CN105228163B

CN105228163B - 巷道无线网络及组网方法、巷道无线监控系统及方法

Info

Publication number: CN105228163B
Application number: CN201510660147.8A
Authority: CN
Inventors: 徐亚平
Original assignee: SHENZHEN HONGPENG ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN HONGPENG ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2020-01-03
Anticipated expiration: 2035-10-14
Also published as: CN105228163A

Abstract

本发明公开了一种巷道无线网络及组网方法、巷道无线监控系统及方法，其中，所述巷道无线网络的组网方法，包括多个终端节点及与终端节点通信连接的中继节点，包括如下步骤：S10、终端节点采集图像或视频数据并通过固定频道向中继节点发送包含图像或视频数据的数据包；S20、中继节点动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点发送的数据包；以及根据预设的中继漫游表修改数据包中链表，以及根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点，以实现不同终端节点之间的数据交换。本发明能够适应巷道内无线信号动态的动态组网要求，能够实现远程监控，保证巷道施工的可靠性及安全性。

Description

巷道无线网络及组网方法、巷道无线监控系统及方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种巷道无线网络及组网方法、巷道无线监控系统及方法。

背景技术

近年来，随着巷道技术的不断发展，巷道通信越来越受到人们的关注。巷道环境通信闭塞，巷道内的设备发出的信号很弱，并不能直接实现巷道环境与地上监控中心的通信连接。由于巷道内信号很弱，地上监控中心的通信方法并不适应巷道通信，因此，为实现地上监控中心与巷道环境的通信，需要对巷道环境的无线通信进行设计。

现有技术中巷道通信方法一般是通过巷道内各设备(如机车等)通过车载终端自主发送低频信号，然后各低频信号经过数据采集端对各低频信号进行处理，进而将处理后的低频信号通过总线输送地上操作中心完成监控。上述的巷道通信方法，需要每隔一段间距必须设置一个固定数据采集端来对车载终端的数据进行采集，然而，在实际的巷道掘进工程中，机车在巷道的位置不断变化，当超出设定的数据采集端的位置时，原来的数据采集端接收不到车载终端的信号，不能实现全部的车载终端的监控。

有鉴于此，有必要对上述的巷道通信方法进行进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种适应于巷道内动态组网的巷道无线监控的组网方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种巷道无线网络的组网方法，包括多个终端节点及与终端节点通信连接的中继节点，该方法包括如下步骤：

终端节点采集图像或视频数据并通过固定频道向中继节点发送包含图像或视频数据的数据包；

中继节点动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点发送的数据包；以及根据预设的中继漫游表修改数据包中链表，以及根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点，以实现不同终端节点之间的数据交换。

其中，所述根据预设的中继漫游表修改数据包中链表的步骤具体包括：依次记录多个数据包的捕获时间，并依据捕获时间顺序及预设的中继漫游表修改数据包中链表。

其中，所述中继节点动态地遍历所有的固定频道步骤具体包括：所述中继节点根据防冲突算法动态地遍历所有的固定频道，

所述防冲突算法具体为同一数据包根据时序重发N次，重发的时间间隔为：T_gap＝1ms+T_sub*f(random())，

其中，T_gap为每次重发的时间间隔，T_sub为节点编号*时间，random()为随机数，f()为变换函数，其中，所述变换函数f()将随机数映射为0～3的随机自然数。

其中，所述终端节点与中继节点之间采用ISM频段进行无线通讯，无线通讯的信号频率范围为2.4GHz-2.5GHz，信号发射功率为0dBm。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：提供一种巷道无线网络，包括信号采集设备及与信号采集设备通信连接的中继设备；

所述信号采集设备包括多个终端节点，所述终端节点包括信号采集单元及与信号采集单元连接的信号发送单元，所述信号采集单元用于采集图像或视频数据，所述信号发送单元用于通过固定频道向中继节点发送包含图像或视频数据的数据包；

所述中继设备包括多个中继节点，所述中继节点包括数据包捕获单元、与数据包捕获单元连接的链表修改单元以及与链表修改单元连接的数据包广播单元，所述数据包捕获单元用于动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点发送的数据包；所述链表修改单元用于根据预设的中继漫游表修改数据包中链表；所述数据包广播单元用于根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点，以实现不同终端节点之间的数据交换。

