CN103428900B - 基于ZigBee的矿井通信系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿井通信领域，公开了一种基于ZigBee的矿井通信系统和方法。本发明中，通过设置基站和ZigBee移动终端，利用基站和ZigBee移动终端构成基于IEEE802.15.4无线网络协议的无线通信网络；各井下基站依次有线连接，形成井下基站网络，并进行分布式通话管理。因此，只要每个井下作业人员配带ZigBee移动终端，即可实现井下作业人员之间的实时通讯。由于ZigBee技术具有功率小、通讯效率高的优点，所以非常适合矿井下使用。而且，由于各井下基站进行分布式通话管理，因此，提高了通信系统的可靠性，克服了由交换机进行通话管理而造成的通信瓶颈，也解决了因交换机瘫痪而使整个系统无法工作的问题。

Description

基于ZigBee的矿井通信系统和方法

技术领域

本发明涉及矿井通信领域，特别涉及基于ZigBee的矿井通信系统和方法。

背景技术

各种矿产是我国和世界大多数资源国家的重要财富，这些年尤其是最近几年，煤矿矿难频发，国家对矿产生产高度重视。相关部门指出：我国矿山应急救援存在问题方面包括救援设备落后，通讯信息部畅，远不能适应矿山应急救援的整体需要。而使用信息技术是加强和改善矿山生产安全生产工作的有效手段。

因此，研究适合矿井救援通讯方法理论，研究可以方便又快速组网的具有高实时性的传输各种信息和语言的救援通信系统，准确快速把发生危险的矿井相关情况发到井上，以便于井上更好的根据井下的情况进行施救。

尽管，这些年有适合于矿井下的各种通信技术出现，但是由于使用这些技术开发的设备功耗体积过大不方便井下布网，而且没有完备的井下井上的通信系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ZigBee的矿井通信系统和方法，使得在矿井中可以方便快速组成通信网络，而且由井下基站进行分布式通话管理，提高了通信系统的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种基于ZigBee的矿井通信系统，包含：N个井下基站、M个ZigBee移动终端；其中，所述N和所述M为正整数；

所述N个井下基站依次有线连接，形成井下基站网络；所述M个ZigBee移动终端动态加入所述井下基站网络；

每一个井下基站和加入所述井下基站的ZigBee移动终端之间采用IEEE802.15.4无线网络协议进行无线通信；

各井下基站进行分布式通话管理。

本发明的实施方式还提供了一种基于ZigBee的矿井通信方法，包含以下步骤：

井下基站依次有线连接，形成井下基站网络；其中，所述井下基站有N个，所述N为正整数；

ZigBee移动终端动态加入所述井下基站网络；其中，所述ZigBee移动终端有M个，所述M为正整数；

每一个井下基站和加入所述井下基站的ZigBee移动终端之间采用IEEE802.15.4无线网络协议进行无线通信；

各井下基站进行分布式通话管理。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过设置基站和ZigBee移动终端，利用基站和ZigBee移动终端构成了基于IEEE802.15.4无线网络协议的无线通信网络；各井下基站依次有线连接，形成井下基站网络，进行分布式通话管理。因此，只要每个井下作业人员配带一个ZigBee移动终端，便成为基于IEEE802.15.4无线网络协议的无线网络节点，从而可以利用本发明实现同井下其他作业人员实时通讯。由于ZigBee技术具有功率小且通讯效率高的优点，所以非常适合矿井下使用。而且，由于各井下基站进行分布式通话管理，因此，提高了通信系统的可靠性。此外，每个基站都有整个网络的基站和所属手机信息，这样基站之间可以建立互相通信通道，而不需要依赖于一个交换机来统一管理，克服了由交换机进行通话管理而造成的通信瓶颈，也解决了因交换机瘫痪而使整个系统无法工作的问题。

另外，所述ZigBee移动终端包含：主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端；所述目的ZigBee移动终端和所述主叫ZigBee移动终端同属一个井下基站；

