CN110475220A - 一种基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统，包括地面数据处理中心、井下数据传输中心、坑道数据节点、普通采集单元、特殊采集单元和手持无线终端，在电磁干扰严重的区域，可以通过光纤或者屏蔽双绞线进行连接坑道数据节点，或者增加无线中继节点的数量，来保证传输的稳定性，利用以太网和无线网混合组网，有利于提高网络传输效率和强壮性，保证网络传输流畅，由于设置有防护装置，可以让具体装置更适合井下作业的复杂情况，保证网络节点的可以顺利工作，手持无线终端可以人为不足传感器网络的不足，由于设置有红外高清摄像头，对井下情况有实时直观的了解，使监测系统更具体、更直接，本发明结构科学合理，使用安全方便。

Description

一种基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统
技术领域
本发明属于无线通信技术煤矿安全领域，具体涉及一种基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统。
背景技术
6LoWPAN是一种基于IPv6的低速无线个域网标准，即IPv6 over IEEE 802.15.4，6LoWPAN技术得到学术界和产业界的广泛关注，如美国加州大学伯克利分校(Berkely)、瑞典计算机科学院(Swedish Institute of Computer Science)，以及思科Cisco、霍尼韦尔Honeywell等知名企业，并推出相应的产品。6LoWPAN协议已经在许多开源软件上实现。最著名的是Contiki、Tinyos，分别实现了6LoWPAN的完整协议栈，并得到广泛测试和应用。
6LoWPAN具有很多优势：普及性（IP网络应用广泛，作为下一代互联网核心技术的IPv6，也在加速其普及的步伐，在低速无线个域网中使用IPv6更易于被接受）、 适用性（IP网络协议栈架构受到广泛的认可，低速无线个域网完全可以基于此架构进行简单、有效地开发）、更多地址空间（IPv6应用于低速无线个域网时，最大亮点就是庞大的地址空间。这恰恰满足了部署大规模、高密度低速无线个域网设备的需要）、支持无状态自动地址配置（IPv6中当节点启动时，可以自动读取MAC地址，并根据相关规则配置好所需的IPv6地址。这个特性对传感器网络来说，非常具有吸引力，因为在大多数情况下，不可能对传感器节点配置用户界面，节点必须具备自动配置功能）、易接入（低速无线个域网使用IPv6技术，更易于接入其他基于IP技术的网络及下一代互联网，使其可以充分利用IP网络的技术进行发展）以及易开发（基于IPv6的许多技术已比较成熟，并被广泛接受，针对低速无线个域网的特性对这些技术进行适当的精简和取舍，可以简化协议开发的过程）等优点。
在现实社会中，我国煤矿与世界各主要产煤国家比较，不仅地质构造比较复杂，而且点多面广，分布的地域广泛并且偏僻。无论是交通或者通讯情况，均处于劣势。
煤矿安全生产的安全监测监控系统的建设是建设重点之一，除被人们广泛关注和了解的瓦斯监控之外，还包括矿山顶板压力监测、井下煤炭运输系统监控、井下温度监控以及其他有害气体监控等，矿井监测系统是煤矿高产、高效、安全生产的重要保证。现有的矿井监测监控系统在保证煤矿安全生产、提高生产率和设备利用率等方面发挥了重要作用。
现有的基于物联网的无线网络监控系统（CN201120155087.1），采用全无线网络对井下电网电压不稳，电磁干扰比较强等实际情况考虑不足，网络稳定性不强，仅利用现有的传感器网络和只有单纯的传感器网络，没有进行视频信号的采集传输，传感器节点过多时，无线网络性能直线下降，网络性能不高，无线节点没有防护设计对井下复杂作业环境的考虑不足的问题，为此我们提出一种基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统，针对井下情况恶劣，电磁干扰严重的情况，采用以光纤为介质的以太网作为骨干网络，终端采集节点则根据情况使用无线组网或者有线网络，利用无线网和以太网混合网络来实现网络强壮性和稳定性，同时兼顾了无线网络传输的安装便利性，对传感器节点过多时，采用以太网组网来动态负荷平衡，保持网络传输的顺利和流畅，加强对数据采集节点的防护，增加对视频信号的采集，使地上处理中心对