CN113014467B - 一种煤矿工作面支架群数据传输网络 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种煤矿工作面支架群数据传输网络，该网络包括：支架和交换机；其中，所述交换机包括第一交换机和第二交换机；每个所述支架处配置一台所述第一交换机，且每个所述支架上布设有数据采集组件，所述数据采集组件采用星型连接的方式，分别与对应的所述第一交换机独立连接；多个所述支架构成一个子区域，每个所述子区域内配置一台所述第二交换机，每个所述第二交换机与所辖所述子区域内的多个所述第一交换机采用环形连接的方式；所述第一交换机，用于与所述数据采集组件进行双向通信；所述第二交换机，用于与所述第一交换机进行双向通信，能够在减少了数据传输网络现场布线数量、降低了成本的同时，保证了数据的稳定、高效传输。

Description

一种煤矿工作面支架群数据传输网络

技术领域

本申请涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种煤矿工作面支架群数据传输网络。

背景技术

煤炭是我国的主体能源，在推动全国工业发展和国民经济进步等方面发挥了重要作用。在煤矿综采工作面中，大量支架排成一排起到支护的作用，从而创造了安全的工作空间。随着煤矿井下工作面综采技术智能化的发展，支架被赋予了更多的功能。特别地，支架上通常需要承载多种用于采集数据的采集装置，采集装置还需要向服务器等主控平台及邻架进行通信，以便实现智能化的管控。

然而由于支架数量众多，数据传输量大，但支架处空间却十分有限，这样一来，相关技术中的支架群布置方式往往会导致数据传输过程中的成本高、实时性无法保证，效率和可靠性差的技术问题。

因此，如何在针对支架群的数据传输过程中，降低成本，确保实时性并提高效率和可靠性，成为了亟待解决的问题。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种煤矿工作面支架群数据传输网络，用于解决现有技术中存在的成本高、实时性无法保证，效率和可靠性差的技术问题。

为了实现上述目的，本申请第一方面实施例提供了一种煤矿工作面支架群数据传输网络，该网络包括：支架和交换机；其中，所述交换机包括第一交换机和第二交换机；每个所述支架处配置一台所述第一交换机，且每个所述支架上布设有数据采集组件，所述数据采集组件采用星型连接的方式，分别与对应的所述第一交换机独立连接；多个所述支架构成一个子区域，每个所述子区域内配置一台所述第二交换机，每个所述第二交换机与所辖所述子区域内的多个所述第一交换机采用环形连接的方式；所述第一交换机，用于与所述数据采集组件进行双向通信；所述第二交换机，用于与所述第一交换机进行双向通信。

另外，根据本申请上述实施例的煤矿工作面支架群数据传输网络还可以具有如下附加的技术特征：

根据本申请的一个实施例，还包括：处理组件；其中，每个所述支架上布设有所述处理组件，所述处理组件用于接收并处理所述数据采集组件发送的待处理四级数据，并将处理后的四级数据发送至所述第一交换机；所述第一交换机，还用于：接收所述处理组件发送的所述四级数据，并发送至对应的所述第二交换机。

根据本申请的一个实施例，所述第一交换机，还用于与相邻的任一所述第一交换机进行通信，以进行与相邻的所述第一交换机间的三级数据的传输；所述第二交换机，还用于与处于同一所述子区域内的任一所述第一交换机进行通信，以进行与所述第一交换机间的二级数据的传输。

根据本申请的一个实施例，全部所述第二交换机与服务器构成环形连接结构；所述第二交换机，还用于与所述服务器进行双向通信，以进行与所述服务器间的一级数据的传输。

根据本申请的一个实施例，所述第一交换机，还用于：接收所述第二交换机发送的所述数据采集组件的配置参数，并将所述配置参数发送至对应的所述数据采集组件。

根据本申请的一个实施例，所述数据采集组件为传感器、图像采集装置、广播装置和无线通信装置中的至少一个。

根据本申请的一个实施例，还包括：故障诊断组件；其中，所述故障诊断组件，用于判断任一所述第二交换机是否发生故障，并在判定任一所述第二交换机发生故障时生成故障提醒；所述第二交换机，还用于响应于相邻的其中一个所述第二交换机发生故障，则与相邻的另一个所述第二交换机进行通信。