所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端之间通过以下方式进行通话：

所述主叫ZigBee移动终端发起一个通话请求到所述井下基站，所述井下基站收到后回复一个确认；

所述井下基站向所述目的ZigBee移动终端发送通话请求；

当所述目的ZigBee移动终端收到请求后，向所述井下基站回复一个确认接听；

所述井下基站收到确认接听回复后，建立所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端之间的通信通道，并向所述主叫ZigBee移动终端发送回复；

所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端通过所述井下基站建立的通信通道，发送和接收语音包，直到所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端中的一方发送关闭通话指令，所述井下基站向另一方发送关闭通话指令并关闭通信通道。

同属一个井下基站的两个ZigBee移动终端进行通信，由该所属的井下基站进行管理和控制，进一步使得通信网络方便快速形成。

另外，所述ZigBee移动终端包含：主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端；所述主叫ZigBee移动终端所属的井下基站为主叫井下基站，所述目的ZigBee移动终端所属的井下基站为目的井下基站，所述主叫井下基站和所述目的井下基站为不同的井下基站；

所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端之间通过以下方式进行通话：

所述主叫ZigBee移动终端发起一个通话请求到所述主叫井下基站，所述主叫井下基站收到后回复一个确认；

所述主叫井下基站向所述目的井下基站发送通话请求；

所述目的井下基站收到通话请求后，向所述目的ZigBee移动终端发送通话请求；

所述目的ZigBee移动终端回复确认接听；

所述目的井下基站收到确认接听回复后，向所述主叫井下基站发送确认回复，所述主叫井下基站收到确认接听回复后，向所述主叫ZigBee移动终端回复确认，建立所述目的ZigBee移动终端和所述主叫ZigBee移动终端之间的通信通道；

所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端通过所述主叫井下基站和所述目的井下基站建立的通信通道，发送和接收语音包，直到所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端中的一方发送关闭通话指令，主动关闭通话的ZigBee移动终端的所属井下基站向对方ZigBee移动终端所属基站发送关闭通话指令，最后未主动关闭通话的ZigBee移动终端所属基站向未主动关闭通话的ZigBee移动终端发送关闭通话指令，通话结束。

通过井下基站之间的接续，实现井下任意位置的两个ZigBee移动终端的实时通信，进一步使得通信网络方便快速形成；同时，即使由各井下基站依次有线连接形成的主干网的一段网线断开，该网线左右两侧的子网内部仍可继续通话，克服了由交换机进行通话管理而造成的通信瓶颈，也解决了因交换机瘫痪而使整个系统无法工作的问题。

另外，所述ZigBee移动终端根据检测到的井下基站的发射信号强度，切换所述ZigBee移动终端所属的井下基站；

并且，当所述ZigBee移动终端原来所属井下基站的信号强度小于其它K个井下基站时，所述ZigBee移动终端加入新的井下基站；

其中，所述K为根据矿井内的通信环境确定的预设值；或者，所述K为根据矿井内的通信环境在所述ZigBee移动终端上实时可调的参数值。

这种切换能够保证通话过程中的流畅,即尽量减少切换频率,同时保证通话清晰度。

另外，所述ZigBee移动终端通过以下方式切换所属的井下基站：

所述ZigBee移动终端向新基站发送请求加入网络申请；

如果所述新基站允许所述ZigBee移动终端加入，那么所述新基站向所述ZigBee移动终端回复加入确认，将所述ZigBee移动终端加入所述新基站的网络，并通知所有井下基站所述ZigBee移动终端已加入所述新基站。

由于每个井下基站都有整个网络的基站和所属ZigBee移动终端的信息，而每个井下基站和ZigBee移动终端的变动都实时地通知其他井下基站，可以进一步保证通信的快速性和可靠性。

另外，所述基于ZigBee的矿井通信系统还包含：井上主机；所述井上主机用于与井下基站、ZigBee移动终端进行通信，监测携带ZigBee移动终端的井下作业人员的位置和基站或ZigBee移动终端所处环境的参数；

