CN104301135B - 电力隧道wifi信号覆盖及设备网络管理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力隧道WIFI信号覆盖及设备网络管理系统及其方法，通过在弯道及复杂隧道使用漏波电缆作为天线，漏波电缆沿着隧道敷设；在平直隧道采用定向板状天线进行信号覆盖，通过此两种方法的结合实现隧道内无线信号的无缝覆盖；本发明可以实现对隧道被所有接入设备的网络化和可视化管理，通过上位机所管理的通信机，对电力隧道内所有安装的无线基站进行调度管理，实现客户端的快速接入及快速漫游管理。通过网络拓扑控制实现各个节点可视化管理、通过节点间定位技术实现进入隧道人员定位，通过VOIP软交换实现隧道人员无线对讲，支持未来地下物联网数据业务扩展。

Description

电力隧道WIFI信号覆盖及设备网络管理系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种电力隧道WIFI信号覆盖及设备网络管理系统及其方法。

背景技术

随着城市电力电缆架空线不断入地，电力隧道特别是主杆输电电缆隧道的地位越来越重要，隧道内迫切需要一种经济、便捷、稳定、可靠、安全的无线接入网络，以满足地下工作人员的实时通信、人员定位、未来地下物联网扩展等用户需求，实现对电力隧道内所有接入网络设备的智能化管理。目前室外常规信号基站到隧道内无法正常通信，因此，迫切需要一种能实现电路隧道内网络完全覆盖的方式方法。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了电力隧道WIFI信号覆盖及设备网络管理系统及其方法，本方法通过有线和无线相结合的独特的线环型组网方式，以漏波电缆配合板状天线信号传输覆盖方式，通过信道最优分配及防干扰设计、线性中继点间的快速漫游，同时实现上位机对所有接入WIFI网络设备智能化管理。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力隧道WIFI信号覆盖及设备网络管理系统，包括用户数据监控中心、网络通信管理上位机、光纤环网、无线通信管理机、若干个无线通信节点、定向天线和客户端，其中：

所述用户数据监控中心与网络通信管理上位机通信，网络通信管理上位机通过光纤环网与无线通信管理机和无线通信节点通信，所述无线通信节点间敷设光纤熔接后形成光纤通信网络，在每个节点上安装无线基站设备，其中至少一个无线通信节点连接漏波电缆，漏波电缆沿着隧道敷设，其它无线通信节点连接定向天线，所述无线通信节点每隔300～400米设置一个的均设于隧道内。

所述漏波电缆用于2.4G或5GHz WIFI频段。

所述客户端包括但不限于智能手机、隧道监控终端、智能巡检机器人和无线物联网设备。

基于上述系统的实现方法，包括以下步骤：

(1)通过有线和无线相结合，形成线环型组网，以漏波电缆和板状天线信号传输覆盖方式相结合，实现电力隧道内无线信号的无缝覆盖；

(2)通过信道最优分配及防干扰设计和光纤通信网络内线性中继点间的快速漫游，实现上位机对所有接入WIFI网络设备智能化管理。

所述步骤(1)中，所述电力隧道内无线信号的无缝覆盖的实现方法为：采用无线数据网络传输技术，无线基站发射端通过两个天线接头分别连接漏波电缆或定向天线，漏波电缆用以覆盖弯曲的隧道，定向天线向平直的隧道两端发射无线信号，实现整条隧道内无线信号的无缝隙覆盖。

所述步骤(1)中，电力隧道内无线信号的无缝覆盖的具体步骤包括：

(1-1)从变电站敷设光纤进入电力隧道，在隧道内部每隔300～400米设置一个节点该节点被称为环网交换机；

(1-2)节点间敷设光纤熔接后形成光纤通信网络，在每个节点上安装无线基站设备；

(1-3)在弯道及复杂隧道使用漏波电缆作为天线，漏波电缆沿着隧道敷设；在平直隧道采用定向板状天线进行信号覆盖，通过漏波电缆和定向天线结合，沿着隧道敷设进行信号覆盖；

