CN107071819A - 一种矿井下数据传输的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种矿井下数据传输的方法和系统，方法包括：第一终端检测至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度；所述第一终端选择信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的所述无线接入端接入；所述无线接入端接收所述第一终端发送的数据并发送给所述第一终端指定的至少一个第二终端。本发明解决了现有技术中通信电缆或光缆被折断或挂断导致实时监控和远程操控失败的问题，本发明使在矿井下这种复杂的环境里，地面的控制台和矿井内能够进行无线通信，矿井内部也能够进行无线通信，从而提高了工作效率和提高了生产中的安全性，使远程操控更加可靠。

Description

一种矿井下数据传输的方法和系统
技术领域
本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种矿井下数据传输的方法和系统。
背景技术
当前煤炭行业已经部分实现了生产自动化和信息化，通过电缆或光缆将地面控制台与综采设备电控箱连接起来，实现实时监控和远程操控。
但是煤矿井下环境复杂，煤炭在开采和运输过程中，经常发生通信电缆或光缆被折断或挂断的事故，直接导致实时监控和远程操控失败，严重影响企业的安全生产和生产计划。
发明内容
基于以上问题，本发明提出一种矿井下数据传输的方法和系统，解决了现有技术中通信电缆或光缆被折断或挂断导致实时监控和远程操控失败的问题，本发明使在矿井下这种复杂的环境里，地面的控制台和矿井内能够进行无线通信，矿井内部也能够进行无线通信，从而提高了工作效率和提高了生产中的安全性，使远程操控更加可靠。
一方面，本发明提出一种矿井下数据传输的方法，包括：
第一终端检测至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度；
所述第一终端选择信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的所述无线接入端接入；
所述无线接入端接收所述第一终端发送的数据并发送给所述第一终端指定的至少一个第二终端。
此外，所述无线接入端采用小波瓣宽度定向天线广播无线信号，波瓣宽度为无线信号辐射时形成的扇面所张开的角度。
此外，所述小波瓣宽度定向天线为采用802.11n协议中的MIMO技术的天线。
此外，所述信号增益强度的计算公式为：
其中，Ga为信号增益强度，β为水平波瓣宽度，θ为垂直波瓣宽度。
此外，在所述第一终端检测至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度之前，所述方法还包括：
在所述第一终端设置所述预设强度阈值。
此外，所述方法还包括：当所述第一终端检测到信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的所述无线接入端时，若所述第一终端当前的连接方式为有线连接，则将连接方式切换为无线连接。
另一方面，本发明提出一种矿井下数据传输的系统，包括：
检测模块，用于第一终端检测至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度；
接入模块，用于所述第一终端选择信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的所述无线接入端接入；
传输模块，用于所述无线接入端接收所述第一终端发送的数据并发送给所述第一终端指定的至少一个第二终端。
此外，所述无线接入端采用小波瓣宽度定向天线广播无线信号，波瓣宽度为无线信号辐射时形成的扇面所张开的角度。
此外，所述小波瓣宽度定向天线为采用802.11n协议中的MIMO技术的天线。
此外，所述信号增益强度的计算公式为：
其中，Ga为信号增益强度，β为水平波瓣宽度，θ为垂直波瓣宽度。
此外，所述系统还包括设置模块，用于：在所述第一终端检测至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度之前，在所述第一终端设置所述预设强度阈值。
此外，所述系统还包括切换连接方式模块，用于：当所述第一终端检测到信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的所述无线接入端时，若所述第一终端当前的连接方式为有线连接，则将连接方式切换为无线连接。
通过采用上述技术方案，具有如下有益效果：
本发明解决了现有技术中通信电缆或光缆被折断或挂断导致实时监控和远程操控失败的问题，本发明使在矿井下这种复杂的环境里，地面的控制台和矿井内能够进行无线通信，矿井内部也能够进行无线通信，从而提高了工作效率和提高了生产中的安全性，使远程操控更加可靠。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的矿井下数据传输的方法的流程图；