根据本申请的一个实施例，还包括：地址管理组件；其中，所述地址管理组件，用于管理与当前所述第二交换机进行数据传输的目标第二交换机的地址。

根据本申请的一个实施例，还包括：数据传输组件；其中，所述数据传输组件，用于获取所述地址，并根据所述地址进行数据传输。

根据本申请的一个实施例，还包括：维护组件；其中，

所述维护组件，用于接收所述故障提醒，并根据所述故障提醒进行更新维护。

本申请第一方面实施例提供的煤矿工作面支架群数据传输网络，通过于每个支架处配置一台第一交换机，且每个支架上布设有数据采集组件，数据采集组件采用星型连接的方式，分别与对应的第一交换机独立连接，且多个支架构成一个子区域，每个子区域内配置一台第二交换机，每个第二交换机与所辖子区域内的多个第一交换机采用环形连接的方式，以实现第一交换机与数据采集组件的双向通信，以及第二交换机与第一交换机的双向通信，能够在减少了数据传输网络现场布线数量、降低了成本的同时，保证了数据的稳定、高效传输。

附图说明

图1为本申请一个实施例公开的煤矿工作面支架群数据传输网络的结构示意图。

图2为本申请另一个实施例公开的煤矿工作面支架群数据传输网络的结构示意图。

图3为本申请另一个实施例公开的煤矿工作面支架群数据传输网络的结构示意图。

图4为本申请一个实施例公开的子区域的示意图。

图5为本申请另一个实施例公开的煤矿工作面支架群数据传输网络的结构示意图。

图6为本申请另一个实施例公开的煤矿工作面支架群数据传输网络的结构示意图。

图7为本申请一个实施例公开的第二交换机与服务器连接方式的示意图。

图8为本申请另一个实施例公开的煤矿工作面支架群数据传输网络的结构示意图。

图9为本申请另一个实施例公开的煤矿工作面支架群数据传输网络的结构示意图。

图10为本申请另一个实施例公开的煤矿工作面支架群数据传输网络的结构示意图。

图11为本申请另一个实施例公开的煤矿工作面支架群数据传输网络的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面参考附图描述本申请实施例的煤矿工作面支架群数据传输网络。

图1是本申请公开的一个实施例的煤矿工作面支架群数据传输网络的结构示意图。

如图1所示，该煤矿工作面支架群数据传输网络1000，包括：支架100和交换机200。

其中，如图2所示，交换机200，包括第一交换机210和第二交换机220。

本申请实施例中，每个支架100处配置一台第一交换机210，也就是说，单个支架100的数量与第一交换机210的数量一致。例如，支架群由100个支架100组成，此种情况下，第一交换机210的数量也为100个。

其中，如图3所示，每个支架100上布设有数据采集组件300，第一交换机210可以与数据采集组件300进行双向通信。可选地，第一交换机210可以接收数据采集组件300发送的采集数据；可选地，第一交换机210可以向数据采集组件300发送相关的配置参数。

其中，数据采集组件300，可以为传感器、图像采集装置、广播装置和无线通信装置中的至少一个。例如，数据采集组件300可以包括传感器、广播装置和无线通信装置；又例如，数据采集组件300可以包括传感器、图像采集装置、广播装置和无线通信装置。

需要说明的是，支架处所要进行数据传输的数据采集组件300采用星型连接的方式，即将各个数据采集组件300分别与第一交换机210独立连接。

举例而言，共有3个数据采集组件300，分别为数据采集组件300-1～300-3，以及3个第一交换机210，分别为第一交换机210-1～210-3，此种情况下，数据采集组件300-1可以直接接入其上属交换机，即第一交换机210-1；同样地，数据采集组件300-2可以直接接入其上属交换机，即第一交换机210-2；数据采集组件300-3可以直接接入其上属交换机，即第一交换机210-3。

