CN108924776A - 一种消防监控通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种消防监控通信系统，包括：监控指挥中心；无线自组单元，所述无线自组单元与所述监控指挥中心通信，多个所述无线自组单元之间通过按需平面距离矢量路由协议相互通信；手持便携通信单元，所述手持便携通信单元与所述无线自组单元及所述监控指挥中心通信，多个所述手持便携通信单元之间通信。与现有技术相比，本发明消防监控通信系统具有以下优点：可以通过无线形成自组织的网络。当由于灾害导致部分网元失效，通过自组织自修复的路由算法保持网络畅通，同时允许新的网元插入网络和其他网元形成自组织的通信网络。本系统高效、冗余、可靠性高且便于集中维护，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

Description

一种消防监控通信系统

技术领域

本发明涉及电学领域，尤其涉及消防监控通信技术，特别是一种基于自组网络的消防监控通信系统。

背景技术

随着网络技术的不断发展，物联网技术在消防中得到大量应用，消防监控及通信的物联网化、信息化得到普及。物联网技术解决了传统消防系统中采用有线网络存在的部署困难，施工周期长，位置容易和消防管线冲突等难题。但现有物联网覆盖受建筑结构影响很大，建筑物内很容易存在网络覆盖盲区，数据传输中断的问题时有发生。而火灾地震发生后出现的建筑结构破坏、障碍物阻挡、网络关键节点失效、电信运营商基站损坏等状况会严重破坏物联网的数据传输，导致消防监控系统效能下降，使得监控中心和救援指挥中心很难及时了解现场状况并对问题做出相应指挥，给开展现场救援工作带来极大困难，很可能造成处理最佳时间的延误。同时现有物联网的低传输距离、低功耗、低速率的特点使其难以承载高清消防监控摄像以及救灾人员手持移动多媒体系统的接入来实时采集和传输灾难现场的音视频等多媒体信息。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种解决上述技术问题的消防监控通信系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种消防监控通信系统，包括：监控指挥中心；无线自组单元，所述无线自组单元与所述监控指挥中心通信，多个所述无线自组单元之间通过按需平面距离矢量路由协议相互通信；手持便携通信单元，所述手持便携通信单元与所述无线自组单元及所述监控指挥中心通信，多个所述手持便携通信单元之间通信；其中所述无线自组单元包括相互通信的无线自组网元及传感器组件；多个所述无线自组网元之间通过按需平面距离矢量路由协议相互通信，所述无线自组网元与所述监控指挥中心通信，所述手持便携通信单元与所述无线自组网元通信。

所述无线自组网元包括：无线自组CPU处理模块；摄像头接口模块及消防传感器接口模块，所述传感器组件通过所述摄像头接口模块及所述消防传感器接口模块与所述无线自组CPU处理模块通信；无线自组高低频无线通信模块，所述无线自组高低频无线通信模块与所述无线自组CPU处理模块通信；网络通信模块，所述网络通信模块与所述无线自组CPU处理模块通信；无线自组电源管理模块，所述无线自组电源管理模块与所述无线自组CPU处理模块通信。

所述摄像头接口模块及所述消防传感器接口模块通过CAN总线模块与所述无线自组CPU处理模块通信。

所述CAN总线模块为多主竞争式总线结构。

所述网络通信模块为以太网/Wi-Fi/蓝牙处理模块。

所述无线自组电源管理模块通过无线自组输入/输出模块与所述无线自组CPU处理模块通信。

所述手持便携通信单元包括：手持便携CPU处理模块；摄像头，所述摄像头与手持便携CPU处理模块通信；拾音传感器及扬声器，所述拾音传感器及所述扬声器与所述手持便携CPU处理模块通信；手持便携高低频无线通信模块，所述手持便携高低频无线通信模块与所述手持便携CPU处理模块通信；手持便携电源管理模块，所述手持便携电源管理模块与所述手持便携CPU处理模块通信。

