CN102186185B - 野外作业通信及监控系统和便携式通信工作站 - Google Patents

Abstract

一种野外作业通信及监控系统，该野外作业通信及监控系统包括通信子系统、IP交换网络及监控子系统。通信子系统包括信息服务处理器、小型基站、功放及天线设备、通信终端、输入输出设备、语音网关、业务路由器、卫星传送分站、卫星主站及外部信息交换服务器。监控子系统包括智能处理服务器、Zigbee网络协调器、Zigbee协议终端、协议转换中继器及有源电子标签。信息服务处理器、语音网关、小型基站、智能处理服务器、Zigbee网络协调器与IP交换网络连接。Zigbee网络协调器、Zigbee协议终端、协议转换中继器及有源电子标签之间通过无线方式通信。利用该系统可以实现高质量的通信，以及定位、监控使用有源电子标签的人员或物资。本发明还提供了一种便携式通信工作站。

Description

野外作业通信及监控系统和便携式通信工作站

技术领域：

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种野外作业通信及监控系统和便携式通信工作站。

背景技术：

当前野外作业环境的主要通信模式为使用对讲机的短波通信模式或卫星通信模式；对野外作业过程中的人员及物资监控主要以纸制记录管理方式进行。

上述野外作业通信模式及监控手段存在以下问题：采用短波通信模式，由于受到野外环境的限制，短波通信信号极易受到重型设备的干扰，通信质量差；另外，短波通信的通话设备工作方式多为单工和半双工模式，不支持全双工通话模式，整套短波通信系统只支持语音服务，不支持数据传输。虽然卫星通信模式可以解决短波通信模式存在的问题，但是其通信终端及通信费用价格偏高，因此只能适用于较小规模作业及应急通信应用。以纸制记录管理方式进行人员、物资管理，工作量大、效率低、极易出错。

发明内容：

有鉴于此，有必要提供一种适于大规模野外作业中的通信及人员物资管理的野外作业通信及监控系统。

还有必要提供一种适于大规模野外作业中的通信及人员物资管理的便携式通信工作站。

一种野外作业通信及监控系统，该野外作业通信及监控系统包括通信子系统、IP交换网络及监控子系统。通信子系统、监控子系统通过IP交换网络进行数据传输。

通信子系统包括信息服务处理器、小型基站、功放及天线设备、通信终端、输入输出设备、语音网关、业务路由器、卫星传送分站、卫星主站及外部信息交换服务器。信息服务处理器与IP交换网络、业务路由器连接，语音网关、小型基站与IP交换网络连接。小型基站还与功放及天线设备连接。信息服务处理器用于对通信子系统内的无线资源进行管理，以实现通信子系统内的移动通信终端之间的语音、数据传输及通信子系统内的移动通信终端与外部网络中的通信终端的语音、数据交换。输入输出设备，用于响应工作人员的操作，产生对应的配置信号以对信息服务处理器进行配置和管理、产生对应的用户管理及分组信号以控制信息服务处理器对进入通信子系统内的移动通信终端进行管理与分组。小型基站用于对接收的信号做无线物理层扩频、调制／解调处理后输出。功放及天线设备，用于将小型基站提供的模拟信号转换成无线信号，并将无线信号放大后发射，以提供给通信子系统内的移动通信终端；功放及天线设备还用于接收移动通信终端发送的无线信号，并将接收的无线信号提供给小型基站。业务路由器，用于在通信子系统内的移动通信终端呼叫外部网络通信终端时，将通信子系统内的移动通信终端提供的数据路由到卫星传送分站。卫星传送分站，用于通过卫星与卫星主站进行通信，将从业务路由器得到的数据发送到卫星主站，从卫星主站得到的数据发送到业务路由器。卫星主站，用于通过卫星与卫星传送分站通信，将从卫星传送分站得到的数据发送到外部信息交换服务器，从外部信息交换服务器得到的数据发送到卫星传送分站。外部信息交换服务器，用于提供与外部网络连接的出口，将从卫星主站得到的数据分送到外部网络中的通信终端，以实现语音与数据输出。语音网关用于实现固话机与通信子系统中的移动通信终端互相通信。

