软休眠次数不大于N，则：进入软休眠控制机构；
如果软休眠次数大于N，则：进入所述硬休眠控制机构；
所述软休眠控制机构设置有：
用于进入软休眠状态并设置软休眠状态标志的装置；
用于广播软休眠命令的装置；
用于软休眠次数加1的装置；
用于输出网关WiFi智能接入卡（b2）禁用指令的装置；
用于设置软休眠定时器初值（TS）的装置；
用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
所述硬休眠控制机构设置有：
用于进入硬休眠状态并设置硬休眠状态标志的装置；
用于广播硬休眠命令的装置；
用于硬休眠次数加1的装置；
用于输出网关WiFi Mesh系统板（b）断电指令的装置；
用于设置硬休眠定时器初值（Th）的装置；
用于判断硬休眠次数是否大于M的装置；
如果硬休眠次数不大于M，则：用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
如果硬休眠次数大于M，则：用于软、硬休眠次数计数器清零的装置；
用于返回判断是否收到地面应急救援指挥中心多媒体业务服务器WiFi业务请求的装置；
②所述路由主控制器（c1）上设置有路由节能控制系统，该路由节能控制系统中设置有：
用于判断是否收到休眠结束命令的装置；
如果收到休眠结束命令，则用于回复休眠结束命令响应的装置；
用于判断是否处于休眠状态的装置；
如果不处于休眠状态，则用于返回判断是否收到休眠结束命令的装置；
如果处于休眠状态，则用于判断是否处于硬休眠状态的装置；
如果处于硬休眠状态，则用于输出路由WiFi Mesh系统板（d）通电指令的装置；
如果处于软休眠状态，则用于输出路由WiFi智能接入卡（d2）使能指令的装置；
用于进入清醒状态并设置清醒状态标志的装置；
用于返回判断是否收到休眠结束命令的装置；
如果没有收到休眠结束命令，则用于判断是否收到休眠命令的装置；
如果没有收到休眠命令，则用于返回判断是否收到休眠命令的装置；
如果收到休眠命令，则用于回复休眠命令响应的装置；
用于判断休眠命令是否为硬休眠命令的装置；
如果休眠命令为硬休眠命令，则：用于进入硬休眠状态并设置硬休眠标志的装置，用于输出路由WiFi Mesh系统板（d）断电指令的装置，用于设置硬休眠定时器初值（Th）的装置，用于返回判断是否收到休眠结束命令的装置；
如果休眠命令是软休眠命令，则：用于进入软休眠状态并设置软休眠标志的装置，用于输出路由WiFi智能接入卡（d2）禁用指令的装置，用于设置软休眠定时器初值（Ts）的装置，用于返回判断是否收到休眠结束命令的装置；
所述K为WiFi业务查询限定次数，所述M为硬休眠限定次数，所述N为软休眠限定次数。
2.根据权利要求1所述的一种节能型矿用多媒体应急救援通信系统，其特征在于：所述无线Mesh网络（B）通过无线链路、现场总线或工业以太网接入同时接入N种所述终端设备（A），所述N种所述终端设备（A）包括矿用本安手机、矿用视频及图像采集终端、井下RFID人员定位设备以及2.4GHz ZigBee传感器终端。
3.根据权利要求1所述的一种节能型矿用多媒体应急救援通信系统，其特征在于：所述矿用多功能无线Mesh网关（B1）经工业以太网络与所述井下有线网络（C）中的网络交换机/分站（C1）连接，该网络交换机/分站（C1）经井下光纤骨干网与所述地面应急救援指挥中心（D）中的局域网交换机（D1）连接，在局域网交换机（D1）上还连接所述多媒体业务服务器（D2）。
4.根据权利要求3所述的一种节能型矿用多媒体应急救援通信系统，其特征在于：所述地面应急救援指挥中心（D）中的局域网交换机（D1）上还连接有无线接入点（AP），该无线接入点（AP）经过所述无线局域网络（WLAN）与所述矿用多功能无线Mesh网关（B1）连接。
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