CN102685673A - 一种线缆系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线缆系统，能够实现室内外环境中的快速数据通信和精确目标定位。本发明实施例提供的线缆系统包括多根线缆和多个连接器，每根线缆的内部设置有至少一个无线收发单元，所述无线收发单元连接至线缆内部的总线，不同线缆之间通过所述连接器相连接，所述无线收发单元，能够接收来自无线终端的无线数据，将接收到的无线数据调制到总线上，在共享总线或独立的高速数据转发总线上转发所述无线数据，以及，将从所述共享总线或独立的高速数据转发总线上转发来的无线数据发送至相应的无线终端；所述连接器，至少连接有第一线缆和第二线缆，能够将来自第一线缆上的无线数据转发至第二线缆上。

Description

一种线缆系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种具有无线通信及精确定位能力的线缆系统。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，人们对室内和室外的数据通信及定位的需求日益增大，从学校、写字楼到矿井、隧道、野外，如何解决各种应用环境下数据通信及定位已成为业界研究的重要课题之一。

目前的无线数据通信技术主要采用在室外搭建基站，利用基站和终端之间通信实现室内外数据的传输。而在定位技术方面，针对室外主要采用全球卫星定位导航系统（Global Positioning System,GPS），针对室内目前较流行的方式为WiFi定位。

发明人在实现本发明的过程中发现现有技术中至少存在如下缺陷：

现有的无线通信系统采用基站进行数据通信时，由于基站架设在开放的空间中，功率消耗比较大，且带来了较大的电磁辐射，造成了环境污染；并且，现有方案未提出同时适用于室内和室外定位系统，GPS不适于室内定位，而WiFi的定位精度十分有限，若要提高WiFi的定位精度时会导致设备成本和系统复杂度都大幅度增加，在实际中的可行性较小，而超声波方式、红外方式等其它现有的定位技术，在大规模应用和施工中也都具有成本过高、受环境干扰大、施工复杂等缺点。

发明内容

本发明提供了一种线缆系统，以解决现有系统数据传输时的功耗、辐射较大，以及定位设备的施工复杂、定位精度低的问题等。

为达到上述目的，本发明实施例采用了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种线缆系统，所述系统包括多根线缆和多个连接器，每根线缆的内部设置有至少一个无线收发单元，所述无线收发单元连接至线缆内部的总线，不同线缆之间通过所述连接器相连接，

所述无线收发单元，能够接收来自无线终端的无线数据，将接收到的无线数据调制到所述总线上，在总线上转发所述无线数据，以及，将从所述总线上转发来的无线数据发送至相应的无线终端；

所述连接器，至少连接有第一线缆和第二线缆，能够将来自第一线缆上的无线数据转发至第二线缆上。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例将无线通信功能集成在形态较小的硬件电路板中形成无线收发单元，并将微型无线收发单元封装在线缆中，从而能够通过铺设线缆构造一种新型的通信系统，实现数据通信和精确定位。本发明实施例的线缆系统能够实现室内外的快速数据通信和精确的目标定位。

本方案通过在密闭的线缆中实现数据通信和目标定位，显著降低了系统功耗，避免了电磁辐射对环境的污染，且不易受到外界环境的干扰，保密性较好。本方案的线缆施工铺设简单，成本较低，扩展性强，具有较广的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的利用连接器将两根线缆连接起来的场景示意图；

图2为本发明实施例二提供的两个无线终端在线缆系统中进行数据传输的场景示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明的技术构思主要在于基于线缆构造一种新型的通信系统，该系统能够在室内、室外的环境中实现数据的无线通信且能够提供高精度的定位。

本发明实施例一提供的一种线缆系统包括：

多根线缆和多个连接器，每根线缆的内部设置有至少一个无线收发单元，所述无线收发单元连接至线缆内部的总线，不同线缆之间通过所述连接器相连接。本线缆系统中的总线包括共享总线和独立于所述共享总线的数据转发总线。共享总线可以用于系统中所有类型数据（包括需要转发的数据、控制信令等）的传输，而数据转发总线为独立的高速总线，主要负责数据的转发。无线收发单元和连接器分别连接在所述共享总线和数据转发总线上，当系统中的数据转发量较小时，所有数据都可以通过共享总线传输，数据转发总线为一种备用的高速总线，当共享总线上的转发数据量大于容量阈值时，所述无线收发单元或者所述连接器启用数据转发总线，利用数据转发总线在线缆中转发数据。这种设计保证了线缆系统中数据的快速传输。