监控子系统包括智能处理服务器、Zigbee网络协调器、Zigbee协议终端、协议转换中继器及有源电子标签。智能处理服务器、Zigbee网络协调器与IP交换网络连接。Zigbee网络协调器、Zigbee协议终端、协议转换中继器及有源电子标签之间通过无线方式通信。

智能处理服务器，用于管理野外作业中的人员及物资，还用于根据预存的地图数据及Zigbee网络协调器传送的由有源电子标签提供的标签ID信息、协议终端ID信息定位及监控使用有源电子标签的人员或物资。

Zigbee网络协调器，用于负责Zigbee网络的启动和配置。

Zigbee协议终端，用于扫描其信号覆盖范围内的有源电子标签，将预存Zigbee协议的ID信息发送给处于Zigbee协议终端的无线覆盖区域内的有源电子标签。

有源电子标签用于将接收的协议终端ID信息及用于标识有源电子标签及使用有源电子标签的人员或物资的标签ID信息发送至Zigbee网络协调器，以通过Zigbee网络协调器将协议终端ID信息及标签ID信息传送给智能处理服务器。

协议转换中继器，用于将Zigbee网络与通信子系统的网络联通，以利用通信子系统的网络覆盖范围广的优势实现Zigbee网络的超远距离中继，使Zigbee网络协调器能够接收到距离Zigbee网络协调器较远的有源电子标签发送的Zigbee协议终端的ID信息及Zigbee有源电子标签的标签ID信息。

一种便携式通信工作站，该便携式通信工作站包括信息服务处理器、小型基站、功放及天线设备、输入输出设备、语音网关、业务路由器、卫星传送分站、智能处理服务器、Zigbee网络协调器和IP交换网络。

IP交换网络分别与信息服务处理器、业务路由器、语音网关、小型基站、智能处理服务器、Zigbee网络协调器连接，信息服务处理器还与业务路由器、输入输出设备连接，小型基站还与功放及天线设备连接。

信息服务处理器用于对便携式通信工作站所形成的无线网络内的无线资源进行管理，以实现无线网络内的移动通信终端之间的语音、数据传输及通信子系统内的移动通信终端与外部网络中的通信终端的语音、数据交换。输入输出设备，用于响应工作人员的操作，产生对应的配置信号以对信息服务处理器进行配置和管理、产生对应的用户管理及分组信号以控制信息服务处理器对进入无线网络内的移动通信终端进行管理与分组。小型基站用于对接收的信号做无线物理层扩频、调制／解调处理后输出。功放及天线设备，用于将小型基站提供的模拟信号转换成无线信号，并将无线信号放大后发射，以提供给处于无线网络内的移动通信终端；功放及天线设备还用于接收移动通信终端发送的无线信号，并将接收的无线信号提供给小型基站。业务路由器，用于在无线网络内的移动通信终端呼叫外部网络通信终端时，将无线网络内的移动通信终端提供的数据路由到卫星传送分站。卫星传送分站，用于通过卫星与卫星主站进行通信，将从业务路由器得到的数据发送到卫星主站，从卫星主站得到的数据发送到业务路由器。语音网关用于实现固话机与无线网络内的移动通信终端互相通信。智能处理服务器，用于管理野外作业中的人员及物资，还用于根据预存的地图数据及Zigbee网络协调器传送的由有源电子标签提供的标签ID信息、协议终端ID信息定位及监控使用有源电子标签的人员或物资。Zigbee网络协调器，用于负责Zigbee网络的启动和配置；Zigbee协议终端，用于扫描其信号覆盖范围内的有源电子标签，将预存Zigbee协议的终端ID信息发送给处于Zigbee协议终端的无线覆盖区域内的有源电子标签；有源电子标签用于将接收的协议终端ID信息及用于标识有源电子标签及使用有源电子标签的人员或物资的标签ID信息发送至Zigbee网络协调器，以通过Zigbee网络协调器将协议终端ID信息及标签ID信息传送给智能处理服务器。