这样一来，由于第一交换机和其所辖的数据采集组件全部位于单个支架处，距离较近，布线十分方便，故将其设计成控制、服务、数据传输最为直接的星型连接方式，减少了布线数量，节省了成本。

下面分别以数据采集组件300为传感器、图像采集装置、广播装置和无线通信装置为例，对第一交换机210可以与数据采集组件300进行双向通信的过程进行解释说明。

针对数据采集组件300为传感器，为了获取支架姿态、顶板压力以及红外探测数据等传感器数据，可以在在支架处配置对应的传感器。此种情况下，传感器可以将采集到的数据发送至第一交换机210，以上传至服务器等上级系统。进一步地，服务器等上级系统可以通过第一交换机210发送针对该传感器的配置参数，从而实现第一交换机210与传感器间的双向通信。

针对数据采集组件300为图像采集装置，为了能够实现实时监控，可以在支架处配置图像采集装置对本架、邻架、采煤机等的图像进行采集，以得到视频信息。此种情况下，图像采集装置可以将获取到的视频信息发送至第一交换机210，以上传至服务器等上级系统。进一步地，服务器等上级系统可以通过第一交换机210发送针对该图像采集装置的旋转方向和角度，以实现对图像采集装置的控制，从而实现第一交换机210与图像采集装置间的双向通信。

其中，本申请对于图像采集装置的具体选型不作限定，可以根据实际情况进行选取。例如，可以选择可旋转的摄像头或者全景摄像头，作为图像采集装置。

针对数据采集组件300为广播装置，为了进一步确保综采工作面的人员安全，并能够及时响应于存在异常状态，发出对应的警报提醒，可以在在支架处配置对应的广播装置。此种情况下，广播装置可以对各类报警信息进行实时的语音播报，并将播报情况通过发送至第一交换机210，以上传至服务器等上级系统。进一步地，服务器等上级系统可以通过第一交换机210发送针对该广播装置的播报信息，例如播报内容、次数等，从而实现第一交换机210与广播装置间的双向通信。

针对数据采集组件300为无线通信装置，为了便于井下作业的工作人员能够随时查看支架状态，可以在支架处配置对应的无线通信装置，以与井下工作人员的无线通信设备进行连接。此种情况下，无线通信装置可以将支架状态发送至第一交换机210，以上传至服务器等上级系统，并同时将支架状态反馈至对应的无线通信设备。进一步地，服务器等上级系统可以通过第一交换机210发送针对该无线通信装置的相关数据，从而实现第一交换机210与无线通信装置间的双向通信。

本申请实施例中，临近的多个支架100构成一个子区域，每个子区域内配置一台第二交换机220，每个第二交换机220与所辖子区域内的多个第一交换机210采用环形连接的方式，即言，每个第二交换机220与所辖子区域内的多个第一交换机210间均可以进行双向通讯。

需要说明的是，本申请中对于构成一个子区域内的支架的具体数量不作限定，可以根据实际情况进行设定。举例而言，如图4所示，可以设定以五个相邻支架100(支架100-1～100-5)为一个子区域为例。

由此，本申请通过于每个支架处配置一台第一交换机，且每个支架上布设有数据采集组件，数据采集组件采用星型连接的方式，分别与对应的第一交换机独立连接，且多个支架构成一个子区域，每个子区域内配置一台第二交换机，每个第二交换机与所辖子区域内的多个第一交换机采用环形连接的方式，以实现第一交换机与数据采集组件的双向通信，以及第二交换机与第一交换机的双向通信，能够在减少了数据传输网络现场布线数量、降低了成本的同时，保证了数据的稳定、高效传输。

需要说明的是，本申请中涉及多种数据的传输，为了便于对煤矿工作面支架群数据传输网络1000的数据传输过程进行解释说明，将涉及到的数据分为以下四个等级：数据采集组件300与第一交换机210之间的数据为四级数据；第一交换机210之间的数据为三级数据；第二交换机220与处于同一子区域内的第一交换机210之间的数据为二级数据；第二交换机220与服务器支架的数据为一级数据。