其中，所述巷道无线网络还包括时序记录单元，用于在数据包捕获数据包时，依次记录多个数据包的捕获时间。

为了解决上述技术问题，本发明采用的又一技术方案为：提供一种巷道无线监控方法，包括如下步骤：

选定一个或者数个终端节点作为目标节点；

中继节点动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点发送的数据包；以及根据预设的中继漫游表修改数据包中链表，以及根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点，以实现不同终端节点之间的数据交换，并通过目标节点将数据包发送至外网，实现远程监控。

为了解决上述技术问题，本发明采用的又一技术方案为：提供了一种巷道无线监控系统，包括预置单元、与预置单元连接的信号采集设备以及与信号采集设备连接的中继设备；

所述预置单元，用于选定一个或者数个终端节点作为目标节点；

所述中继设备包括多个中继节点，所述中继节点包括数据包捕获单元、与数据包捕获单元连接的链表修改单元以及与链表修改单元连接的数据包广播单元，所述数据包捕获单元用于动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点发送的数据包；所述链表修改单元用于根据预设的中继漫游表修改数据包中链表；所述数据包广播单元用于根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点，以实现不同终端节点之间的数据交换，并通过目标节点将数据包发送至外网，实现远程监控。

其中，所述巷道无线监控系统还包括时序记录单元，用于在数据包捕获数据包时，依次记录多个数据包的捕获时间。

本发明的有益效果在于：区别于现有技术中巷道无线网络中需要固定设置中继节点，当终端节点运动时终端节点与中继节点距离增大，影响无线信号的交换问题，本发明提供了一种巷道无线网络的组网方法，主要通过终端节点采集图像或视频数据并向中继节点发送包含图像或视频数据的数据包以及中继节点对数据包的解析及广播以实现终端节点与中继节点的数据交换，其中，该中继节点对数据包的解析处理具体为：动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点发送的数据包；以及根据预设的中继漫游表修改数据包中链表，以及根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点，以实现不同终端节点之间的数据交换。由于本发明中的数据包包含链表，解析时直接通过预设的中继路由表直接对链表进行修改，能够实现移动组网，大大提高了巷道无线网络的可靠性，保证了巷道施工的安全性。

附图说明

图1为本发明中巷道无线网络的组网方法的方法流程图；

图2为本发明中巷道无线网络的模块方框图；

图3为图2中中继节点的另一实施例的模块方框图；

图4为本发明中巷道无线监控方法的方法流程图；

图5为本发明中巷道无线监控系统的模块方框图。

标号说明：

10、信号采集设备：11、终端节点；12、信号采集单元；13、信号发送单元；

20、中继设备；21、中继节点；22、数据包捕获单元；23、链表修改单元；24、数据包广播单元；25、时序记录单元；

30、预置单元。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明的巷道无线网络的组网方法，主要解决的是巷道内各种电器设备的监控数据的交换，如各种矿产的巷道工程掘进、地下铁路的建设等，需要在一个动态的施工环境下实现快速动态组网，实现巷道内的固定或移动电子设备的数据交换，并通过一个或数个目标节点可以实现巷道内电子设备的远程监控。受限于巷道地理的条件的约束，终端节点之间最大的传输距离为200m左右，而单系统的覆盖长度为10km以上。

请参照图1，本发明提供了一种巷道无线网络的组网方法，包括多个终端节点及与终端节点通信连接的中继节点，该方法包括如下步骤：

S01、终端节点采集图像或视频数据并通过固定频道向中继节点发送包含图像或视频数据的数据包；

S02、中继节点动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点发送的数据包；以及根据预设的中继漫游表修改数据包中链表，以及根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点，以实现不同终端节点之间的数据交换。

上述的终端节点连接有电子设备，可以通过电子设备采集图像或视频数据，或者终端节点内置有摄像单元，通过该摄像单元采集图像或视频数据。

上述的巷道无线网络中的可用带宽可以分成64个频道，每一频道都对应一个终端节点，终端节点只在自己的固定频道上完成数据的收发。中继节点动态地遍历64个频道，以捕获终端节点发送的数据包，解析数据包后可以按照顺序在64个频道上广播发送，该中继节点的处理周期为50ms。

