CN103221327A

CN103221327A - 用于输送安全系统的无线通信网络

Info

Publication number: CN103221327A
Application number: CN2011800554312A
Authority: CN
Inventors: 雷蒙德·伊姆; 菲利普·V·奥尔利克; 段春杰; 张锦云; 郭建林; F·J·小艾格
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2031-11-02
Also published as: KR20130121872A; JP2013541477A; US8418813B2; WO2012067001A1; DE112011103817T5; JP5683694B2; US20120129458A1; CN103221327B; DE112011103817B4; KR101514163B1

Abstract

在用于输送系统中的安全系统的网络中，输送系统包括竖井和布置在竖井中的轿厢。第一壁节点处于竖井的第一端部处并且第二壁节点处于竖井的第二端部处以与轿厢通信安全消息。每个壁节点包括连接到一个或多个天线的至少一个无线收发器。竖井中的每个轿厢包括连接到一个或多个天线的至少两个无线收发器，其中，轿厢的第一收发器使用第一频率并且轿厢的第二收发器使用第二频率从而以复制的方式通信各安全消息。有线骨干网将一组壁节点连接到输送系统的安全系统的控制器。

Description

用于输送安全系统的无线通信网络

技术领域

本发明一般地涉及一种移动无线网络，并且更具体地，涉及一种在安全输送系统（例如升降机系统）中使用的可靠通信。

背景技术

安全系统中的通信要求非常高的可靠性和非常低的延迟。因此，传统上使用专用有线介质来执行通信。例如，在升降机系统中，为了在控制器与升降机轿厢之间发送安全消息，笨重的通信线缆悬挂在竖井中，并且与轿厢一起移动。随着建筑物的高度的增加，通信线缆的重量和成本显著地增加。随着重量的增加，升降机系统的功耗也增加。建筑物高度对于升降机系统的总成本和功耗具有倍增的影响。升降机系统中的安全系统需要更低的成本和更节能的解决方案。可行的解决方案是将有线通信替换为无线通信。

为了确保升降机乘客的安全，国际电工协会（IEC）已经公开了仅允许在百万的四次方（10¹⁵）个安全相关消息中存在一个错误的针对升降机通信网络的严格的安全和可靠性要求。然而，无线通信受到外部干扰和变化的无线信道状况的影响。另外，无线通信具有受限的传输范围，特别是在室内设置方面。因此，非常有挑战性的是，将无线通信应用于用于升降机系统的安全系统。

因此，希望的是，提供一种满足针对升降机的研究的安全和可靠性要求的可靠的无线通信网络以及其它类似的安全系统。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种用于升降机系统中的控制器与轿厢之间的可靠的无线通信的方法和系统。具体地，在用于输送系统中的安全系统的网络中，输送系统包括竖井和布置在竖井中的轿厢。

第一壁节点处于竖井的第一端部处并且第二壁节点处于竖井的第二端部处以与轿厢通信安全消息。每个壁节点包括连接到一个或多个天线的至少一个无线收发器。

竖井中的每个轿厢包括连接到一个或多个天线的至少两个无线收发器，其中，轿厢的第一收发器使用第一频率并且轿厢的第二收发器使用第二频率，从而以复制的方式通信各安全消息。

有线骨干网将一组壁节点连接到输送系统的安全系统的控制器。

附图说明

图1A是用于在升降机系统中具有单个竖井和单个轿厢的低层建筑物的升降机安全系统的示意图；

图1B是用于在升降机系统中具有单个竖井和两个轿厢的低层建筑物的升降机安全系统的示意图；

图2A是用于在升降机系统中具有单个竖井和单个轿厢的高层建筑物的升降机安全系统的示意图；

图2B是用于在升降机系统中具有单个竖井和两个轿厢的高层建筑物的升降机安全系统的示意图；

图3是升降机安全系统的壁节点的框图；

图4是升降机安全系统的轿厢节点的框图；

图5是用于升降机安全系统的具有冗余性的下行链路通信协议的流程图；

图6A是具有使用两个频率信道的多个升降机竖井的建筑物中的频率分配和干扰的示意图；

图6B是具有使用四个频率信道的多个升降机竖井的建筑物中的频率分配和干扰的示意图；以及

图7是多个升降机竖井之间的共享骨干网的示意图。

具体实施方式

本发明的实施方式提供了一种用于输送系统（例如，升降机系统）的使用无线通信的安全系统。应理解的是，该安全系统能够用于要求通信和安全要求的其它输送系统（例如，矿井竖井和美术馆以及地下或水下输送通道）中。