(1-4)在已经组成的工业环网内安装插入一台通信管理机，对所有安装无线基站的通信进行调度管理，实现客户端的快速接入及快速漫游管理。

所述步骤(2)中，所述信道最优分配及防干扰设计，根据IEEE 802.11b/g/n国际标准规范，在2.4G频段下工作频率范围2.4－2.4835GHz；所以只能提供3个不重叠的20M信道，且只能提供2个不重叠的40M信道。

所述步骤(2)中，为防止相邻AP信号覆盖时出现信道干扰，很好的实现802.11n下40MHZ信道绑定，即将两个20M信道合并成一个40M的快车道，实现带宽数据吞吐量翻倍，将相邻AP的信道错开。

所述步骤(2)的具体方法包括：

(2-1)：在光纤通信网络内插入一台通信管理机，通信管理机安装在隧道或者变电站内，对所有安装的无线基站通信及信号强度进行调度管理，实现客户端的快速接入及快速漫游管理；

(2-2)：依赖于通信管理机，通过网络拓扑方式实现各个节点的定位和可视化管理；通过已经定位的节点实现对进入隧道人员定位。

从变电站到隧道内部的光纤通信网络采用多模光纤环网冗余架构，环网式光纤收发器采用光以太网技术，可以实现环形、链形网组网方式。光纤传输避免了因不同节点地电位差别和外界恶劣环境，如工业环境下的强电场和强磁场引起的干扰，而完成高可靠的数据传输。系统具备快速可靠的自恢复能力，网管可实时监测整个网络并快速定位通信故障位置。

漏波电缆特别设计用于射频信号很难覆盖的环境.因为漏波电缆的设计特点，它能够围绕着电缆的指定区域辐射一个规则的信号区.这种功能可以保证在无线客户端和无线接入点之间建立一个稳定可靠的通讯连路，并且能够提供确定的数据循环访问，这种漏波电缆设计用于2.4G或5GHz WIFI频段。漏波电缆的灵活简易的安装以及整个系统模块化的设计可以很好的满足电力隧道应用场合的无线覆盖需要。

所述定向天线特点是在无障碍的情况下，信号传输距离远，稳定可靠，成本较低，特别适合平直的顶管隧道或盾构隧道信号覆盖，通过两种天线在隧道内的互补应用，达到性能与成本的最优配比。

采用信道1、5绑定，信道9、13绑定，通过绑定，两组信道恰好实现83M带宽的平均分配，也刚好满足隧道特殊的线性分布，两组绑定信道交替分布，避免了信道间的干扰，保证了高带宽特性的发挥。

在2.4G频段下工作频率范围2.4－2.4835GHz；EU欧洲标准共有13个信道，US标准共有11个信道，使用欧洲标准时，因为信道1是完整20M，信道5完整20M，合起来40M；信道9、13类似。

电力隧道网络设备智能化管理，采用平台化网络管理实现网络安全、增强系统稳定、开放性与扩展性，支持语音、视频、控制等多种业务接入，同时支持未来地下物联网数据业务扩展。通过网络管理实现了低于50ms的快速漫游，支持故障定位、支持更多数据业务接入。通过独特AP信道规划，实现2个40M信道交错布局，互不干扰传输，从而达到300M大带宽无线传输。