利用上述野外作业通信及监控系统及便携式通信工作站，利用信息服务处理器、小型基站、功放及天线设备、通信终端、输入输出设备、语音网关、业务路由器、卫星传送分站、卫星主站及外部信息交换服务器构成野外通信子系统，在该野外通信子系统内，移动通信终端可以利用信息服务处理器、小型基站、功放及天线设备进行高质量的网内通信，利用信息服务处理器、小型基站、功放及天线设备、业务路由器、卫星传送分站、卫星主站及外部信息交换服务器完成与外部网络中的通信终端的可靠语音、数据交换，如此降低了与外部网络的通讯费用。进一步的，利用智能处理服务器、Zigbee网络协调器、Zigbee协议终端、协议转换中继器及有源电子标签构成监控子系统，有源电子标签将接收的由Zigbee协议终端传送的ID信息及用于标识有源电子标签及使用有源电子标签的人员或物资的标签ID信息发送至Zigbee网络协调器，以通过Zigbee网络协调器将Zigbee协议终端的ID信息及标签ID信息传送给智能处理服务器，智能处理服务器根据预存的地图数据及Zigbee网络协调器传送的由有源电子标签提供的标签ID信息、协议终端ID信息定位及监控使用有源电子标签的人员或物资，如此提高了监控质量及效率。

附图说明：

附图1是一较佳实施方式的野外作业通信及监控系统的功能模块图。

图中：野外作业通信及监控系统10、通信子系统20、信息服务处理器211、小型基站212、功放及天线设备213、移动通信终端214、输入输出设备215、语音网关216、业务路由器217、卫星传送分站218、卫星主站219、外部信息交换服务器220、IP交换网络30、监控子系统40、智能处理服务器411、Zigbee网络协调器412、Zigbee协议终端413、协议转换中继器414、有源电子标签415。

具体实施方式：

如图1所示的野外作业通信及监控系统10，该野外作业通信及监控系统10包括通信子系统20、IP交换网络30及监控子系统40。通信子系统20、监控子系统40通过IP交换网络30进行数据传输。

通信子系统20包括信息服务处理器211、小型基站212、功放及天线设备213、移动通信终端214、输入输出设备215、语音网关216、业务路由器217、卫星传送分站218、卫星主站219及外部信息交换服务器220。信息服务处理器211与IP交换网络30、业务路由器217连接，语音网关216、小型基站212与IP交换网络30连接。小型基站212还与功放及天线设备213连接。

信息服务处理器211用于对通信子系统20内的无线资源进行管理，以实现通信子系统20内的移动通信终端214之间的语音、数据传输及通信子系统20内的移动通信终端214与外部网络中的通信终端的语音、数据交换。其中，信息服务处理器211采用CDMA2000(Code Division Multiple Access2000)标准，系统所采用的CDMA2000标准包括CDMA20001X、CDMA2000EVDO。

输入输出设备215，用于响应工作人员的操作，产生对应的配置信号以对信息服务处理器211进行配置和管理、产生对应的用户管理及分组信号以控制信息服务处理器211对进入通信子系统20内的移动通信终端214进行管理与分组。

小型基站212用于对接收的信号做无线物理层扩频、调制／解调处理后输出。

功放及天线设备213，用于将小型基站212提供的模拟信号转换成无线信号，并将无线信号放大后发射，以提供给通信子系统20内的移动通信终端214；功放及天线设备213还用于接收移动通信终端214发送的无线信号，并将接收的无线信号提供给小型基站212。

业务路由器217，用于在通信子系统20内的移动通信终端214呼叫外部网络通信终端时，将通信子系统20内的移动通信终端214提供的数据路由到卫星传送分站218。

卫星传送分站218，用于通过卫星与卫星主站219进行通信，将从业务路由器217得到的数据发送到卫星主站219，从卫星主站219得到的数据发送到业务路由器217。

卫星主站219，用于通过卫星与卫星传送分站218通信，将从卫星传送分站218得到的数据发送到外部信息交换服务器220，从外部信息交换服务器220得到的数据发送到卫星传送分站218。外部信息交换服务器220，用于提供与外部网络连接的出口，将从卫星主站219得到的数据分送到外部网络中的通信终端，以实现语音与数据输出。