所述N个井下基站中的任意一个有线连接所述井上主机。

由于井上的电脑和井下网络相连，井上的人员可以通过电脑、基站和ZigBee移动终端同井下作业人员进行实时通讯，从而实现井上和井下人员之间的实时通讯，适合用于调度和应急救援。同时，井上人员也可以通过电脑、基站和ZigBee移动终端监测井下人员的位置以及环境参数，为调度和应急救援提供参考。

另外，所述井下基站之间通过以太网线连接。通过以太网连接能够实现较高的带宽，即主干网能够承载的通信容量较大，这样允许同时通话的路数较多，并且为扩充系统功能提供了条件。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的基于ZigBee的矿井通信系统的示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的基于ZigBee的矿井通信系统中同属一个井下基站的两个ZigBee移动终端的通信示意图；

图3是根据本发明第二实施方式的基于ZigBee的矿井通信系统的示意图；

图4是根据本发明第二实施方式的基于ZigBee的矿井通信系统中不属于同一个井下基站的两个ZigBee移动终端的通信示意图；

图5是根据本发明第三实施方式的基于ZigBee的矿井通信方法的流程图；

图6是根据本发明第四实施方式的基于ZigBee的矿井通信方法的流程图。

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的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种基于ZigBee的矿井通信系统，包含：N个井下基站、M个ZigBee移动终端；其中，N和M为正整数。N个井下基站依次有线连接，形成井下基站网络；M个ZigBee移动终端动态加入井下基站网络。每一个井下基站和加入井下基站的ZigBee移动终端之间采用IEEE802.15.4无线网络协议进行无线通信；各井下基站进行分布式通话管理。

如图1所示，图中画出了4个井下基站：基站B1、基站B2、基站B3和基站B4；2个ZigBee移动终端：终端M1和终端M2。4个井下基站依次有线连接，比如，采用RS485电缆、CAN电缆或以太网线连接。终端M1、终端M2和基站B4之间采用IEEE802.15.4无线网络协议进行无线通信，并受基站B4管理和控制。此外，值得说明的是，通过以太网线连接能够实现较高的带宽，即主干网能够承载的通信容量较大，这样允许同时通话的路数较多，并且为扩充系统功能提供了条件，比如，未来可以通过以太网传输视频监控信息。

值得一提的是，每个基站内的各个ZigBee移动终端之间通信由该基站持续完成，也就是说，同属一个井下基站的两个ZigBee移动终端进行通信，由该所属的井下基站进行管理和控制，进一步使得通信网络方便快速形成。由于井下调度的重点在矿井下的生产现场，尤其是局部的小范围内的工作人员的通信比重较大。因此，对于小范围内的通信，ZigBee移动终端之间的通话只需要同一个基站进行持续控制完成。这种呼叫方式就是站内呼。

为了区分ZigBee移动终端，将发起通话的一方称为主叫ZigBee移动终端，将接受通话的一方称为目的ZigBee移动终端，目的ZigBee移动终端和主叫ZigBee移动终端同属一个井下基站。比如说，图1中，如果终端M1向终端M2发起通话，那么终端M1为主叫ZigBee移动终端，终端M2为目的ZigBee移动终端，基站B4为目的ZigBee移动终端和主叫ZigBee移动终端同属一个井下基站。请参阅图2所示，同一基站下的一个ZigBee移动终端和另一个ZigBee移动终端之间的无线网络通讯通过以下方式进行：

主叫ZigBee移动终端发起一个通话请求到井下基站，井下基站收到后回复一个确认；

井下基站向目的ZigBee移动终端发送通话请求；

当目的ZigBee移动终端收到请求后，向井下基站回复一个确认接听；

井下基站收到确认接听回复后，建立主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端之间的通信通道，并向主叫ZigBee移动终端发送回复；