本发明的有益效果为：

1、通过本发明的实施，采用有线和无线相结合的独特的线环型组网方式，以漏波电缆和板状天线信号传输覆盖方式相结合，实现电力隧道内无线信号的无缝覆盖；

2、以较低成本实现隧道无线远距离无缝覆盖，避免了全程铺设漏波电缆造成设计成本过高，导致资源浪费；

3、通过信道最优分配及防干扰设计和光纤通信网络内线性中继点间的快速漫游，实现上位机通过通信管理机对所有接入网络设备智能化管理；

4、通过网络管理实现了网络安全、增强了系统稳定、开放性与扩展性，同时支持语音、视频、控制等多种业务接入，支持未来地下物联网数据业务扩展。

附图说明

图1是本发明的网络架构图；

图2是本发明的无线信道分配图。

图中，1.用户数据监控中心，2.网络通信管理上位机，3.光纤环网，4.无线通信管理机，5.无线通信节点，6.定向天线，7.漏波电缆，8.用户智能手机，9.隧道监控终端，10.智能巡检机器人，11.其它无线物联网设备，12.AP配置为1、5信道，13.AP配置为9、13信道。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种电力隧道WIFI信号覆盖及设备网络管理系统，包括用户数据监控中1、网络通信管理上位机2、光纤环网3、无线通信管理机4、若干个无线通信节点5、定向天线6和客户端，其中：

用户数据监控中心1与网络通信管理上位机2通信，网络通信管理上位机2通过光纤环网3与无线通信管理机4和无线通信节点5通信，无线通信节点5间敷设光纤熔接后形成光纤通信网络，在每个节点上安装无线基站设备，其中至少一个无线通信节点5连接漏波电缆，漏波电缆沿着隧道敷设，其它无线通信节点连接定向天线6，无线通信节点5每隔300～400米设置一个的均设于隧道内。

漏波电缆用于2.4G或5GHz WIFI频段。

客户端包括但不限于用户智能手机8、隧道监控终端9、智能巡检机器人10和无线物联网设备11。

基于上述系统的实现方法，包括以下步骤：

(1)通过有线和无线相结合，形成线环型组网，以漏波电缆和板状天线信号传输覆盖方式相结合，实现电力隧道内无线信号的无缝覆盖；

(2)通过信道最优分配及防干扰设计和光纤通信网络内线性中继点间的快速漫游，实现上位机对所有接入WIFI网络设备智能化管理。

步骤(1)中，电力隧道内无线信号的无缝覆盖的实现方法为：采用无线数据网络传输技术，无线基站发射端通过两个天线接头分别连接漏波电缆或定向天线5，漏波电缆用以覆盖弯曲的隧道，定向天线向平直的隧道两端发射无线信号，实现整条隧道内无线信号的无缝隙覆盖。

步骤(1)中，电力隧道内无线信号的无缝覆盖的具体步骤包括：

(1-1)从变电站敷设光纤进入电力隧道，在隧道内部每隔300～400米设置一个节点该节点被称为环网交换机；

(1-2)节点间敷设光纤熔接后形成光纤通信网络，在每个节点上安装无线基站设备；

(1-3)在弯道及复杂隧道使用漏波电缆作为天线，漏波电缆沿着隧道敷设；在平直隧道采用定向板状天线进行信号覆盖，通过漏波电缆和定向天线结合，沿着隧道敷设进行信号覆盖；

(1-4)在已经组成的工业环网内安装插入一台通信管理机，对所有安装无线基站的通信进行调度管理，实现客户端的快速接入及快速漫游管理。

步骤(2)中，信道最优分配及防干扰设计，根据IEEE 802.11b/g/n国际标准规范，在2.4G频段下工作频率范围2.4－2.4835GHz；所以只能提供3个不重叠的20M信道，且只能提供2个不重叠的40M信道。

步骤(2)中，为防止相邻AP信号覆盖时出现信道干扰，很好的实现802.11n下40MHZ信道绑定，即将两个20M信道合并成一个40M的快车道，实现带宽数据吞吐量翻倍，将相邻AP的信道错开。

步骤(2)的具体方法包括：

(2-1)：在光纤通信网络内插入一台通信管理机，通信管理机安装在隧道或者变电站内，对所有安装的无线基站通信及信号强度进行调度管理，实现客户端的快速接入及快速漫游管理；