图2是根据本发明另一个实施例的矿井下数据传输的方法的流程图；
图3是根据本发明另一个实施例的矿井下数据传输时MIMO的工作原理的示意图；
图4是根据本发明另一个实施例的矿井下数据传输时水平波瓣宽度的示意图；
图5是根据本发明另一个实施例的矿井下数据传输时垂直波瓣宽度的示意图；
图6是根据本发明另一个实施例的矿井下数据传输时切换连接的示意图；
图7是根据本发明另一个实施例的矿井下数据传输的装置的系统。
具体实施方式
以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述。其只意在详细阐述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。
参照图1，本发明实施例提出一种矿井下数据传输的方法，包括：
步骤S001，第一终端检测至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度；
步骤S002，第一终端选择信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的无线接入端接入；
步骤S003，无线接入端接收第一终端发送的数据并发送给第一终端指定的至少一个第二终端。
现有技术中，由于在矿井下用于通信的电缆和光缆容易被折断或挂断，所以本发明采用无线通信的方式。
本发明在矿井下设置有无线接入端(AP：Wireless Access Point)，当终端尤其无线终端(CPE:Wireless Customer Premise Equipment)之间通信时，需要通过无线接入端帮助无线终端间实现通信。
当第一终端需要与其它终端进行通信时，首先检测无线接入端的无线信号的信号增益强度，若没有检测到无线信号，则当前无法使用无线方式与其它终端进行通信，可选地，若终端具有有线方式与其它终端通信的功能，则可以继续采用当前的有线方式与其它终端进行通信。
若检测到无线信号，则比较至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度，选择信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的无线接入端接入，根据矿井下空间的大小，会设置一个以上的无线接入端，信号增益强度更大的无线接入端能够提供更好的通信质量，当第一终端接入无线接入端后，二者之间建立了无线连接，无线接入端接收第一终端发送的数据，并根据数据中指定的第二终端，将数据发送给第二终端。
本发明实施例解决了现有技术中通信电缆或光缆被折断或挂断导致实时监控和远程操控失败的问题，本发明实施例使在矿井下这种复杂的环境里，地面的控制台和矿井内能够进行无线通信，矿井内部也能够进行无线通信，从而提高了工作效率和提高了生产中的安全性，使远程操控更加可靠。
参照图2，本发明实施例提出一种矿井下数据传输的方法，包括：
步骤S201，无线接入端采用小波瓣宽度定向天线广播无线信号，波瓣宽度为无线信号辐射时形成的扇面所张开的角度。
比无线信号最大辐射方向上的功率下降3dB的两个方向之间的夹角为波瓣宽度。在水平面和垂直面各有一个波瓣宽度，水平面的波瓣宽度影响天线的覆盖范围，而垂直面的波瓣宽度影响天线的覆盖距离。
当采用大波瓣宽度定向天线广播无线信号时，无线信号的信号增益强度小，所以导致其覆盖距离短。由于矿井下大部分区域都是巷道，巷道中又使用大量的金属液压支架进行支撑加固，金属会对电磁波产生屏蔽作用，所以如果采用大波瓣宽度定向天线，实际上只有一部分无线信号能够透过金属传输，很大部分的无线信号被金属液压支架屏蔽，使得无线信号的覆盖范围和覆盖距离又进一步变小。
所以，本发明实施例中无线接入端采用小波瓣宽度定向天线广播无线信号，根据矿井下实际生产环境以及巷道的特点设置小波瓣宽度定向天线，选择合适的小波瓣宽度定向天线可以有效的避开金属液压支架对无线信号的吸收和反射作用，保证了无线接入端广播的无线信号的质量和覆盖距离，同时也能减少对无线接入端数量的需求，节省了投入成本。
可选地，小波瓣宽度定向天线为采用802.11n协议中的MIMO技术的天线。802.11n标准于2009年发布，其最大理论传输速率为300Mbps,理论传输距离可达300米，在矿井下环境中，采用小波瓣宽度定向天线使得实际传输距离不小于300米。
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。
参照图3，说明MIMO的工作原理：发射端为TX1和TX2，接收端为RX1和RX2，TX1发射的信号被RX1和RX2同时接收，TX2发射的信号也被RX1和RX2同时接收，相当于形成了4条数据传输链路，分别包括h11、h12、h13和h14。