语音网关216用于实现固话机与通信子系统20中的移动通信终端214互相通信。

监控子系统40包括智能处理服务器411、Zigbee网络协调器412、Zigbee协议终端413、协议转换中继器414及有源电子标签415。智能处理服务器411、Zigbee网络协调器412与IP交换网络20连接。Zigbee网络协调器412、Zigbee协议终端413、协议转换中继器414及有源电子标签415之间通过无线方式通信。

智能处理服务器411，用于管理野外作业中的人员及物资，还用于根据预存的地图数据及Zigbee网络协调器412传送的由有源电子标签415提供的标签ID信息、Zigbee协议终端413的ID信息定位及监控使用有源电子标签的人员或物资。

Zigbee网络协调器412，用于负责Zigbee网络的启动和配置。

Zigbee协议终端413，用于扫描其信号覆盖范围内的有源电子标签415，将预存的Zigbee协议终端413的ID信息发送给处于Zigbee协议终端413的无线覆盖区域内的有源电子标签415。其中，Zigbee协议终端的供电方式是电池供电。

有源电子标签415用于将接收的Zigbee协议终端413的ID信息，并将Zigbee协议终端413的ID信息及用于标识有源电子标签415及使用有源电子标签415的人员或物资的标签ID信息发送至Zigbee网络协调器412，以通过Zigbee网络协调器412将Zigbee协议终端413的ID信息及标签ID信息传送给智能处理服务器411。

协议转换中继器414，用于将Zigbee网络与通信子系统20的网络联通，以利用通信子系统20的网络覆盖范围广的优势实现Zigbee网络的超远距离中继，使Zigbee网络协调器412能够接收到距离Zigbee网络协调器412较远的有源电子标签415发送的Zigbee协议终端413的ID信息及标签ID信息。

进一步的，为了便于野外移动作业，通信子系统20中的信息服务处理器211、小型基站212、功放及天线设备213、输入输出设备215、语音网关216、业务路由器217、卫星传送分站218及监控子系统40中的智能处理服务器411、Zigbee网络协调器412和IP交换网络30集成在一起形成一个便携式通信工作站。在野外环境中，Zigbee协议终端413、协议转换中继器414分散于便携式通信工作站的周围，如此形成一个无线网络，并为处于本无线网络内的移动通信终端提供通信服务，以及监控处于本无线网络内的工作人员及物资的情况。例如：处于本无线网络内的移动通信终端实现网内语音呼叫时，主叫移动通信终端向被叫移动通信终端发起呼叫，仅需通过功放及天线设备213、小型基站212、IP交换网络30、信息服务处理器211，由信息服务处理器211负责向被叫移动通信终端发起连接呼叫；如果涉及固话通话，则需要经过语音网关216与固定电话建立通信连接。处于本无线网络内的移动通信终端实现内部数据传输时，通过在本无线网络覆盖下的各种移动通信终端，可以是笔记本、平板电脑、商务手机等设备接入无线网络，实现内部数据共享和传输。在工地用到最多的是图纸和各种材料的报表，这些资料均可以通过无线网络在各种数据终端间传输，大大提高了工作效率，且数字化的信息内容更容易保存、备份、修改。其中，在内部通信中，移动通信终端的指挥调度功能，由输入输出设备215配置权限。

处于本无线网络内的移动通信终端实现与外部网络语音呼叫时，从主叫移动通信终端向外部网络通话设备发起呼叫，需通过功放及天线设备213、小型基站212、IP交换网络30、信息服务处理器211、业务路由器217、卫星传送分站218，并进过卫星传输至卫星主站219后，经由外部信息交换服务器220与外部网络中的通话设备建立通信连接。处于本无线网络内的移动通信终端实现与外部网络进行数据传输时，在无线网络覆盖下的各种移动通信终端通过无线网、IP交换网络30、信息处理服务器211、业务路由器217、卫星传送分站218、卫星主站219及外部信息交换服务器220进入外部网络，实现与外部网络的数据交换。