另外，终端节点与中继节点通过数据交换帧来完成数据交换，该数据交换帧用于改变数据的格式。具体的，数据交换帧的长度为64个字节，内容包括节点编号、帧序列号、帧类型、中继漫游表、有效数据载荷以及校验位。

需要强调的是，本发明中在数据包中植入链表，中继节点在解析数据包时，根据中继漫游表可动态地修改链表中的参数，以实现终端节点与中继节点的自动组网，而现有技术中是路由表是存放在路由器内，通过协调机制建立转发的上下链表，并有中继器(路由器)静态保存。因此，本方案能够完成快速组网，合适占用带宽较宽的图像或视频数据的传输。

在一优选的实施例中，所述根据预设的中继漫游表修改数据包中链表的步骤具体包括：依次记录多个数据包的捕获时间，并依据捕获时间顺序及预设的中继漫游表修改数据包中链表。该记录的多个数据包的捕获时间在捕获数据包的时刻进行记录，有利于中继节点按照时间顺序对捕获的数据包进行处理。

在一优选的实施例中，所述中继节点动态地遍历所有的固定频道步骤具体包括：所述中继节点根据防冲突算法动态地遍历所有的固定频道，

其中，T_gap为每次重发的时间间隔，T_sub为节点编号*时间，random()为随机数，f()为变换函数，其中，所述变换函数f()将随机数映射为0～3的随机自然数。防碰撞算法是在固定频道上定义固定的终端节点，如果在一个小的范围内每一个节点的频率是固定的，极限覆盖64个节点互相的通讯距离都是可达的，如互相单个交换没有碰撞发生。发生碰撞极限为63个节点同时在同一频道向一个节点交换数据。解决该问题的方法是同一数据按时序重发32次，该次数可以根据实际的要求来设计。试验证明该防碰撞算法在极端的碰撞条件下，没有漏读数据。但对于单点交换引起32倍的冗余，解决方法是通过序列标示，丢掉冗余数据包，但不需应答回复，使得最大4ms的时间片内完成一个数据包的传输。而每包数据为32Byte协议包，250次*26Byte的有效载荷，即每秒6500Byte的通讯速率，满足以监控数据为目的的数据交换。

在一优选的实施例中，所述终端节点与中继节点之间采用ISM频段进行无线通讯，无线通讯的信号频率范围为2.4GHz-2.5GHz，信号发射功率为0dBm。该信号频率范围符合自由频段的国际标准，信号发射功率仅为1mw，发射功率低有利于降低能耗，提高能源利用效率。应该指出，上述的信号频带范围以及信号发射功率均为本实施例的优选方案，以实现本发明目的为前提的其他数据的实现方案均在本发明的保护范围内。

参阅图2，本发明还提供一种巷道无线网络，包括信号采集设备10及与信号采集设备10通信连接的中继设备20；

所述信号采集设备10包括多个终端节点11，所述终端节点11包括信号采集单元12及与信号采集单元12连接的信号发送单元13，所述信号采集单元12用于采集图像或视频数据，所述信号发送单元13用于通过固定频道向中继节点21发送包含图像或视频数据的数据包；

所述中继设备20包括多个中继节点21，所述中继节点21包括数据包捕获单元22、与数据包捕获单元22连接的链表修改单元23以及与链表修改单元23连接的数据包广播单元24，所述数据包捕获单元22用于动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点11发送的数据包；所述链表修改单元23用于根据预设的中继漫游表修改数据包中链表；所述数据包广播单元24用于根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点11，以实现不同终端节点11之间的数据交换。

上述的，终端节点11可连接可监控的电子设备，单系统可同时连接64台终端节点11，连接的终端节点11可同时进行相互数据交换，数据的载荷速率为4800kbs，无线收发速率为250kbs，系统最大的中继节点21为512台。系统要求在巷道的300米范围内中任何时间内至少有一台，最多不超过16台中继节点21。终端节点11配有RS485，CAN，WiFi，GPRS接口，可与任何电子设备连接和接入远程网路(如企业网、internet或GPRS网络等)。

参阅图3，在一优选地实施例中，所述巷道无线网络还包括时序记录单元25，用于在数据包捕获数据包时，依次记录多个数据包的捕获时间。该记录的多个数据包的捕获时间在捕获数据包的时刻进行记录，有利于中继节点21按照时间顺序对捕获的数据包进行处理。