h11：表示TX1与RX1形成的数据传输链路；
h12：表示TX1与RX2形成的数据传输链路；
h21：表示TX2与RX1形成的数据传输链路；
h22：表示TX2与RX2形成的数据传输链路。
在没有增加带宽和发射功率的情况下，MIMO多天线技术成倍的提高了通信系统的传输容量和频谱利用率，保证了无线链路的数据传输带宽。
步骤S202，在第一终端设置预设强度阈值。通过在第一终端设置预设强度阈值使第一终端能够对检测到的无线接入端的无线信号的信号增益强度进行判断，从而选择是否接入。
步骤S203，第一终端检测至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度。
可选地，信号增益强度的计算公式为：
其中，Ga为信号增益强度，β为水平波瓣宽度，θ为垂直波瓣宽度。
在天线的信号增益强度不变的情况下，当水平波瓣宽度变小，垂直波瓣宽度必然变大。参照图4和图5所示，β为65度，θ为13度。
当天线具有相同的信号增益强度的情况下，选择波瓣宽度较小的天线，如采用信号增益强度为13dBm的天线，单位dBm表示相对于1毫瓦的分贝数。
步骤S204，第一终端选择信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的无线接入端接入。
如果采用不支持漫游切换功能的终端时，当终端在无线信号覆盖区域内移动时，终端远离正在连接的无线接入端的过程中，终端检测到的信号增益强度会越来越小，当信号增益强度小于预设强度阈值时，终端与无限接入端之间组成的无线链路带宽会随之变小、传输时延会随之增高、传输的数据误码率也会持续增高和整个无线链路也会变得不稳定。
所以，如果使用不支持漫游切换功能的终端，终端自己无法切换连接到覆盖区域内信号增益强度更强的无线接入端，除非当前终端与无线接入端组成的无线链路断开后才能进行切换，这就导致在无线信号的覆盖区域内，会出现地面控制台通过传输链路下发的控制指令无法传输到被操控设备，同样综采设备电控箱也会无法将采煤机的实时作业数据上传到地面控制台。
本发明实施例采用支持漫游切换功能的终端，使第一终端能够随时切换连接信号增益强度更高的无线接入端，保证无线通信的质量。
参照图6所示说明第一终端切换连接的过程。
步骤S101，设置预设强度阈值；
步骤S102，第一终端(无线CPE)在移动过程中检测第一个无线接入端(无线AP1)的信号增益强度；
步骤S103，第一终端(无线CPE)在移动过程中检测第二个无线接入端(无线AP2)的信号增益强度；
步骤S104，第一终端(无线CPE)比较两个无线接入端的信号增益强度，根据比较结果，连接信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的无线接入端。
可选地，当第一终端检测到信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的无线接入端时，若第一终端当前的连接方式为有线连接，则将连接方式切换为无线连接。
如果第一终端既支持有线连接又支持无线连接时，若第一终端检测到信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的无线接入端，则优先采用无线连接进行通信，以确保通信质量。
步骤S205，无线接入端接收第一终端发送的数据并发送给第一终端指定的至少一个第二终端。
本发明实施例使第一终端与无线接入端之间的无线链路传输带宽大、延时小和传输质量稳定。
主要表现在无线AP覆盖距离小、无线AP和无线CPE组成的无线链路传输带宽小、时延大，经常中断等。
参照图7，本发明实施例提出一种矿井下数据传输的系统，包括：
检测模块701，用于第一终端检测至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度；
接入模块702，用于所述第一终端选择信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的所述无线接入端接入；
传输模块703，用于所述无线接入端接收所述第一终端发送的数据并发送给所述第一终端指定的至少一个第二终端。
本发明实施例解决了现有技术中通信电缆或光缆被折断或挂断导致实时监控和远程操控失败的问题，本发明实施例使在矿井下这种复杂的环境里，地面的控制台和矿井内能够进行无线通信，矿井内部也能够进行无线通信，从而提高了工作效率和提高了生产中的安全性，使远程操控更加可靠。
在其中的一个实施例中，所述无线接入端采用小波瓣宽度定向天线广播无线信号，波瓣宽度为无线信号辐射时形成的扇面所张开的角度。
在其中的一个实施例中，所述小波瓣宽度定向天线为采用802.11n协议中的MIMO技术的天线。
在其中的一个实施例中，所述信号增益强度的计算公式为：
其中，Ga为信号增益强度，β为水平波瓣宽度，θ为垂直波瓣宽度。