对处于本无线网络内的人员、重要物资进行监控时，通过Zigbee协议终端413，定时的将预存的ID信息发送给位于Zigbee协议终端413的无线信号覆盖区域内的有源电子标签415，有源电子标签415将接收的Zigbee协议终端413的ID信息及用于标识有源电子标签415及使用有源电子标签415的人员或物资的标签ID信息发送至Zigbee网络协调器412，以通过Zigbee网络协调器412将Zigbee协议终端413的ID信息及标签ID信息传送给智能处理服务器411，如此，智能处理服务器411根据协议终端413的终端ID信息及标签ID信息及预存的地图数据，对工作人员、重要物资进行监控管理。当Zigbee网络并没有形成密集网格时，可以用协议转换中继器414搭建Zigbee网络，实现Zigbee网络中无法实现的超远距离中继，如此可以使有源标签与Zigbee网络协调器412实现通信的距离达到10公里。

该野外作业通信及监控系统10可以有效解决野外施工过程中的通话问题和人员物资管理问题，通过采用电信级质量的通信网络，相比现有的对讲系统，提高了语音信号的抗干扰能力，使得话音更加清晰，信号覆盖范围变广，可达到半径10公里信号覆盖(根据架设高度及发射功率决定)。该野外作业通信及监控系统10不仅能够进行信号覆盖范围内的内网免费通话，而且可以利用卫星链路跟外部网络连接与外部网络通信。内网通信时，每个移动通信终端均分配有内部缩号，移动通信装置之间通信使用系统内部交换，不经过移动运营商，通话完全免费；卫星公网通信时，实际通话过程相当于将话音信号通过租用的卫星链路发往基地卫星主站电话网关，然后通过主站的固定电话号码进行拨号，通话资费由卫星链路租用费与公网固定电话费组成，比直接用卫星电话进行通话资费大大降低。

Claims (4)

1.一种野外作业通信及监控系统，该野外作业通信及监控系统包括通信子系统、IP交换网络及监控子系统，通信子系统、监控子系统通过IP交换网络进行数据传输，其特征在于：

通信子系统包括信息服务处理器、小型基站、功放及天线设备、通信终端、输入输出设备、语音网关、业务路由器、卫星传送分站、卫星主站及外部信息交换服务器；信息服务处理器与IP交换网络、业务路由器连接，语音网关、小型基站与IP交换网络连接，小型基站还与功放及天线设备连接；

信息服务处理器用于对通信子系统内的无线资源进行管理，以实现通信子系统内的移动通信终端之间的语音、数据传输及通信子系统内的移动通信终端与外部网络中的通信终端的语音、数据交换；输入输出设备，用于响应工作人员的操作，产生对应的配置信号以对信息服务处理器进行配置和管理、产生对应的用户管理及分组信号以控制信息服务处理器对进入通信子系统内的移动通信终端进行管理与分组；小型基站用于对接收的信号做无线物理层扩频、调制／解调处理后输出；功放及天线设备，用于将小型基站提供的模拟信号转换成无线信号，并将无线信号放大后发射，以提供给通信子系统内的移动通信终端；功放及天线设备还用于接收移动通信终端发送的无线信号，并将接收的无线信号提供给小型基站；业务路由器，用于在通信子系统内的移动通信终端呼叫外部网络通信终端时，将通信子系统内的移动通信终端提供的数据路由到卫星传送分站；卫星传送分站，用于通过卫星与卫星主站进行通信，将从业务路由器得到的数据发送到卫星主站，从卫星主站得到的数据发送到业务路由器；卫星主站，用于通过卫星与卫星传送分站通信，将从卫星传送分站得到的数据发送到外部信息交换服务器，从外部信息交换服务器得到的数据发送到卫星传送分站；外部信息交换服务器，用于提供与外部网络连接的出口，将从卫星主站得到的数据分送到外部网络中的通信终端，以实现语音与数据输出；语音网关用于实现固话机与通信子系统中的移动通信终端互相通信；

监控子系统包括智能处理服务器、Zigbee网络协调器、Zigbee协议终端、协议转换中继器及有源电子标签；智能处理服务器、Zigbee网络协调器与IP交换网络连接，Zigbee网络协调器、Zigbee协议终端、协议转换中继器及有源电子标签之间通过无线方式通信；