主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端通过井下基站建立的通信通道，发送和接收语音包，直到主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端中的一方发送关闭通话指令，井下基站向另一方发送关闭通话指令并关闭通信通道。

在实际应用中，在井下的巷道建立基于IEEE802.15.4无线网络协议通信的无线通信网络，在矿井巷道每隔一定距离设置一个基站，每个井下工作人员配带一个ZigBee移动终端，如带ZigBee网络模块终端的手机，成为基于IEEE802.15.4无线网络中的一个节点，基站和ZigBee移动终端之间自组织网络通信方式构成一个组网灵活、通信可靠地网络，利用本实施方式可以实现井下作业人员之间的实时通信。

此外，值得说明的是，由于ZigBee移动终端会随时移动，所以存在ZigBee移动终端所属基站切换的问题。在本实施方式中，ZigBee移动终端根据检测到的井下基站的发射信号强度，切换ZigBee移动终端所属的井下基站；并且，当ZigBee移动终端原来所属井下基站的信号强度小于其它K个井下基站时，ZigBee移动终端加入新的井下基站。其中，K为根据矿井内的通信环境确定的预设值；或者，K为根据矿井内的通信环境在ZigBee移动终端上实时可调的参数值。这种切换能够保证通话过程中的流畅,即尽量减少切换频率,同时保证通话清晰度。实际上，K的取值主要根据井下无线信号质量决定，如果井下弯曲少，信号质量好，可以少切换，即K的取值大一些，否则K的取值小一些。在实际应用中，上述切换方法通过软件设定可调，为工程实施提供了一个更加灵活的解决方案。

具体地说，ZigBee移动终端通过以下方式切换所属的井下基站：

ZigBee移动终端向新基站发送请求加入网络申请；如果新基站允许ZigBee移动终端加入，那么新基站向ZigBee移动终端回复加入确认，将ZigBee移动终端加入新基站的网络，并通知所有井下基站ZigBee移动终端已加入新基站。具体地说，每个ZigBee移动终端有一个唯一的身份信息，ZigBee移动终端原来的基站的ZigBee移动终端身份注册表中需删除掉该ZigBee移动终端的身份信息；ZigBee移动终端新加入的基站的ZigBee移动终端身份注册表中需增加该ZigBee移动终端的身份信息；删除和增加动作需要通知网络内的全部基站。也就是说，ZigBee移动终端会根据其检测到的基站发射信号强度切换其所属的基站网络。同时，ZigBee移动终端原来所属的基站会去掉该ZigBee移动终端的登记号，而ZigBee移动终端新加入的基站会增加该ZigBee移动终端的登记号，并通知所有井下基站该ZigBee移动终端已加入该新基站。由于每个井下基站都有整个网络的基站和所属ZigBee移动终端的信息，而每个井下基站和ZigBee移动终端的变动都实时地通知其他井下基站，可以进一步保证通信的快速性和可靠性。

在实际应用中，由于对于基站的发射信号强度，需要通过巨大的人力物力进行大量的测试来建立节点的位置和信号强度的统计数据库，因此，可以采用无线信号传播理论来进行估计，虽然没有经验模型精准，但它比较实用而且没有统计费用。

具体地说，无线信号传播理论中模型是非常适合统计的模型，其传输损耗模型为：

在距离基站d处上接收功率P(d)采用距离基站参考点d0的接收信号的强度作为参考，P(d)根据以下式子求得：

P(d)=P(d0)-10alog(d/10)；

其中，P(d)表示距离基站d处的接收功率，其单位为分贝毫瓦（dBm），P(d0)表示距离基站d0处的接收功率；a为路径损耗指数，通常通过实际测量来获得。在屏蔽的区域，路径损耗值a为2.7至5。