在其中的一个实施例中，所述系统还包括设置模块，用于：在所述第一终端检测至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度之前，在所述第一终端设置所述预设强度阈值。
在其中的一个实施例中，所述系统还包括切换连接方式模块，用于：当所述第一终端检测到信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的所述无线接入端时，若所述第一终端当前的连接方式为有线连接，则将连接方式切换为无线连接。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种矿井下数据传输的方法，其特征在于，包括：
第一终端检测至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度；
所述第一终端选择信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的所述无线接入端接入；
所述无线接入端接收所述第一终端发送的数据并发送给所述第一终端指定的至少一个第二终端。
2.根据权利要求1所述的矿井下数据传输的方法，其特征在于，
所述无线接入端采用小波瓣宽度定向天线广播无线信号，波瓣宽度为无线信号辐射时形成的扇面所张开的角度。
3.根据权利要求2所述的矿井下数据传输的方法，其特征在于，
所述小波瓣宽度定向天线为采用802.11n协议中的MIMO技术的天线。
4.根据权利要求1所述的矿井下数据传输的方法，其特征在于，
所述信号增益强度的计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>&amp;ap;</mo> <mn>10</mn> <mi>lg</mi> <mfrac> <mn>32400</mn> <mrow> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，Ga为信号增益强度，β为水平波瓣宽度，θ为垂直波瓣宽度。
5.根据权利要求1所述的矿井下数据传输的方法，其特征在于，
在所述第一终端检测至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度之前，所述方法还包括：
在所述第一终端设置所述预设强度阈值。
6.根据权利要求1至5任一项所述的矿井下数据传输的方法，其特征在于，
所述方法还包括：当所述第一终端检测到信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的所述无线接入端时，若所述第一终端当前的连接方式为有线连接，则将连接方式切换为无线连接。
7.一种矿井下数据传输的系统，其特征在于，包括：
检测模块，用于第一终端检测至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度；
接入模块，用于所述第一终端选择信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的所述无线接入端接入；
传输模块，用于所述无线接入端接收所述第一终端发送的数据并发送给所述第一终端指定的至少一个第二终端。
8.根据权利要求7所述的矿井下数据传输的系统，其特征在于，
所述无线接入端采用小波瓣宽度定向天线广播无线信号，波瓣宽度为无线信号辐射时形成的扇面所张开的角度。
9.根据权利要求8所述的矿井下数据传输的系统，其特征在于，
所述小波瓣宽度定向天线为采用802.11n协议中的MIMO技术的天线。
10.根据权利要求7所述的矿井下数据传输的系统，其特征在于，
所述信号增益强度的计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>&amp;ap;</mo> <mn>10</mn> <mi>lg</mi> <mfrac> <mn>32400</mn> <mrow> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow> 1
其中，Ga为信号增益强度，β为水平波瓣宽度，θ为垂直波瓣宽度。
11.根据权利要求7所述的矿井下数据传输的系统，其特征在于，
所述系统还包括设置模块，用于：在所述第一终端检测至少一个无线接入端的无线信号的信号增益强度之前，在所述第一终端设置所述预设强度阈值。
12.根据权利要求7至11任一项所述的矿井下数据传输的系统，其特征在于，
所述系统还包括切换连接方式模块，用于：当所述第一终端检测到信号增益强度最大且信号增益强度大于预设强度阈值的所述无线接入端时，若所述第一终端当前的连接方式为有线连接，则将连接方式切换为无线连接。
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