井下情况有个实时的直观了解，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统，包括地面数据处理中心、井下数据传输中心、坑道数据节点、无线中继节点、普通采集单元、特殊采集单元和手持无线终端，所述地面数据处理中心通过光纤连接有井下数据传输中心，所述井下数据传输中心通过光纤连接有坑道数据节点，所述普通采集单元包括压力监测装置、温度监测装置、空气质量监测装置、水质监测装置、粉尘监测装置、瓦斯监测装置、设备传感器监测装置、报警模块、无线通信模块、处理单元、防护装置A和供电模块，所述特殊采集单元包括压力监测装置、温度监测装置、空气质量监测装置、水质监测装置、粉尘监测装置、瓦斯监测装置、设备传感器监测装置、报警模块、处理单元、防护装置B、供电模块、以太网通信模块和视频采集装置。
进一步而言，所述手持无线终端为支持IPV6/6lowpan通信协议的无线终端。
进一步而言，所述坑道数据节点为支持IPV6/6lowpan通信协议的网络通信设备,且具备无线通信模块和以太网通信模块。
进一步而言，所述坑道数据节点之间的通信传输采用光纤为介质的数据传输。
进一步而言，所述坑道数据节点和特殊采集单元的传输采用光纤或者屏蔽双绞线为介质的数据传输。
进一步而言，所述视频采集装置安装有红外高清摄像头。
进一步而言，所述防护装置A、防护装置B均包括有防尘装置、防水装置、防暴装置和防震装置。
进一步而言，所述无线中继节点为支持IPV6/6lowpan通信协议的无线AP。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、由于设置有无线AP和特殊采集单元，在电磁干扰严重的区域，可以通过光纤或者屏蔽双绞线进行连接坑道数据节点，或者增加无线中继节点的数量，来保证传输的稳定性，利用以太网和无线网混合组网，有利于提高网络传输效率和强壮性，保证网络传输流畅，2、由于设置有红外高清摄像头，对井下情况有实时直观的了解，使监测系统更具体、更直接，3、由于设置有防护装置，可以让具体装置更适合井下作业的复杂情况，保证网络节点的可以顺利工作，4、由于设置有手持无线终端，可以采集单元的检测和维护，也可以对节点覆盖的范围之外，进行人工检测，数据可以实时传输到地面数据处理中心，增加监测网络的灵活性，本发明结构科学合理，使用安全方便。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明的网络系统分布示意图；其中，五边形代表特殊采集单元，圆形代表普通采集单元，六边形代表无线中继节点，长方形代表手持无线终端；
图2为本发明的普通采集单元的结构示意图；
图3为本发明的特殊采集单元的结构示意图；
图4为本发明的防护装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、图2、图3和图4，本发明提供一种技术方案：一种基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统，包括地面数据处理中心、井下数据传输中心、坑道数据节点、无线中继节点、普通采集单元、特殊采集单元和手持无线终端，地面数据处理中心通过光纤连接有井下数据传输中心，井下数据传输中心通过光纤连接有坑道数据节点，普通采集单元包括压力监测装置、温度监测装置、空气质量监测装置、水质监测装置、粉尘监测装置、瓦斯监测装置、设备传感器监测装置、报警模块、无线通信模块、处理单元、防护装置A和供电模块，特殊采集单元包括压力监测装置、温度监测装置、空气质量监测装置、水质监测装置、粉尘监测装置、瓦斯监测装置、设备传感器监测装置、报警模块、处理单元、防护装置B、供电模块、以太网通信模块和视频采集装置。
本实施例中，手持无线终端为支持IPV6/6lowpan通信协议的无线终端，可以采集单元的检测和维护，也可以对节点覆盖的范围之外，进行人工检测，数据可以实时传输到地面数据处理中心，增加监测网络的灵活性。
本实施例中，坑道数据节点为支持IPV6/6lowpan通信协议的网络通信设备,且具备无线通信模块和以太网通信模块，利用以太网和无线网混合组网，有利于提高网络传输效率和强壮性，保证网络传输流畅。
本实施例中，坑道数据节点之间的通信传输采用光纤为介质的数据传输。