通过以上公式可以看出，当接收节点距离基站越来越远，信号强度就越来越小。如果发现附近其他的基站能提供更好的信号，那么就需要切换网络。

因为矿井下是一个类似于屏蔽模型的环境，本发明ZigBee移动终端检测基站发射信号强度的计算方法采用屏蔽模型来算，即：ZigBee移动终端检测到的基站发射信号强度用接收功率P（d)来表示，按以上理论P(d)=P(d0)-10alog(d/d0)；其中，P（d）表示距离基站d处的接收功率，其单位为dBm,P（d0）表示距离基站d0处的接收功率，a为路径损耗指数，通过实际的测量来获得。

此外，值得说明的是，井上人员通过与井下基站连接的电脑可以实现井下井上人员之间的实时通信，有利于矿井的调度和应急救援。具体地说，本实施方式的基于ZigBee的矿井通信系统还包含：井上主机；该井上主机用于与井下基站、ZigBee移动终端进行通信，监测携带ZigBee移动终端的井下作业人员的位置以及基站或ZigBee移动终端所处环境的参数，比如空气中甲烷含量等。N个井下基站中的任意一个有线连接井上主机，比如图1中基站B1和电脑通过有线连接。在实际应用中，基站和矿井上的电脑可以通过以太网通信协议进行通讯，电脑与基站通过有线连接，各基站之间通过以太网线依次连接。由于井上的电脑和井下网络相连，井上的人员可以通过电脑、基站和ZigBee移动终端同井下作业人员进行实时通讯，从而实现井上和井下人员之间的实时通讯，适合用于调度和应急救援。同时，井上人员也可以通过电脑、基站和ZigBee移动终端监测井下人员的位置以及环境参数，为调度和应急救援提供参考。

与现有技术相比，本发明通过设置基站和ZigBee移动终端，利用基站和ZigBee移动终端构成了基于IEEE802.15.4无线网络协议的无线通信网络；各基站和该基站内的ZigBee移动终端之间采用基于IEEE802.15.4无线网络协议进行无线通信，因此，只要每个井下作业人员配带一个ZigBee移动终端，便成为基于IEEE802.15.4无线网络协议的无线网络节点，从而可以利用本发明实现同井下其他作业人员实时通讯。由于ZigBee技术具有功率小且通讯效率高的优点，所以非常适合矿井下使用。而且，由于各井下基站进行分布式通话管理，因此，提高了通信系统的可靠性。此外，每个基站都有整个网络的基站和所属手机信息，这样基站之间可以建立互相通信通道，而不需要依赖于一个交换机来统一管理，克服了由交换机进行通话管理而造成的通信瓶颈，也解决了因交换机瘫痪而使整个系统无法工作的问题。同时，由于井上的电脑和井下网络相连，井上的人员可以通过电脑、基站和ZigBee移动终端同井下作业人员进行实时通讯，从而实现井上和井下人员之间的实时通讯，适合用于调度和应急救援。

本发明的第二实施方式涉及一种基于ZigBee的矿井通信系统。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，进行通信的两个ZigBee移动终端同属一个井下基站。而在本发明第二实施方式中，进行通信的两个ZigBee移动终端不属于同一个井下基站，如图3所示。当ZigBee移动终端和被呼叫的目的ZigBee移动终端分别属于不同的基站时，采用站间呼叫的方式通信。ZigBee移动终端首先与其所属的基站建立链接以交换信令，该基站通过在一个已确定的ZigBee移动终端列表内查找被呼叫目的ZigBee移动终端所在的基站，而后通过跟目的ZigBee移动终端所属的基站建立链接，最终实现和目的ZigBee移动终端建立链接。通过井下基站之间的接续，实现井下任意位置的两个ZigBee移动终端的实时通信，进一步使得通信网络方便快速形成。

为方便起见，主叫ZigBee移动终端所属的井下基站为主叫井下基站，目的ZigBee移动终端所属的井下基站为目的井下基站，主叫井下基站和目的井下基站为不同的井下基站。比如说，图3中，如果终端M1向终端M2发起通话，那么终端M1为主叫ZigBee移动终端，终端M2为目的ZigBee移动终端，基站B1为主叫井下基站，基站B4为目的井下基站。请参阅图4所示，不同一基站下的一个ZigBee移动终端和另一个ZigBee移动终端之间的无线网络通讯通过以下方式进行：