进一步地，与前述四个等级的数据对应的共有以下四个数据节点：数据采集组件300为四级数据节点；第一交换机210为三级数据节点；第二交换机220为二级数据节点；服务器为一级数据节点。

在一些实施例中，如图5所示，该煤矿工作面支架群数据传输网络1000，还包括：处理组件400。

本申请实施例中，每个支架100上布设有处理组件400，处理组件400用于接收并处理数据采集组件300发送的待处理四级数据，并将处理后的四级数据发送至第一交换机210。此种情况下，第一交换机210，还用于接收处理组件400发送的四级数据，并发送至对应的第二交换机220。

举例而言，针对数据采集组件300为传感器，传感器可以将采集到的四级数据发送至处理组件400，处理组件400将处理好的四级数据发送至第一交换机210。相应地，第一交换机210可以接收处理组件400发送的处理好的四级数据，并发送至对应的第二交换机220。

由此，本申请通过于每个支架上布设有处理组件，由处理组件接收并处理数据采集组件发送的待处理四级数据，并将处理后的四级数据发送至第一交换机，以确保发送至上级交换机的数据格式能够符合实际要求，进一步提高了数据传输过程中的效率和可靠性。

本申请实施例中，一个子区域内的各个第一交换机210和该子区域内的第二交换机220首尾相连形成闭环，且每个第一交换机210和对应的第二交换机220均可以进行双向数据传输。

进一步地，由于各个第一交换机210除了需要与上级系统进行数据传输外，还需要与其相邻的第一交换机210来进行通讯，以便依据邻架姿态来进行辅助控制，因此，采用环型的方式来进行数据网络的配置，实现更好的数据响应速度，并减少布线数量。

进一步地，将工作面上的多个子区域对应的第二交换机220和服务器采用环形连接的方式，各个第二交换机220与服务器之间均可以双向通信，以进行一级数据的传输。

在一些实施例中，如图6所示，该煤矿工作面支架群数据传输网络1000，还包括：故障诊断组件500。

其中，故障诊断组件500，用于判断任一第二交换机220是否发生故障，并在判定任一第二交换机220发生故障时生成故障提醒。此种情况下，第二交换机220，还用于响应于相邻的其中一个第二交换机220发生故障，则与相邻的另一个第二交换机220进行通信。

以图4中所示的情况为例，在一个子区域内部，可以通过局部环形网络进行数据传输。例如，支架100-2对应的第一交换机210需要和同在一个子区域的支架100-5对应的第一交换机210进行数据传输，则可以经由路线支架100-2至支架100-3至支架100-4至支架100-5，依次遍历各个支架，将数据发送给支架100-5对应的接收装置(第一交换机或者处理组件)。

上述网络配置方式具备抵抗故障的能力，如支架100-3对应的第一交换机210产生故障，则支架100-2对应的第一交换机210可以将数据传送给支架100-1对应的第一交换机210，再经由其上属第二交换机220将数据发送给支架100-5对应的第一交换机210。

进一步地，如图7所示，多个第二交换机220与服务器共同连接成环形网络，相邻的第二交换机220之间可以进行双向数据传输。实际应用中，由于综采工作面的长度很长，空间较小，采用环形网络的布置方式可以最大程度地减少布线数量，节省工作面空间。通常情况下，采煤机附近的支架往往会产生密集的数据传输，而第二交换机220之间并无大量数据产生，应用环形网络不会产生数据拥塞的情况。

进一步地，本申请提出的煤矿工作面支架群数据传输网络1000会优选最短路径来进行数据传输。

以图7中所示的情况为例，当第二交换机220-3需要传输数据给服务器时，数据会经由路线第二交换机220-3至第二交换机220-2至第二交换机220-1，依次遍历各个第二交换机220，传送给服务器。此种情况下，当任一第二交换机220发生故障时，其临近的第二交换机220将会沿着反向的路线与服务器进行数据传输，不会影响正常的数据通信。即言，当第二交换机220-2发生故障时，数据会经由路线第二交换机220-3至第二交换机220-4，依次遍历各个第二交换机220，传送给服务器。