所述拾音传感器及所述扬声器分别通过前置放大器及音频放大器与所述手持便携CPU处理模块通信；

所述前置放大器及所述音频放大器通过数字语音处理模块与所述手持便携CPU处理模块通信。

所述手持便携电源管理模块通过手持便携输入/输出模块与所述手持便携CPU处理模块通信。

与现有技术相比，本发明消防监控通信系统具有以下优点：可以通过无线形成自组织的网络。当由于灾害导致部分网元失效，通过自组织自修复的路由算法保持网络畅通，同时允许新的网元插入网络和其他网元形成自组织的通信网络。本系统高效、冗余、可靠性高且便于集中维护，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明消防监控通信系统原理框图；

图2为本发明消防监控通信系统无线自组单元通信原理图；

图3为本发明消防监控通信系统无线自组网元原理框图；

图4为本发明消防监控通信系统手持便携通信单元原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。

采用双通道设计，其中低频采用335Mhz～345Mhz频段，米级波长具备良好的绕射能力，高频采用1428～1448Mhz频段，适合于远距离视距传输。该系统拥有自组网能力，使构成的网状网络可以变形、折叠、重构，以配合使用者机动组网，同时系统网络还具有的自愈合能力，即使某个网络节点无法正常工作，也不会影响整个网络的数据传输。该系统属于无中心自组网网络架构设计，本系统具有自动配置能力，当网络节点启动后，该节点内的各模块互相自动发现并且自动确定各自的工作模式、智能扫描信道等功能，无需进行每个设备的手工配置。系统内网元采用AODV网络的距离矢量路由算法。当网络中一个或者多个新加入的节点时，系统也可以自动发现新节点。无线网络连接建立后形成无中心自组网结构，每个网络节点以一定的时间间隔不断的执行决策算法。每个节点具有的分布式智能以信号强度和网络性能为指标，在多条无线链路中选取最优路径路由流量，并且不断动态调整数据路径，限制了广播并且消除了瓶颈。这保证了任何由于网络单元被增加或是移除导致的网络拓扑变化都可以立即被检测到并进行相关的措施，保证网络是处于最优的性能和运行状态。这样，网络具备了性能自我调节和链路自动修复两个自组网特性。同时通过端口捆绑技术，增加传输带宽支持复杂环境下的部署。系统预留了以太网口、串口、WIFI等通信接口，便于接入已有或将来可能需要接入的上连通信设备（有线交换机、4G路由器、卫星通信设备等）和下连终端设备（消防传感器、摄像机、无线手持终端，便携电脑等），另一方面，还为系统规模的扩展留有充分的余地。

如图1～图4所示，本发明一方面分别提供基于自组网络的无线自组单元1（包括无线自组网元3和传感器组件4）和手持便携通信单元2，另一方面对无线自组网按需平面距离矢量路由协议（Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing，AODV）进行优化创新。结合形成了基于自组网络的智能消防监控通信系统。智能消防监控通信系统包括无线自组单元1，手持便携通信单元2和路由软件算法（Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing，AODV）。多个无线自组网元3和手持便携通信网元通过路由软件算法，使用高低频无线构成了一个自动组合的通信网络。