所述无线收发单元，能够接收来自无线终端的无线数据，将接收到的无线数据调制到所述总线（如共享总线）上，在共享总线或独立高速总线（数据转发总线）上转发所述无线数据，以及，将从所述共享总线或独立高速总线上转发来的无线数据发送至相应的无线终端；

所述连接器，至少连接有第一线缆和第二线缆，能够将来自第一线缆上无线收发单元或连接器的无线数据转发至第二线缆上的无线收发单元或连接器。

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。上述第一线缆和第二线缆可以为线缆系统中连接至同一连接器的任两根不同的线缆。连接器实现不同线缆之间的连接和数据转发。

参见图1，显示了两根线缆3通过连接器2相连接的场景。每根线缆中设置有多个无线收发单元1。该无线收发单元1是通过将无线通信协议集成于形态较小的硬件电路板中得到的一种具有无线通信能力的硬件设备，供无线终端的接入和数据通信使用等。

本发明实施例中的线缆主要考虑采用电缆实现，然而，本方案也可以适用于使用光缆的场景。

由上所述，本发明实施例将无线通信功能集成在形态较小的硬件电路板中形成无线收发单元，并将微型无线收发单元封装在线缆中，从而能够通过铺设线缆构造一种新型的通信系统，实现数据通信和精确定位。本发明实施例的线缆系统能够实现室内外的快速数据通信和精确的目标定位。

本方案通过在密闭的线缆中实现数据通信和目标定位，显著降低了系统功耗，避免了电磁辐射对环境的污染，且不易受到外界环境的干扰，保密性较好。本方案的线缆施工铺设简单，成本较低，扩展性强，具有较广的应用前景。

下面对本发明实施例二提供的线缆系统进行说明。

微型无线收发单元

本实施例中将形态较小的无线收发单元（或称为微型无线收发单元）设置于线缆中，生成具有定位和无线通信能力的通信线缆，即该通信线缆为一种在其内部容纳有微型无线收发单元和用于传输信息的总线的线缆。例如，将微型无线收发单元设置在宽度为2cm、厚度为0.5cm的线缆中形成通信线缆，或者，将微型无线收发单元设置在直径为15mm的线缆中形成通信线缆等等。本系统通过无线收发单元与线缆的上述结构设计，能够达到功耗低、电磁辐射小，且不易受到外界环境的干扰、保密性较好的技术效果。

本实施例中无线收发单元以预定长度L的间隔设置在线缆内部。L具体数值的选取需要考虑系统成本、通信需求和定位精度等多种因素，L的值越大系统成本越低，L的值越小系统定位精度越高，通过L值的选取使系统性能最优化。示例性的，L的数值可以选取为2.5m、5m和10m。

本发明实施例中根据通信环境需要，铺设上述通信线缆，使通信线缆贯穿所需定位或者传输数据的空间，线缆中的微型无线收发模块在线缆周围形成无线接入网络，并通过线缆内部的高速共享总线（或高速的数据转发总线）来传输数据。

上述微型无线收发模块需要具有信号测量功能，以对需要定位的物体进行测量得到定位信息，上述微型无线收发模块也可以具有简单的数据解析和识别功能，例如，所述无线收发单元包括识别功能模块，对接收到的数据包的包头进行解析，从而识别出接收到的来自无线终端的无线数据的类型，所述无线数据的类型包括通信请求数据和定位请求数据。

连接器

连接器是一种硬件设备，该连接器中保存路由信息表，以利用该路由信息表在线缆系统中进行数据传输。

本线缆系统中每个无线收发单元和连接器分别具有唯一标识，则所述路由信息表中记录无线收发单元和连接器的唯一标识，例如，第一连接器上保存的路由信息表可以记录线缆系统中所有无线收发单元的标识和除第一连接器之外的其它连接器的标识。本线缆系统中由于以线性的网络结构为基础，无线收发单元和连接器的标识可以采用按顺序连续的编号实现，从而简化了路由信息表的构成，便于系统维护。

上述连接器，在连接有多根线缆时能够利用所述路由信息表从所连接的多根线缆中选取相应的线缆，将无线数据转发至所选取的线缆上。

进一步的，上述连接器还可以具有控制和管理无线收发单元的功能。初始搭建系统时，在为无线收发单元和连接器配置标识时，对某一连接器配置其所能控制的无线收发单元的标识，则该连接器可以在共享总线上对其所能控制的无线收发单元进行监听和管理。这种情况下，考虑到连接器的监听范围也是有限的，所以当一根线缆的长度过长时，不但需要在不同线缆的连接处设置连接器，在该线缆中每隔预定距离（如1公里），也需要设置连接器。