智能处理服务器，用于管理野外作业中的人员及物资，还用于根据预存的地图数据及Zigbee网络协调器传送的由有源电子标签提供的标签ID信息、协议终端ID信息，定位及监控使用有源电子标签的人员或物资；Zigbee网络协调器，用于负责Zigbee网络的启动和配置；Zigbee协议终端，用于扫描其信号覆盖范围内的有源电子标签，将预存Zigbee协议的终端ID信息发送给处于Zigbee协议终端的无线覆盖区域内的有源电子标签；有源电子标签将接收的Zigbee协议终端ID信息及用于标识有源电子标签及使用有源电子标签的人员或物资的标签ID信息发送至Zigbee网络协调器，以通过Zigbee网络协调器将协议终端ID信息及标签ID信息传送给智能处理服务器；协议转换中继器，用于将Zigbee网络与通信子系统的网络联通，以利用通信子系统的网络覆盖范围广的优势实现Zigbee网络的超远距离中继，使Zigbee网络协调器能够接收到距离Zigbee网络协调器较远的有源电子标签发送的Zigbee协议终端的ID信息及Zigbee有源电子标签的标签ID信息。

2.根据权利要求1所述的野外作业通信及监控系统，其特征在于：信息服务处理器采用CDMA2000标准。

3.一种便携式通信工作站，其特征在于：该便携式通信工作站包括信息服务处理器、小型基站、功放及天线设备、输入输出设备、语音网关、业务路由器、卫星传送分站、智能处理服务器、Zigbee网络协调器和IP交换网络；

IP交换网络分别与信息服务处理器、业务路由器、语音网关、小型基站、智能处理服务器、Zigbee网络协调器连接，信息服务处理器还与业务路由器、输入输出设备连接，小型基站还与功放及天线设备连接；

信息服务处理器用于对便携式通信工作站所形成的无线网络内的无线资源进行管理，以实现无线网络内的移动通信终端之间的语音、数据传输及通信子系统内的移动通信终端与外部网络中的通信终端的语音、数据交换；输入输出设备，用于响应工作人员的操作，产生对应的配置信号以对信息服务处理器进行配置和管理、产生对应的用户管理及分组信号以控制信息服务处理器对进入无线网络内的移动通信终端进行管理与分组；小型基站用于对接收的信号做无线物理层扩频、调制／解调处理后输出；功放及天线设备，用于将小型基站提供的模拟信号转换成无线信号，并将无线信号放大后发射，以提供给处于无线网络内的移动通信终端；功放及天线设备还用于接收移动通信终端发送的无线信号，并将接收的无线信号转换成数据信号提供给小型基站；业务路由器，用于在无线网络内的移动通信终端呼叫外部网络通信终端时，将无线网络内的移动通信终端提供的数据路由到卫星传送分站；卫星传送分站，用于通过卫星与卫星主站进行通信，将从业务路由器得到的数据发送到卫星主站，从卫星主站得到的数据发送到业务路由器；语音网关用于实现固话机与无线网络内的移动通信终端互相通信；智能处理服务器，用于管理野外作业中的人员及物资，用于根据预存的地图数据及Zigbee网络协调器传送的由有源电子标签提供的标签ID信息、协议终端ID信息定位及监控使用有源电子标签的人员或物资；Zigbee网络协调器，用于负责Zigbee网络的启动和配置；Zigbee协议终端，用于扫描其信号覆盖范围内的有源电子标签，并将预存的Zigbee协议终端ID信息发送给处于Zigbee协议终端的无线覆盖区域内的有源电子标签，继而使有源电子标签将接收的协议终端ID信息及用于标识有源电子标签及使用有源电子标签的人员或物资的标签ID信息发送至Zigbee网络协调器，以通过Zigbee网络协调器将Zigbee协议终端ID信息及标签ID信息传送给智能处理服务器。

4.根据权利要求3所述的便携式通信工作站，其特征在于：信息服务处理器采用CDMA2000标准。

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