参阅图4，本发明还提供一种巷道无线监控方法，包括如下步骤：

S01、选定一个或者数个终端节点作为目标节点；

S02、终端节点采集图像或视频数据并通过固定频道向中继节点发送包含图像或视频数据的数据包；

S03、中继节点动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点发送的数据包；以及根据预设的中继漫游表修改数据包中链表，以及根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点，以实现不同终端节点之间的数据交换，并通过目标节点将数据包发送至外网，实现远程监控。

以128us的时间周期捕获到数据包，填写对应的中继漫游表后，按中继漫游表的轨迹分配到对应的固定频道广播，每个频道的重发次数为4次，间隔时间128us*f(random())，其中，random()为随机数，f()为变换函数，其中，所述变换函数f()将随机数映射为0～3的随机自然数。

在一优选的实施例中，所述根据预设的中继漫游表修改数据包中链表的步骤具体包括：依次记录多个数据包的捕获时间，并依据捕获时间顺序及预设的中继漫游表修改数据包中链表。该记录的多个数据包的捕获时间在捕获数据包的时刻进行记录，有利于中继节点按照时间顺序对捕获的数据包进行处理。由于在一个覆盖区会动态出现多个中继节点，同一数据包会循环被同一中继节点转发而产生死锁，解决这个问题，是利用中继漫游表，动态触嗅中继的部分，发现同一数据包转回同一中继，表明已经成功转发该包，将不对该包数据的处理。中继漫游表和有效载荷封装在同一数据包内实行巷道内的数据交换，记录整个数据的游离过程，支持动态中继的转发处理。

参阅图5，本发明还提供了一种巷道无线监控系统，包括预置单元30、与预置单元30连接的信号采集设备以及与信号采集设备连接的中继设备20；

所述预置单元30，用于选定一个或者数个终端节点11作为目标节点；

所述中继设备20包括多个中继节点21，所述中继节点21包括数据包捕获单元22、与数据包捕获单元22连接的链表修改单元23以及与链表修改单元23连接的数据包广播单元24，所述数据包捕获单元22用于动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点11发送的数据包；所述链表修改单元23用于根据预设的中继漫游表修改数据包中链表；所述数据包广播单元24用于根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点11，以实现不同终端节点11之间的数据交换，并通过目标节点将数据包发送至外网，实现远程监控。

其中，所述巷道无线监控系统还包括时序记录单元25，用于在数据包捕获数据包时，依次记录多个数据包的捕获时间。该时序记录单元25记录的多个数据包的捕获时间在捕获数据包的时刻进行记录，有利于中继节点21按照时间顺序对捕获的数据包进行处理。

本巷道无线监控系统中，通过预置单元30指定的终端节点11还配置有外部通信接口，如GPRS通信模块等。终端节点11上的数据可以通过该外部通信接口实现巷道无线网络与外部网络(如企业网、Internet及企业网等)通信连接，实现远程监控。

在一具体的示例中，该巷道无线监控系统的实际应用于地铁隧道的开掘中。具体的，在工程运输车上安装终端节点与中继节点，巷道施工人员携带中继节点，天井终端节点配装GPRS通讯模块，可实现远程监控中心(如深圳数据中心等)的远程监控，可以对全国范围内的地铁建设巷道运行的动力机车、充电设备、配电设备的实时运行状态进行监控，保证巷道施工的可靠性及安全性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种巷道无线网络的组网方法，其中，巷道无线网络包括多个终端节点及与终端节点通信连接的中继节点，其特征在于，包括如下步骤：

中继节点动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点发送的数据包，其中，所述中继节点动态地遍历所有的固定频道步骤具体包括：所述中继节点根据防冲突算法动态地遍历所有的固定频道，所述防冲突算法具体为同一数据包根据时序重发N次，重发的时间间隔为：T_gap＝1ms+T_sub*f(random())，其中，T_gap为每次重发的时间间隔，T_sub为节点编号*时间，random()为随机数，f()为变换函数，其中，所述变换函数f()将随机数映射为0～3的随机自然数；以及根据预设的中继漫游表修改数据包中链表，具体为，依次记录多个数据包的捕获时间，并依据捕获时间顺序及预设的中继漫游表修改数据包中链表，以及根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点，以实现不同终端节点之间的数据交换。