并且，在通信线缆遇到分叉或者线缆工作所需的功率不足时，也可以采用连接器进行连接，从而使线缆系统能够不断延伸，且布线方式灵活，系统扩展性较强。

进一步的，所述连接器还可以具有无线收发功能模块。该无线收发功能模块，能够将总线（高速共享总线或高速的数据转发总线）上转发来的无线数据发送至相应的无线终端。即本实施例中连接器可以作为数据传输中的一个目标设备，当利用总线将数据转发至连接器时，作为目标设备的连接器可以直接将该数据利用无线方式发送至无线终端。

上述连接器也可以具有简单的数据解析和识别功能。例如，所述连接器包括识别功能模块，对无线收发单元接收到的数据包的包头进行解析，从而识别出接收到的来自无线终端的无线数据的类型，所述无线数据的类型包括通信请求数据和定位请求数据。

数据通信

无线收发单元接收到来自无线终端（如UE）的无线数据后，会对无线数据进行简单的识别，以获知当前所需执行的业务类型。

当无线收发单元通过识别功能模块识别出来自无线终端的无线数据为通信请求数据时，连接器从接收到通信请求数据的各无线收发单元选取第一无线收发单元，并控制将第一无线收发单元接收到的无线数据转发至目标设备，其中，所述第一无线收发单元为信号质量大于阈值的无线收发单元，或者，第一无线收发单元为与目标设备位于同一根线缆且信号质量大于阈值的无线收发单元。

下面结合图2，以无线终端UE1需要与无线终端UE2进行数据传输的场景为例说明本线缆系统中的数据传输过程。图2中通过连接器2将三条线缆连接在一起，UE1和UE2中可以设置有微型无线收发单元，或者，具有可以与微型无线收发单元通信的功能单元。

1：UE1发送无线数据，请求与UE2进行数据传输，则该无线数据为通信请求数据，通信请求数据中携带目标设备的标识，如无线收发单元的标识和/或连接器的标识。本场景中的通信请求数据可以携带无线收发单元16的标识和UE2的终端号码。

2：无线收发单元接收无线数据。

连接器通过共享总线监听无线收发单元接收到的无线数据，识别出当前的业务为数据传输，且目标设备为无线收发单元16。

第一种情况中，无线收发单元11、12和13接收到了UE1的通信请求数据，这种情况中，接收到无线数据的无线收发单元和目标设备不位于同一线缆中，连接器判断出无线收发单元11的信号质量较好，如无线收发单元11的信号质量大于预定阈值，则接收器将无线收发单元11选取作为通信起始端的第一无线收发单元，控制将第一无线收发单元接收到的无线数据转发至目标设备，而控制无线收发单元12和13不再传输所接收到的无线数据，如直接丢弃所接收到的无线数据。

由上，这种情况中，连接器所选取到的第一无线收发单元为信号质量大于阈值的无线收发单元；

第二种情况中，无线收发单元11、12、14和15接收到了UE1的通信请求数据，这种情况中，接收到无线数据的无线收发单元具有与目标设备位于同一线缆中的无线收发单元14和15，则优先考虑无线收发单元14和15。连接器判断出无线收发单元14的信号质量较好，如无线收发单元14的信号质量大于预定阈值，则接收器将无线收发单元14选取作为通信起始端的第一无线收发单元，控制将第一无线收发单元接收到的无线数据转发至目标设备，而控制无线收发单元11、12和15不再传输所接收到的无线数据，如直接丢弃所接收到的无线数据。

由上，这种情况中，连接器所选取到的第一无线收发单元与目标设备位于同一根线缆且信号质量大于阈值的无线收发单元。

3：在总线（高速共享总线或高速的数据转发总线）上将无线数据转发至目标设备。

以上述第一无线收发单元为无线收发单元11，目的设备为无线收发单元16进行说明，无线收发单元11将通信请求数据发送至连接器2，连接器2根据所保存的路由信息表，将通信请求数据发送至无线收发单元16所在的线缆，并通过该线缆上的总线将通信请求数据发送至无线收发单元16。

4：UE2接收无线数据。

作为目标设备的无线收发单元16通过无线方式将UE1的通信请求数据发送至UE2，实现UE1和UE2之间的数据通信。

作为一种可选的方式，在选取了作为通信起始端的无线收发单元后，通信起始端的无线收发单元和目标设备也可以直接通过无线的方式进行通信。

精确定位

本线缆系统还设置有计算中心服务器，用于对线缆系统进行管理，以及对定位信息进行运算。

在对目标定位时，本实施例主要从无线收发单元的间距设置、无线收发单元所采集的信号特征以及定位算法等多个方面来控制定位精度。

连接器通过共享总线监听无线收发单元接收到的无线数据，识别出当前的业务为目标定位，则控制接收到所述定位请求数据的各无线收发单元分别对所述无线终端进行测量，得到定位信息；或者，无线收发单元在自身识别出接收到的无线数据为定位请求数据时，也可自行对无线终端进行测量，自动收集与无线终端的无线信号相关的参数。