因此，如这里所定义的，竖井是相对较窄的细长并且封闭的空间。通常，竖井超过20米。竖井包括用于输送人或货物的一个或多个轿厢。轿厢能够在竖井中水平地、竖直地移动，或者竖井能够是倾斜的。由于竖井的长度，并且由于每个轿厢能够基本上填充竖井的横截面，因此传统的无线通信通常是不适合的。

本发明主要涉及在轿厢与控制竖井中的轿厢的操作的控制器之间通信安全消息。因此，任何节点能够是用于安全消息的源或接收方。

系统能够实施为用于具有一个或多个升降机竖井和针对每个竖井的一个或多个升降机轿厢的建筑物。通信在布置在轿厢上的轿厢节点、布置在竖井中的一组（一个或多个）中间壁节点与控制器之间进行。壁节点和控制器由有线骨干网互连。轿厢和轿厢节点是可移动的，而壁节点和控制器被原地固定。各节点包括至少一个无线收发器，其是发送器或接收器并且连接到一个或多个天线。

为了可靠通信，每个轿厢具有至少两个轿厢节点（收发器）。能够使用更多轿厢节点以改进可靠性。

壁节点用作轿厢节点与控制器之间的中继节点。

在一个竖井或多个相邻的竖井中，有线骨干网能够在壁节点与控制器之间传送消息。

低层建筑物

如图1A中所示，当升降机系统101处于低层建筑物100中时，如果升降机系统仅服务少量楼层，从而服务区的高度小于或等于无线电传输的范围，则能够使用两个（斜线示出的）壁节点300，即位于竖井的第一（下）端部处的第一壁节点和位于竖井的第二（上）端部处的第二壁节点。

位于轿厢110处的轿厢节点400的两个天线105被布置为使得一个收发器使用频率f₁与上壁节点通信并121且第二收发器使用频率f₂与下壁节点通信122。虽然优选的是，f1与f2不同，但是这不是必须的，因为所使用的频率取决于实际的无线电技术，只需要频率没有在接收器的附近产生显著的干扰。有线骨干网130在壁节点之间进行通信。

频率f₁和f₂能够处于毫米波段、不足6GHz波段中，或者一个频率能够选自毫米波段，并且另一频率选自不足6GHz波段。

在优选的架构中，两个频率都选自工业、科学和医疗（ISM）无线波段（例如，24GHz至60GHz）。毫米波传输通常不会导致源自竖井的外部的干扰，并且还提供了能够行进较长距离的窄束。使用毫米波无线电频率，在10dBm的传输功率和最多30dBi增益的定向天线的情况下，对于长度最多为200米的竖井来说仅需要两个壁节点。传统的无线安全系统通常限于小于10米的竖井。因此，竖井的长度是用于使用传统的无线网络的主要障碍。

替选地，能够在不足6GHz波段（例如，2.4GHz或者5.8GHz）中选择频率。然而，外部干扰（来自现有系统，例如，WiFi网络）是个问题，并且高增益天线通常更大且更笨重。在足够的传送功率和天线增益的情况下，当竖井无干扰时，在长度最多为100-200米的升降机竖井中能够使用两个壁节点。在最坏情况的干扰环境中，壁节点能够用在长度最多为10-20米的升降机竖井中。

替选地，频率f₁能够选自毫米波段，并且频率f₂能够选自不足6GHz波段。

在优选实施方式中，楼层之间的有线骨干网130能够是Riser级光缆。该光缆具有至少两个光纤，其中第一光纤用于从控制器到壁节点的下行链路并且第二光纤用于从壁节点到控制器的上行链路。