无线自组网元3如图3所示包含：摄像头接口模块，提供串口，并口，USB，IEEE1394，以太网接口，用于和监控摄像头互联，为摄像头提供接口适配。消防传感器接口模块，提供双绞线，BNC，航空插口等符合消防安全标准的接口，用于和消防传感器互联，为传感器提供接口适配。CAN（Controller Area Network）总线模块采用了ISO国际标准化的串行通信协议，CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。使用CAN总线的数据通信没有主从之分，靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序。当接入单个网元的多个传感器同时发起通信时，优先级低的避让优先级高的，不会对总线通信造成拥塞，CAN总线模块接收摄像头和消防传感器的数字信号并将其转换为成帧的通信数据然后发送给无线自组CPU处理模块进行处理。无线自组高低频无线通信模块采用总线接口与无线自组CPU处理模块连接；采用TNC接口并通过馈线连接外置天线，将从无线自组CPU处理模块接收的通信数据进行无线调制然后功率放大，最后通过天线将无线信号发出，从天线接收的无线信号经过解调后转换成通信数据发送给无线自组CPU处理模块进行处理。无线自组高低频无线通信模块工作频率包括335Mhz～345Mhz，1428Mhz～1448Mhz两个不同频率，支持Ad Hoc工作模式。无线自组输入/输出模块，用于接收使用者的操作命令，并转换成数字信号传递给无线自组CPU处理模块进行，同时无线自组输入/输出模块接收无线自组CPU处理模块数据用于显示设备运行状态；无线自组输入/输出模块包含电源开关用于启动电源模块向其他模块进行供电。以太网/Wi-Fi/蓝牙处理模块包含以太网、Wi-Fi、蓝牙接口用于提供外联接口，可以接入移动终端，平台，便携电脑；可以让上述终端在无线自组网络上进行应急通信。无线自组电源管理模块接收无线自组输入/输出模块的控制，启动或者关闭；当无线自组电源管理模块启动后向系统内所有模块供电，当外部电源意外中断由无线自组电源管理模块内的锂电池向系统内模块供电。无线自组CPU处理模块包含CPU，存储卡，软件操作系统组件；当电源模块启动向无线自组CPU处理模块供电后，无线自组CPU处理模块从存储卡加载软件操作系统。软件操作系统加载完毕后会和摄像头接口模块，CAN总线模块，无线自组无线高低频模块，无线自组输出/输出模块，以太网/Wi-Fi/蓝牙处理模块进行通信和控制；并通过无线自组无线高低频模块和其他无线自组网元3构成了自组的智能消防监控通信系统。无线自组网元3可以形成自组织的智能消防监控通信系统，可以在系统内以IP数据形式传输视频监控，各种消防传感和监控数据到监控指挥中心5，接收监控指挥中心5控制实现对系统内各消防单元的控制，同时允许加入各种移动终端传输数据和语音。

手持便携通信单元2如图4所示，包含：拾音传感器，前置放大器，扬声器，音频放大器，数字语音处理模块，摄像头，手持便携高低频无线模块，手持便携CPU处理模块，手持便携输入/输出模块，手持便携电源管理模块。拾音传感器将现场声音拾取并转化为模拟电信号。前置放大器用于放大拾音传感器的模拟电信号，前置放大器具有较高的电压增益，可以将小信号放大到标准电平上。数字语音处理模块由模拟/数字AD转换器、数字/模拟DA转换器和总线接口组成，数字语音处理模块接收前置放大器的电信号并将模拟信号转换为数字信号，然后通过总线接口发送给手持便携CPU处理模块。数字语音处理模块也通过总线接口接收手持便携CPU处理模块发出的数字语音信号，并将数字语音信号转化为模拟语音信号后传送给音频放大器。音频放大器接收数字语音处理模块的模拟语音进行功率放大，驱动扬声器。手持便携通信网元单位其他模块和无线自组网元3相同，这里不再赘述。实现手持便携通信单元2和监控指挥中心5，以及其他手持便携通信单元2之间的语音通信。

无线自组网元3连接建立后形成无中心自组网结构，每个网络节点以一定的时间间隔不断的执行决策算法。每个节点具有的分布式智能以信号强度和网络性能为指标，在多条无线链路中选取最优路径路由流量，并且不断动态调整数据路径，限制了广播并且消除了瓶颈。这保证了任何由于网络单元被增加或是移除导致的网络拓扑变化都可以立即被检测到并进行相关的措施，保证网络总是处于最优的性能和运行状态。这样，网络具备了性能自我调节和链路自动修复两个自组网特性。在故障发生前，自组网节点保持主链路、备选链路的信息，并且不断的动态的更新链路信息列表；当网络中的某一点由于供电、损毁等原因出现故障，其他周边设备会迅速的在备选链路表中，选取具有最优参数的备选链路作为主链路；本系统的路由算法提供迅速的链路修复，在毫秒级别即完成主备链路的切换，整个过程对于网络中的最终用户都是透明的，不会造成用户的数据、语音或视频等应用的中断。