2.根据权利要求1所述的巷道无线网络的组网方法，其特征在于，所述终端节点与中继节点之间采用ISM频段进行无线通讯，无线通讯的信号频率范围为2.4GHz-2.5GHz，信号发射功率为0dBm。

3.一种巷道无线网络，其特征在于，包括信号采集设备及与信号采集设备通信连接的中继设备；

所述中继设备包括多个中继节点，所述中继节点包括数据包捕获单元、与数据包捕获单元连接的链表修改单元以及与链表修改单元连接的数据包广播单元，所述数据包捕获单元用于动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点发送的数据包，其中，所述中继节点根据防冲突算法动态地遍历所有的固定频道，所述防冲突算法具体为同一数据包根据时序重发N次，重发的时间间隔为T_gap＝1ms+T_sub*f(random())，其中，T_gap为每次重发的时间间隔，T_sub为节点编号*时间，random()为随机数，f()为变换函数，其中，所述变换函数f()将随机数映射为0～3的随机自然数；所述链表修改单元用于根据预设的中继漫游表修改数据包中链表，具体为，依次记录多个数据包的捕获时间，并依据捕获时间顺序及预设的中继漫游表修改数据包中链表；所述数据包广播单元用于根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点，以实现不同终端节点之间的数据交换。

4.如权利要求3所述的巷道无线网络，其特征在于，所述巷道无线网络还包括时序记录单元，用于在数据包捕获数据包时，依次记录多个数据包的捕获时间。

5.一种巷道无线监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

选定一个或者数个终端节点作为目标节点；

中继节点动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点发送的数据包，其中，所述中继节点动态地遍历所有的固定频道步骤具体包括：所述中继节点根据防冲突算法动态地遍历所有的固定频道，所述防冲突算法具体为同一数据包根据时序重发N次，重发的时间间隔为：T_gap＝1ms+T_sub*f(random())，其中，T_gap为每次重发的时间间隔，T_sub为节点编号*时间，random()为随机数，f()为变换函数，其中，所述变换函数f()将随机数映射为0～3的随机自然数；以及根据预设的中继漫游表修改数据包中链表，具体为，依次记录多个数据包的捕获时间，并依据捕获时间顺序及预设的中继漫游表修改数据包中链表，以及根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点，以实现不同终端节点之间的数据交换，并通过目标节点将数据包发送至外网，实现远程监控。

6.根据权利要求5所述的巷道无线监控方法，其特征在于，所述根据预设的中继漫游表修改数据包中链表的步骤具体包括：依次记录多个数据包的捕获时间，并依据捕获时间顺序及预设的中继漫游表修改数据包中链表。

7.一种巷道无线监控系统，其特征在于，包括预置单元、与预置单元连接的信号采集设备以及与信号采集设备连接的中继设备；

所述信号采集设备包括多个终端节点，所述终端节点用于采集图像或视频数据，并通过固定频道向中继节点发送包含图像或视频数据的数据报；

所述中继设备包括多个中继节点，所述中继节点包括数据包捕获单元、与数据包捕获单元连接的链表修改单元以及与链表修改单元连接的数据包广播单元，所述数据包捕获单元用于动态地遍历所有的固定频道，并捕获各终端节点发送的数据包，其中，所述中继节点动态地遍历所有的固定频道步骤具体包括：所述中继节点根据防冲突算法动态地遍历所有的固定频道，所述防冲突算法具体为同一数据包根据时序重发N次，重发的时间间隔为：T_gap＝1ms+T_sub*f(random())，其中，T_gap为每次重发的时间间隔，T_sub为节点编号*时间，random()为随机数，f()为变换函数，其中，所述变换函数f()将随机数映射为0～3的随机自然数；所述链表修改单元用于根据预设的中继漫游表修改数据包中链表，具体为，依次记录多个数据包的捕获时间，并依据捕获时间顺序及预设的中继漫游表修改数据包中链表；所述数据包广播单元用于根据中继漫游表的轨迹将修改后的数据包调频到对应的固定频道并广播，使所述数据包转发至其他的终端节点，以实现不同终端节点之间的数据交换，并通过目标节点将数据包发送至外网，实现远程监控。

8.根据权利要求7所述的巷道无线监控系统，其特征在于，所述巷道无线监控系统还包括时序记录单元，用于在数据包捕获数据包时，依次记录多个数据包的捕获时间。