主叫ZigBee移动终端发起一个通话请求到主叫井下基站，主叫井下基站收到后回复一个确认；

主叫井下基站向目的井下基站发送通话请求；

目的井下基站收到通话请求后，向目的ZigBee移动终端发送通话请求；

目的ZigBee移动终端回复确认接听；

目的井下基站收到确认接听回复后，向主叫井下基站发送确认回复；主叫井下基站收到确认接听回复后，向主叫ZigBee移动终端回复确认，这样就建立了主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端之间的通信通道；

主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端通过主叫井下基站和目的井下基站建立的通信通道，发送和接收语音包，直到主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端中的一方发送关闭通话指令，主动关闭通话的ZigBee移动终端的所属井下基站向对方ZigBee移动终端所属基站发送关闭通话指令，最后未主动关闭通话的ZigBee移动终端所属基站向未主动关闭通话的ZigBee移动终端发送关闭通话指令，通话结束。

此外，值得说明的是，本发明由各基站进行分布式通话管理，还具有提高系统可靠性的作用，也就是说，即使由各井下基站依次有线连接形成的主干网的一段网线断开，该网线左右两侧的子网内部仍可继续通话，克服了由交换机进行通话管理而造成的通信瓶颈，也解决了因交换机瘫痪而使整个系统无法工作的问题。

本发明第三实施方式涉及一种基于ZigBee的矿井通信方法，包含以下步骤：

井下基站依次有线连接，形成井下基站网络；其中，井下基站有N个，N为正整数；

ZigBee移动终端动态加入井下基站网络；其中，ZigBee移动终端有M个，M为正整数；

每一个井下基站和加入该井下基站的ZigBee移动终端之间采用IEEE802.15.4无线网络协议进行无线通信；

各井下基站进行分布式通话管理。

请参阅图5所示，目的ZigBee移动终端和主叫ZigBee移动终端同属一个井下基站时，各井下基站进行分布式通话管理的步骤中，包含以下子步骤：

步骤501，主叫ZigBee移动终端发起一个通话请求到所属的井下基站，井下基站收到后回复一个确认。

步骤502，井下基站向目的ZigBee移动终端发送通话请求。

步骤503，目的ZigBee移动终端收到请求后，向井下基站回复一个确认接听。

步骤504，井下基站收到确认接听回复后，建立主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端之间的通信通道，并向主叫ZigBee移动终端发送回复。

步骤505，主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端通过井下基站建立的通信通道，发送和接收语音包。

步骤506，判断主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端中的一方是否发送关闭通话指令，若是，则执行步骤507；若否，则返回执行步骤505。

步骤507，井下基站向未发送关闭通话指令的另一方发送关闭通话指令，并关闭通信通道。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种基于ZigBee的矿井通信方法。第四实施方式与第三实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第三实施方式中，进行通信的两个ZigBee移动终端同属一个井下基站。而在本发明第四实施方式中，进行通信的两个ZigBee移动终端不属于同一个井下基站。

为方便起见，主叫ZigBee移动终端所属的井下基站为主叫井下基站，目的ZigBee移动终端所属的井下基站为目的井下基站，主叫井下基站和目的井下基站为不同的井下基站，具体步骤如图6所示：

步骤601，主叫ZigBee移动终端发起一个通话请求到主叫井下基站，主叫井下基站收到后回复一个确认。

步骤602，主叫井下基站向目的井下基站发送通话请求。

步骤603，目的井下基站收到通话请求后，向目的ZigBee移动终端发送通话请求。

步骤604，目的ZigBee移动终端回复确认接听。

步骤605，目的井下基站收到确认接听回复后，向主叫井下基站发送确认回复。

步骤606，主叫井下基站收到确认接听回复后，向主叫ZigBee移动终端回复确认。

通过步骤605和606，就建立了目的ZigBee移动终端和主叫ZigBee移动终端之间的通信通道。

步骤607，主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端通过主叫井下基站和目的井下基站建立的通信通道，发送和接收语音包。