如图1B中所示，一些升降机系统支持单个竖井中的两个独立移动的轿厢210-211。在该情况下，对于低层建筑物来说，每个节点配备有两个无线无线电收发器205。竖井的最上部的壁节点使用两个天线来与服务高层的轿厢通信。类似地，竖井的最下部的壁节点使用两个天线来与服务低层的轿厢通信。

高层建筑物

如图2A中所示，对于高层建筑物来说，要求两个以上的壁节点300。壁节点被沿着竖井线性地布置或者附着到竖井轨道。位于竖井的最上部和最下部的壁节点仅具有一个无线电收发器，并且所有其它壁节点具有两个收发器。骨干网130将壁节点彼此互连。

当使用毫米波段用于无线通信时，天线能够是高度定向的。每个壁节点中的两个天线指向相反方向，即一个向上并且另一个向下。壁节点的所有指向向下的天线使用频率f₁并且壁节点的所有指向向上的天线使用频率f₂。在轿厢处，指向向上的天线使用频率f₁通信，并且指向向下的天线使用频率f₂。使用具有高增益天线的毫米波段，壁节点之间的距离能够为100-200米之间。

图2B示出了在竖井中具有两个轿厢的高层建筑物的类似架构。

节点构造

图3示出了壁节点300的构成和操作。壁节点具有下述输入/输出（I/O）端口：用于控制器311的I/O接口、接收下行链路（Dl）骨干网信号312的输入端口、中继下行链路骨干网信号315的输出端口、接收上行链路（UL）骨干网信号314的输入端口、中继上行链路骨干网信号313的输出端口、用于无线收发器320的两个I/O端口。

壁节点包括解码器331、编码器332、复制器340、缓冲器和复用器350以及处理上行链路消息的模块360。

壁节点能够被构造为下述三种节点类型之一：先头、中继和终端。端口能够如表I中所示地根据壁节点的节点类型指派来使能和禁用。

表I

节点类型	用于控制器的I/O	输入DL	输出DL	输入UL	输出UL
						先头	使能	禁用	使能	使能	禁用
中继	禁用	使能	使能	使能	使能
						终端	禁用	使能	禁用	禁用	使能

当端口被禁用时，实施方式能够选择为在实际装置中不安装相关的组件。

当壁节点与控制器相邻时，节点类型为先头。在该情况下，节点直接从控制器接收DL消息，因此，节点禁用DL骨干网信号312的输入。先头节点能够选择为对多个DL消息进行缓冲和组合以改进通信效率。壁节点还能够将UL消息直接发送到控制器，并且因此禁用其通过骨干网中继UL消息的输出。

当壁节点位于距离控制器最远的位置（例如，当控制器位于竖井的最上部时，壁节点位于升降机竖井的最下部）时，节点类型为终端。在该情况下，节点禁用中继DL骨干网332的输出，并且禁用UL骨干网信号314的输入。节点还禁用用于控制器311的I/O。

所有其它壁节点为中继类型。在该情况下，节点禁用用于控制器311的I/O。所有DL消息都是从来自DL骨干网的输入取得的。

对于先头和中继节点，所有DL消息都被复制340，并且被中继到DL骨干网的输出，并且被发送到无线收发器320。对于终端节点，DL消息仅被发送到无线收发器320。

基于从输入UL骨干网314和无线收发器320接收的信号构造输出UL消息。两个无线收发器的接收信号被处理360，并且然后被利用从UL骨干网接收到的解码后的骨干网信号331进行缓冲和复用350。

即使壁节点配备有用于无线收发器的两个I/O端口，也能够将壁节点构造为使得仅激活一个收发器。例如，先头类型壁节点能够对于图1A、图2A和图2B中所示的情况仅使用一个无线收发器，或者先头壁节点能够对于图1B中所示的情况使用两个收发器。

如图4中所示，轿厢节点400对上行链路消息401进行复制410，并且将消息发送到收发器的两个天线305。无线收发器320还接收下行链路消息402，对消息进行处理420。