(2-2)：依赖于通信管理机，通过网络拓扑方式实现各个节点的定位和可视化管理；通过已经定位的节点实现对进入隧道人员定位。

用户数据监控中心1通过电力专用网络通信管理上位机2，从变电站机房敷设光纤进入电力隧道，在隧道内部每隔300～400米设置一个无线通信节点5，无线通信节点5由环网交换机与无线基站设备组成，无线通信节点5间敷设光纤，通过光纤盒环网交换机形成工业主干光纤环网3。

在每个无线通信节点5上安装的无线基站设备负责无线信号收发，使用漏波电缆7和定向天线6相结合进行隧道无线信号覆盖。主干光纤环网3内插入一台无线通信管理机4，对所有安装无线基站的通信进行调度管理，实现用户智能手机8，隧道监控终端9，智能巡检机器人10，其他无线物联网设备11等接入网络的客户端进行快速漫游管理。

在电力隧道采用无线数据网络传输技术，在隧道内实现无线网络的无缝隙覆盖。无线基站发射端通过两个天线接头分别连接漏波电缆7或定向天线6，漏波电缆7主要用来覆盖弯曲的隧道，定向天线6向平直的隧道两端发射无线信号，实现整条隧道内无线信号的无缝隙覆盖。漏波电缆7特别设计用于射频信号很难覆盖的环境.因为漏波电缆7的设计特点，它能够围绕着电缆的指定区域辐射一个规则的信号区.这种功能可以保证在无线客户端和无线接入点之间建立一个稳定可靠的通讯连路，并且能够提供确定的数据循环访问，这种漏波电缆7设计用于2.4G或5GHz WIFI频段。定向天线6特点是在无障碍的情况下，信号传输距离远，稳定可靠，成本较低，特别适合平直的顶管隧道或盾构隧道信号覆盖，通过两种天线在隧道内的互补应用，达到性能与成本的最优配比。

隧道无线网络信号覆盖完成后，通过智能网络化平台管理，应用在隧道内部的所有支持WIFI通信的客户端设备都可以很方便的接入到隧道无线网络中，比如用户智能手机8，工作人员安装定制的APP应用软件，可以实现VOIP语音通信，隧道内部人员定位，专家视频在线远程电缆故障诊断等扩展业务。

隧道监控终端9，是固定安装在隧道内部，用来监控隧道出入口安全、内部电缆接头安全或隧道内部环境安全等设备，不需要通过拉专线即可接入无线网络进行数据采集。智能巡检机器人10，是在隧道内移动的巡检装置，他在隧道内进行快速行走时，需要经过多个无线接入点5，机器人在进行跨区信号切换时需要保证视频、控制链路良好，通过无线通信管理机4可以实现低于50ms的快速漫游，保证了通信链路的稳定传输。

此隧道无线通信网络带宽容量大，具备良好的兼容性、扩展性，支持未来多种其他无线物联网设备11接入。

如图2所示，一个不重叠的20M信道，只能提供2个不重叠的40M信道，为防止出现信道干扰，很好的将两个20M信道合并使用，实现40MHZ信道绑定，将相邻AP的信道错开。考虑到隧道布局的特殊情况(线性结构)，在具体实施时刚好采用AP配置为1、5信道12，下一个AP配置为9、13信道13，再下一AP配置为1、5信道12，依次交替重复，避免了信道间的干扰。需要快速漫游的设备只扫描1、13信道的SSID就能实现快速登录；普通用户终端对1～13个信道的SSID进行扫描。通过如此设计，保证了高带宽特性的发挥。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种电力隧道WIFI信号覆盖及设备网络管理系统，其特征是：包括用户数据监控中心、网络通信管理上位机、光纤环网、无线通信管理机、若干个无线通信节点、定向天线和客户端，其中：