步骤608，判断主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端中的一方是否发送关闭通话指令，如是，则执行步骤609至610；如否，则返回执行步骤607。

步骤609，主动关闭通话的ZigBee移动终端的所属井下基站向对方ZigBee移动终端所属基站发送关闭通话指令，并关闭通信通道。

步骤610，未主动关闭通话的ZigBee移动终端所属基站向未主动关闭通话的ZigBee移动终端发送关闭通话指令，并关闭通信通道。

由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于ZigBee的矿井通信系统，其特征在于，包含：N个井下基站、M个ZigBee移动终端；其中，所述N和所述M为正整数；

所述N个井下基站依次有线连接，形成井下基站网络；所述M个ZigBee移动终端动态加入所述井下基站网络；

每一个井下基站和加入所述井下基站的ZigBee移动终端之间采用IEEE802.15.4无线网络协议进行无线通信；

各井下基站进行分布式通话管理；

所述ZigBee移动终端包含：主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端；所述主叫ZigBee移动终端所属的井下基站为主叫井下基站，所述目的ZigBee移动终端所属的井下基站为目的井下基站，所述主叫井下基站和所述目的井下基站为不同的井下基站；

所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端之间通过以下方式进行通话：

所述主叫ZigBee移动终端发起一个通话请求到所述主叫井下基站，所述主叫井下基站收到后回复一个确认；

所述主叫井下基站向所述目的井下基站发送通话请求；

所述目的井下基站收到通话请求后，向所述目的ZigBee移动终端发送通话请求；

所述目的ZigBee移动终端回复确认接听；

所述目的井下基站收到确认接听回复后，向所述主叫井下基站发送确认回复，所述主叫井下基站收到确认接听回复后，向所述主叫ZigBee移动终端回复确认，建立所述目的ZigBee移动终端和所述主叫ZigBee移动终端之间的通信通道；

所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端通过所述主叫井下基站和所述目的井下基站建立的通信通道，发送和接收语音包，直到所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端中的一方发送关闭通话指令，主动关闭通话的ZigBee移动终端的所属井下基站向对方ZigBee移动终端所属基站发送关闭通话指令，未主动关闭通话的ZigBee移动终端所属基站向未主动关闭通话的ZigBee移动终端发送关闭通话指令，通话结束。

2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的矿井通信系统，其特征在于，所述ZigBee移动终端包含：主叫ZigBee移动终端和目的ZigBee移动终端；所述目的ZigBee移动终端和所述主叫ZigBee移动终端还可以同属一个井下基站；

所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端之间通过以下方式进行通话：

所述主叫ZigBee移动终端发起一个通话请求到所述井下基站，所述井下基站收到后回复一个确认；

所述井下基站向所述目的ZigBee移动终端发送通话请求；

当所述目的ZigBee移动终端收到请求后，向所述井下基站回复一个确认接听；

所述井下基站收到确认接听回复后，建立所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端之间的通信通道，并向所述主叫ZigBee移动终端发送回复；

所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端通过所述井下基站建立的通信通道，发送和接收语音包，直到所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端中的一方发送关闭通话指令，所述井下基站向另一方发送关闭通话指令并关闭通信通道。

3.根据权利要求1所述的基于ZigBee的矿井通信系统，其特征在于，所述ZigBee移动终端根据检测到的井下基站的发射信号强度，切换所述ZigBee移动终端所属的井下基站；