冗余发送

为了确保可靠性，信号被在两个独立的无线路径（主路径561和冗余路径562）上发送到轿厢，如图5中所示。DL消息通过两个路径（实线）从控制器501流到轿厢节点550，而UL消息也通过两个路径（划线）从轿厢节点550流到控制器501。我们假设轿厢节点位于两个壁节点（壁节点520和壁节点530）之间的某个地方。控制器将消息发送到壁节点510，并且该消息被中继到壁节点520。壁节点520复制每个消息并且将一个副本发送到壁节点无线收发器521，并且将另一副本中继到壁节点530。壁节点530类似地进行处理。其复制每个消息，将一个副本发送给壁节点无线收发器531并且将另一副本中继到壁节点540。

两个壁节点无线收发器521和531在不同时间接收DL消息的副本。壁节点独立地将消息无线地发送到轿厢节点。在一个路径（被称为主路径）中，无线信号被从壁节点无线收发器521发送到轿厢节点无线收发器551。在另一路径（被称为冗余路径）中，无线信号被从壁节点无线收发器531发送到轿厢节点无线收发器552。然后，轿厢节点接收来自两个无线收发器551和552的消息。消息被经由至少一个路径成功接收的几率高于仅利用单个通信路径的设计，因此改进了可靠性。

在下行链路传输中，在壁节点经由骨干网中继消息之后，对应于同一路径（例如，主路径）的多个壁节点同时发送消息以避免彼此的干扰。使用同一频率信道的这些传输按照自然法则在无线信道上组合。然而，即使当信号以光速行进时，距离存在略微差异，信号会在存在小的时间偏移的情况下组合。轿厢节点能够（1）通过使用组合后的信号解码消息，或者（2）执行高级信号处理以选择很多路径中的一个并且解码消息。

为了清楚，对应于主路径的壁节点同时进行发送，并且对应于冗余路径的壁节点同时进行发送。然而，主路径和冗余路径的发送可以彼此独立地进行。

注意的是，消息可以在同一信道上重发多次以改进成功消息接收的几率和整体系统可靠性。

类似地，从轿厢节点到控制器节点的UL消息被在由图5中的划线所示的两个独立路径上发送。

在上行链路传输中，当轿厢节点发送时，多个壁节点可以独立地接收发送信号的副本。在该情况下，壁节点将发送的每个接收副本中继到控制器。

用于多个竖井的频率分配

如图6A中所示，很多建筑物包括组升降机系统，其中多个轿厢在相邻的竖井中彼此相邻地行进。一般来说，竖井被布置在建筑物的核心部分中的一个较大的开放空间中。即，每个竖井主要包括轿厢在其上行进的导轨并且其余的部分为开放的空间。用于相邻的竖井的控制器101与组控制器610互连。

在组升降机系统中，布置在相邻的竖井中的各种节点之间的无线通信能够彼此互相干扰601。频率分配能够用于改进性能。

在特定无线电频带的一些国家中，仅允许两个频率信道。在图6A中，我们示出了针对该情况的频率分配。当竖井使用f₁用于向下传输（从壁节点开始）并且使用f₂用于向上传输时，相邻的竖井相反地使用该两个频率，即使用f₁用于向上传输并且使用f₂用于向下传输。注意的是，在图6A中，两个壁节点的传输能够彼此干扰。

用于无线局域网的IEEE802.11ad标准允许额外的频率。如果能够在频带中选择四个频率信道，则频率分配能够改变为如图6B中所示。相邻的竖井使用完全不同的频率，并且对于相邻的竖井能够交换向上和向下频率分配。

共享骨干网

如果骨干网130（参见图1）具有大容量，则能够将多个骨干网的功能组合为一个。虽然要求额外的协议开销以识别消息的源和目的地，但是集成的骨干网允许组合相邻的壁节点并且实现干扰的消除，参见图7。