当部署了基于自组网络的智能消防监控系统的楼宇发生火警等灾害，消防抢险人员可以携带手持便携通信网元进入现场。手持便携网元与楼内的无线自组网元3、建立起一个区域的临时无线局域网络，当手持便携通信网元附近没有无线自组网元3时，多个手持便携通信单元2之间通过高低频无线能自组形成一个临时无线局域网络。实现实时音频和视频交互及数据传输，将实时的现场视频信息快速传输到应急指挥中枢和指挥通信车，使得指挥人员能实时感知现场状态增加了紧急情况下的快速反应和控制危机能力。此系统解决了传统通信系统架设的复杂局面，能快速形成应急指挥系统。让数据和视频可通过任一网元的无线链路传至指挥中心，让指挥调度功能不受中心与相对区域的约束。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种消防监控通信系统，包括监控指挥中心，其特征在于，还包括：

两个以上数目的无线自组单元，所述无线自组单元均与所述监控指挥中心通信，无线自组单元之间通过按需平面距离矢量路由协议相互通信；

两个以上数目的手持便携通信单元，所述手持便携通信单元与无线自组单元及所述监控指挥中心通信，所述手持便携通信单元之间相互通信；其中

所述无线自组单元包括相互通信的无线自组网元及传感器组件；

所述无线自组网元之间通过按需平面距离矢量路由协议相互通信，所述无线自组网元与所述监控指挥中心通信，所述手持便携通信单元与所述无线自组网元通信。

2.根据权利要求1所述的消防监控通信系统，其特征在于，所述无线自组网元包括：

无线自组CPU处理模块；

摄像头接口模块及消防传感器接口模块，所述传感器组件通过所述摄像头接口模块及所述消防传感器接口模块与所述无线自组CPU处理模块通信；

无线自组高低频无线通信模块，所述无线自组高低频无线通信模块与所述无线自组CPU处理模块通信；

网络通信模块，所述网络通信模块与所述无线自组CPU处理模块通信；

无线自组电源管理模块，所述无线自组电源管理模块与所述无线自组CPU处理模块通信。

3.根据权利要求2所述的消防监控通信系统，其特征在于，所述摄像头接口模块及所述消防传感器接口模块通过CAN总线模块与所述无线自组CPU处理模块通信。

4.根据权利要求3所述的消防监控通信系统，其特征在于，所述CAN总线模块为多主竞争式总线结构。

5.根据权利要求2所述的消防监控通信系统，其特征在于，所述网络通信模块为以太网/Wi-Fi/蓝牙处理模块。

6.根据权利要求2所述的消防监控通信系统，其特征在于，所述无线自组电源管理模块通过无线自组输入/输出模块与所述无线自组CPU处理模块通信。

7.根据权利要求1所述的消防监控通信系统，其特征在于，所述手持便携通信单元包括：

手持便携CPU处理模块；

摄像头，所述摄像头与手持便携CPU处理模块通信；

拾音传感器及扬声器，所述拾音传感器及所述扬声器与所述手持便携CPU处理模块通信；

手持便携高低频无线通信模块，所述手持便携高低频无线通信模块与所述手持便携CPU处理模块通信；

手持便携电源管理模块，所述手持便携电源管理模块与所述手持便携CPU处理模块通信。

8.根据权利要求7所述的消防监控通信系统，其特征在于，所述拾音传感器及所述扬声器分别通过前置放大器及音频放大器与所述手持便携CPU处理模块通信。

9.根据权利要求8所述的消防监控通信系统，其特征在于，所述前置放大器及所述音频放大器通过数字语音处理模块与所述手持便携CPU处理模块通信。

10.根据权利要求7所述的消防监控通信系统，其特征在于，所述手持便携电源管理模块通过手持便携输入/输出模块与所述手持便携CPU处理模块通信。