并且，当所述ZigBee移动终端原来所属井下基站的信号强度小于其它K个井下基站时，所述ZigBee移动终端加入新的井下基站；

其中，所述K为根据矿井内的通信环境确定的预设值；或者，所述K为根据矿井内的通信环境在所述ZigBee移动终端上实时可调的参数值。

4.根据权利要求3所述的基于ZigBee的矿井通信系统，其特征在于，所述ZigBee移动终端通过以下方式切换所属的井下基站：

所述ZigBee移动终端向新基站发送请求加入网络申请；

如果所述新基站允许所述ZigBee移动终端加入，那么所述新基站向所述ZigBee移动终端回复加入确认，将所述ZigBee移动终端加入所述新基站的网络，并通知所有井下基站所述ZigBee移动终端已加入所述新基站。

5.根据权利要求1所述的基于ZigBee的矿井通信系统，其特征在于，还包含：井上主机；所述井上主机用于与井下基站、ZigBee移动终端进行通信，监测携带ZigBee移动终端的井下作业人员的位置以及基站或ZigBee移动终端所处环境的参数；

所述N个井下基站中的任意一个有线连接所述井上主机。

6.根据权利要求1所述的基于ZigBee的矿井通信系统，其特征在于，所述井下基站之间通过以太网线连接。

7.一种基于ZigBee的矿井通信方法，其特征在于，包含以下步骤：

井下基站依次有线连接，形成井下基站网络；其中，所述井下基站有N个，所述N为正整数；

ZigBee移动终端动态加入所述井下基站网络；其中，所述ZigBee移动终端有M个，所述M为正整数；

每一个井下基站和加入所述井下基站的ZigBee移动终端之间采用IEEE802.15.4无线网络协议进行无线通信；

各井下基站进行分布式通话管理；

在各井下基站进行分布式通话管理的步骤中，包含以下子步骤：

主叫ZigBee移动终端发起一个通话请求到主叫井下基站，所述主叫井下基站收到后回复一个确认；

所述主叫井下基站向目的井下基站发送通话请求；

所述目的井下基站收到通话请求后，向目的ZigBee移动终端发送通话请求；

所述目的ZigBee移动终端回复确认接听；

所述目的井下基站收到确认接听回复后，向所述主叫井下基站发送确认回复，所述主叫井下基站收到确认接听回复后，向所述主叫ZigBee移动终端回复确认，建立所述目的ZigBee移动终端和所述主叫ZigBee移动终端之间的通信通道；

所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端通过所述主叫井下基站和所述目的井下基站建立的通信通道，发送和接收语音包；

判断所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端中的一方是否发送关闭通话指令；如是，则主动关闭通话的ZigBee移动终端的所属井下基站向对方ZigBee移动终端所属基站发送关闭通话指令，并关闭通信通道；未主动关闭通话的ZigBee移动终端所属基站向未主动关闭通话的ZigBee移动终端发送关闭通话指令，并关闭通信通道；

其中，所述主叫ZigBee移动终端所属的井下基站为主叫井下基站，所述目的ZigBee移动终端所属的井下基站为目的井下基站，所述主叫井下基站和所述目的井下基站为不同的井下基站。

8.根据权利要求7所述的基于ZigBee的矿井通信方法，其特征在于，在各井下基站进行分布式通话管理的步骤中，还包含以下子步骤：

主叫ZigBee移动终端发起一个通话请求到所属的井下基站，所述井下基站收到后回复一个确认；

所述井下基站向目的ZigBee移动终端发送通话请求；

所述目的ZigBee移动终端收到请求后，向所述井下基站回复一个确认接听；

所述井下基站收到确认接听回复后，建立所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端之间的通信通道，并向所述主叫ZigBee移动终端发送回复；

所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端通过所述井下基站建立的通信通道，发送和接收语音包；

判断所述主叫ZigBee移动终端和所述目的ZigBee移动终端中的一方是否发送关闭通话指令；若是，则所述井下基站向未发送关闭通话指令的另一方发送关闭通话指令，并关闭通信通道；

其中，所述目的ZigBee移动终端和所述主叫ZigBee移动终端同属一个井下基站。