从一个竖井的轿厢和另一竖井的壁节点进行的向下传输都使用频率f₂702，并且服务轿厢的壁节点接收在频率f₂上的传输。这两个传输导致彼此干扰。

然而，利用共享骨干网，相邻的竖井的壁节点的传输被在同一骨干网上传输。因此，该传输对于两个竖井中的壁节点来说是已知的。壁节点然后能够使用该信息来取消从相邻的壁节点进行的无线传输。

虽然已经借助于优选实施方式的示例描述了本发明，但是将理解的是，在本发明的精神和范围内能够进行各种其它变化和修改。因此，所附权利要求的目的在于覆盖本发明的精神和范围内的所有这样的变化和修改。

Claims

1.一种用于输送系统中的安全系统的网络，其中，所述输送系统包括竖井和布置在竖井中的轿厢，其中，所述竖井相对较窄，细长并且是封闭空间，并且其中，所述竖井的位置固定并且所述轿厢能够在所述竖井内移动，并且所述轿厢基本上填充所述竖井的横截面：

一组壁节点，所述一组壁节点布置在所述竖井中，其中，每个壁节点的位置固定，并且其中，所述一组壁节点包括位于所述竖井的第一端部处的第一壁节点、位于所述竖井的第二端部处的第二壁节点以及位于所述第一壁节点与所述第二壁节点之间的作为中继节点的其它壁节点，其中，每个壁节点包括连接到一个或多个天线的至少一个无线收发器并且每个壁节点是安全消息的源或接收方；

一组轿厢节点，所述一组轿厢节点布置在所述轿厢上，其中，每个轿厢节点包括连接到一个或多个天线的至少两个无线收发器，其中，每个收发器包括发送器和接收器，其中，每个轿厢节点能够是安全消息的源或接收方，其中，第一收发器使用第一频率并且第二收发器使用第二频率，从而以复制的方式对各安全消息进行通信；以及

有线骨干网，所述有线骨干网将所述一组壁节点连接到所述输送系统的所述安全系统的控制器。

2.根据权利要求1所述的网络，其中，在工业、科学和医疗（ISM）无线电频带中选择所述频率。

3.根据权利要求1所述的网络，其中，所述骨干网是Riser级光缆，所述Riser级光缆包括至少两个光纤，其中，第一光纤用于从所述控制器到所述壁节点的下行链路，并且所述第二光纤用于从所述壁节点到所述控制器的上行链路。

4.根据权利要求1所述的网络，其中，所述竖井的长度实质上大于10米。

5.根据权利要求1所述的网络，其中，所述竖井包括多个独立移动的轿厢。

6.根据权利要求1所述的网络，其中，所述第一壁节点与所述第二壁节点之间的距离大于100米。

7.根据权利要求1所述的网络，其中，所述输送系统包括多个竖井，并且每个竖井包括一个或多个轿厢。

8.根据权利要求1所述的网络，其中，每个壁节点复制下行链路骨干网信号，使得所述信号被通信到所有无线收发器，并且所述信号被经由骨干网中继到另一壁节点。

9.根据权利要求1所述的网络，其中，下行链路信号和上行链路信号都在至少两个独立的无线信道上发送和接收。

10.根据权利要求1所述的网络，其中，来自所述控制器的每个安全消息由多个壁节点同时再发送，并且其中，每个轿厢节点通过组合所有接收到的安全消息来对所述安全消息进行解码。

11.根据权利要求1所述的网络，其中，来自所述控制器的每个安全消息由多个壁节点同时再发送，并且其中，每个轿厢通过选择所接收到的安全消息中的一个来对所述安全消息进行解码。

12.根据权利要求1所述的网络，其中，来自每个轿厢节点的发送由多个壁节点接收，并且所述壁节点将所有接收到的副本经由所述骨干网发送到所述控制器。

13.根据权利要求7所述的网络，其中，所述骨干网连接所述多个竖井中的所述壁节点。

14.根据权利要求2所述的网络，其中，在毫米波段内在24、25或60GHz处选择所述频率。

15.根据权利要求2所述的网络，其中，在不足6GHz的频带内在2.4或5.8GHz处选择所述频率。