本实施例中，坑道数据节点和特殊采集单元的传输采用光纤或者屏蔽双绞线为介质的数据传输，在电磁干扰严重的区域，可以保证传输的稳定性。
本实施例中，视频采集装置安装有红外高清摄像头，对井下情况有实时直观的了解，使监测系统更具体、更直接。
本实施例中，防护装置A、防护装置B均包括有防尘装置、防水装置、防暴装置和防震装置，可以让具体装置更适合井下作业的复杂情况，保证网络节点的可以顺利工作。
本实施例中，无线中继节点为支持IPV6/6lowpan通信协议的无线AP，有利于无线组网的灵活性，也可以增强无线网络抗干扰性能。
本发明的工作原理及使用流程：普通采集单元可以按采集周期采集数据，特殊采集单元保持随时在线监测，普通采集单元采用电池组供电，特殊采集单元采用电池组供电或者远程供电，采集单元采集监测装侧传输来的传感信号，并通过无线中继节点传输到坑道数据节点，或者直接传输到坑道数据节点，坑道数据节点通过光纤网络直接传输到地面数据处理中心，由于采用了6lowpan通信协议，地面数据处理中心可以很简单的对每个采集单元进行访问和控制，当采集单元采集的数据异常时，采集单元将以高优先级的形式及时将信号传输给地面数据处理中心，同时报警装置也将通过LED灯状态灯显示红色灯光和蜂鸣警报声，通知人员暂时撤离，待排除故障后再进场作业，当自身设备故障时，报警装置将通过LED状态等显示黄色灯光，以便维护人员在井下快速找到故障设备，通过特殊采集单元的视频采集装置，地面数据处理中心可以对整个矿区有实时直观的观测，可以发现除传感信号之外的异常，及时对异常情况进行处理。
以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更与修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统，包括地面数据处理中心、井下数据传输中心、坑道数据节点、无线中继节点、普通采集单元、特殊采集单元和手持无线终端，其特征在于：所述地面数据处理中心通过光纤连接有井下数据传输中心，所述井下数据传输中心通过光纤连接有坑道数据节点，所述普通采集单元包括压力监测装置、温度监测装置、空气质量监测装置、水质监测装置、粉尘监测装置、瓦斯监测装置、设备传感器监测装置、报警模块、无线通信模块、处理单元、防护装置A和供电模块，所述特殊采集单元包括压力监测装置、温度监测装置、空气质量监测装置、水质监测装置、粉尘监测装置、瓦斯监测装置、设备传感器监测装置、报警模块、处理单元、防护装置B、供电模块、以太网通信模块和视频采集装置。
2.根据权利要求1所述的基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统，其特征在于：所述手持无线终端为支持IPV6/6lowpan通信协议的无线终端。
3.根据权利要求1所述的基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统，其特征在于：所述坑道数据节点为支持IPV6/6lowpan通信协议的网络通信设备,且具备无线通信模块和以太网通信模块。
4.根据权利要求1所述的基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统，其特征在于：所述坑道数据节点之间的通信传输采用光纤为介质的数据传输。
5.根据权利要求1所述的基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统，其特征在于：所述坑道数据节点和特殊采集单元的传输采用光纤或者屏蔽双绞线为介质的数据传输。
6.根据权利要求1所述的基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统，其特征在于：所述视频采集装置安装有红外高清摄像头。
7.根据权利要求1所述的基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统，其特征在于：所述防护装置A、防护装置B均包括有防尘装置、防水装置、防暴装置和防震装置。
8.根据权利要求1所述的基于6lowpan通信协议的井下监测网络系统，其特征在于：所述无线中继节点为支持IPV6/6lowpan通信协议的无线AP。
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