各无线收发单元分别将测量到的定位信息传输给计算中心服务器，如无线收发单元与计算中心服务器位于同一线缆中时，直接通过总线将定位信息发送至计算中心服务器，或者，无线收发单元将定位信息转发至连接器，由连接器转发该定位信息，直至到达计算中心服务器。

计算中心服务器根据获得的定位信息对无线终端进行定位，如计算中心服务器根据线缆系统中不同位置的无线收发单元所收集的定位信息来识别目标物体并采用联合计算的方式确定目标物体的精确位置。

本实施例中所采用的定位信息至少包括所测量到的无线终端（目标物体）的信号强度、传播时延、入射角度和信号频率。利用这些定位信息作为参考，可以通过与线缆中的无线收发单元最近邻的位置定位方法、根据无线信号强度实现的多点联合定位方法、根据无线信号传播时延实现的多点联合定位方法等，计算得到目标物体的位置。本线缆系统的定位精度能够达到厘米级。

本发明提供的线缆系统能够应用于室内和室外中的数据传输和精确定位，尤其能够方便地部署在封闭的室内环境中，实现对目标物体的高精度定位。本线缆系统无需架设基站和天线，施工便捷、成本低，是一种新型的通信和定位系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种线缆系统，其特征在于，所述系统包括多根线缆和多个连接器，每根线缆的内部设置有至少一个无线收发单元，所述无线收发单元连接至线缆内部的总线，不同线缆之间通过所述连接器相连接，

所述无线收发单元，能够接收来自无线终端的无线数据，将接收到的无线数据调制到所述总线上，在总线上转发所述无线数据，以及，将从所述总线上转发来的无线数据发送至相应的无线终端；

所述连接器，至少连接有第一线缆和第二线缆，能够将来自第一线缆上的无线数据转发至第二线缆上。

2.根据权利要求1所述的线缆系统，其特征在于，

所述无线收发单元以预定长度的间隔设置在线缆内部。

3.根据权利要求1或2所述的线缆系统，其特征在于，所述总线包括共享总线和独立于所述共享总线的数据转发总线，

所述无线收发单元和所述连接器分别连接在所述共享总线和数据转发总线上；

所述无线收发单元或者所述连接器，利用所述共享总线进行线缆系统中数据的传输，并在共享总线上转发数据量大于容量阈值时，启用数据转发总线，利用数据转发总线在线缆中转发数据。

4.根据权利要求3所述的线缆系统，其特征在于，所述无线收发单元和连接器分别具有唯一标识，所述连接器中保存路由信息表，所述路由信息表中记录无线收发单元和连接器的唯一标识；

所述连接器，在连接有多根线缆时能够利用所述路由信息表从所连接的多根线缆中选取相应的线缆，将无线数据转发至所选取的线缆上。

5.根据权利要求4所述的线缆系统，其特征在于，所述连接器还具有无线收发功能模块，

所述无线收发功能模块，能够将总线上转发来的无线数据发送至相应的无线终端。

6.根据权利要求5所述的线缆系统，其特征在于，所述连接器包括识别功能模块，

所述识别功能模块，能够识别无线收发单元接收到的来自无线终端的无线数据的类型，所述无线数据的类型包括通信请求数据和定位请求数据；

所述通信请求数据中携带目标设备的标识，所述目标设备包括无线收发单元和/或连接器。

7.根据权利要求6所述的线缆系统，其特征在于，

当来自无线终端的无线数据为通信请求数据时，所述连接器从接收到通信请求数据的各无线收发单元选取第一无线收发单元，并控制将第一无线收发单元接收到的无线数据转发至目标设备；

其中，所述第一无线收发单元为信号质量大于阈值的无线收发单元，或者，第一无线收发单元为与目标设备位于同一根线缆且信号质量大于阈值的无线收发单元。

8.根据权利要求6所述的线缆系统，其特征在于，所述系统还包括计算中心服务器；

当来自无线终端的无线数据为定位请求数据时，接收到所述定位请求数据的各无线收发单元分别对所述无线终端进行测量，得到定位信息；

所述各无线收发单元，分别将所述定位信息通过总线和连接器发送至所述计算中心服务器；

所述计算中心服务器，根据获得的定位信息对无线终端进行定位。

9.根据权利要求8所述的线缆系统，其特征在于，所述定位信息中至少包括信号强度、传播时延、入射角度和信号频率。

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