所述用户数据监控中心与网络通信管理上位机通信，网络通信管理上位机通过光纤环网与无线通信管理机和无线通信节点通信，所述无线通信节点间敷设光纤熔接后形成光纤通信网络，在每个节点上安装无线基站设备，其中至少一个无线通信节点连接漏波电缆，漏波电缆沿着隧道敷设，其它无线通信节点连接定向天线，所述无线通信节点设置于隧道内，每隔300～400米设置一个无线通信节点；

在光纤通信网络内插入一台无线通信管理机，无线通信管理机安装在隧道或者变电站内，对所有安装的无线基站通信及信号强度进行调度管理，实现客户端的快速接入及快速漫游管理，在弯道及复杂隧道使用漏波电缆作为天线，漏波电缆沿着隧道敷设；在平直隧道采用定向板状天线进行信号覆盖，通过漏波电缆和定向天线结合，沿着隧道敷设进行信号覆盖，通过有线和无线相结合，形成线环型组网，以漏波电缆和板状天线信号传输覆盖方式相结合，实现电力隧道内无线信号的无缝覆盖。

2.如权利要求1所述的一种电力隧道WIFI信号覆盖及设备网络管理系统，其特征是：所述漏波电缆用于2.4G或5GHz WIFI频段。

3.如权利要求1所述的一种电力隧道WIFI信号覆盖及设备网络管理系统，其特征是：所述客户端包括但不限于智能手机、隧道监控终端、智能巡检机器人和无线物联网设备。

4.如权利要求1或3所述的系统的实现方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)通过有线和无线相结合，形成线环型组网，以漏波电缆和板状天线信号传输覆盖方式相结合，实现电力隧道内无线信号的无缝覆盖；

(2)通过信道最优分配及防干扰设计和光纤通信网络内线性中继点间的快速漫游，实现网络通信管理上位机对所有接入WIFI网络设备智能化管理；所述电力隧道内无线信号的无缝覆盖的实现方法为：采用无线数据网络传输技术，无线基站发射端通过两个天线接头分别连接漏波电缆或定向天线，漏波电缆用以覆盖弯曲的隧道，定向天线向平直的隧道两端发射无线信号，实现整条隧道内无线信号的无缝隙覆盖。

5.如权利要求4所述的方法，其特征是：所述步骤(1)中，电力隧道内无线信号的无缝覆盖的具体步骤包括：

(1-1)从变电站敷设光纤进入电力隧道，在隧道内部每隔300～400米设置一个节点，该节点被称为环网交换机；

(1-2)节点间敷设光纤熔接后形成光纤通信网络，在每个节点上安装无线基站设备；

(1-3)在弯道及复杂隧道使用漏波电缆作为天线，漏波电缆沿着隧道敷设；在平直隧道采用定向板状天线进行信号覆盖，通过漏波电缆和定向天线结合，沿着隧道敷设进行信号覆盖；

(1-4)在已经组成的工业环网内安装插入一台无线通信管理机，对所有安装无线基站的通信进行调度管理，实现客户端的快速接入及快速漫游管理。

6.如权利要求4所述的方法，其特征是：所述步骤(2)中，所述信道最优分配及防干扰设计，根据IEEE 802.11b/g/n国际标准规范，在2.4G频段下工作频率范围2.4－2.4835GHz；提供3个不重叠的20M信道，且提供2个不重叠的40M信道。

7.如权利要求6所述的方法，其特征是：所述步骤(2)中，为防止相邻AP信号覆盖时出现信道干扰，将两个20M信道合并成一个40M的信道，实现带宽数据吞吐量翻倍，将相邻AP的信道错开。

8.如权利要求6所述的方法，其特征是：所述步骤(2)的具体方法包括：

(2-1)：在光纤通信网络内插入一台无线通信管理机，无线通信管理机安装在隧道或者变电站内，对所有安装的无线基站通信及信号强度进行调度管理，实现客户端的快速接入及快速漫游管理；

(2-2)：依赖于无线通信管理机，通过网络拓扑方式实现各个节点的定位和可视化管理；通过已经定位的节点实现对进入隧道人员定位。