在一些实施例中，如图8所示，该煤矿工作面支架群数据传输网络1000，还包括：维护组件600、地址管理组件700和数据传输组件800。

其中，维护组件600，用于接收故障提醒，并根据故障提醒进行更新维护；地址管理组件700，用于管理与当前第二交换机进行数据传输的目标第二交换机的地址；数据传输组件800，用于获取地址，并根据地址进行数据传输。

可选地，如图9所示，维护组件600，可以包括网络异常检测模块610，用于检测该煤矿工作面支架群数据传输网络1000的网络拓扑结构是否存在异常；异常信息接收模块620，用于接收其它节点发送的网络拓扑结构是否异常的判定结果；异常信息发送模块630，用于根据本节点获取到的网络拓扑结构是否异常的判定结果和接收到的其它节点发送的网络拓扑结构是否异常的判定结果，生成故障报文进行发送；网络信息维护模块640，根据当前网络信息、网络拓扑结构是否异常的判定结果以及其它节点发送的网络拓扑结构是否异常的判定结果，对当前数据传输网络的拓扑结构进行更新维护，并将维护结果存入网络信息储存模块。

可选地，如图10所示，地址管理组件700，可以包括地址生成模块710，用于生成数据拟传输到的第二交换机的地址，并将该地址存入地址储存模块720；地址储存模块720，用于储存数据拟发送的第二交换机的地址；地址获取模块730，用于获取地址储存模块720上的地址信息。

可选地，如图11所示，数据传输组件800，可以包括网络信息储存模块810，用于储存当前数据传输网络的拓扑结构信息；网络信息分析模块820，用于根据拓扑结构信息和目标第二交换机的地址，确定数据拟发送的最优的目标第二交换机；数据发送模块830，用于根据目标第二交换机的地址，编写报文，以将数据发送给目标第二交换机。

综上所述，当一个第二交换机发起数据传输任务时，会确认其要送达的目标第二交换机，然后确认当前整个数据传输网络的拓扑状态，综合网络拓扑状态和目标第二交换机地址，通过算法得到最优的传输路径，从而获得下一个第二交换机的地址。进一步地，可以编写数据转发报文，转发给下个第二交换机。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种煤矿工作面支架群数据传输网络，其特征在于，包括：支架和交换机；其中，

所述交换机包括第一交换机和第二交换机；

每个所述支架处配置一台所述第一交换机，且每个所述支架上布设有数据采集组件，所述数据采集组件采用星型连接的方式，分别与对应的所述第一交换机独立连接；多个所述支架构成一个子区域，每个所述子区域内配置一台所述第二交换机，每个所述第二交换机与所辖所述子区域内的多个所述第一交换机采用环形连接的方式，全部所述第二交换机与服务器构成环形连接结构，每个子区域内的所述第一交换机和所述第二交换机构成环型连接结构；

所述第一交换机，用于与所述数据采集组件进行双向通信；

所述第二交换机，用于与所述第一交换机进行双向通信，且与所述服务器进行双向通信，以进行与所述服务器间的一级数据的传输；

所述数据采集组件包括图像采集装置，所述图像采集装置用于采集本架、邻架和采煤机的视频信息，将所述视频信息通过所述第一交换机上传至所述服务器，所述服务器根据所述视频信息对所述图像采集装置的旋转方向和角度进行控制；

所述数据传输网络还包括以下组件：

在每个所述支架上布设的处理组件，所述处理组件用于接收并处理所述数据采集组件发送的待处理四级数据，并将处理后的四级数据发送至所述第一交换机；所述第一交换机，还用于：接收所述处理组件发送的所述四级数据，并发送至对应的所述第二交换机，接收所述第二交换机发送的所述数据采集组件的配置参数，并将所述配置参数发送至对应的所述数据采集组件，与相邻的任一所述第一交换机进行通信，以进行与相邻的所述第一交换机间的三级数据的传输；所述第二交换机，还用于与处于同一所述子区域内的任一所述第一交换机进行通信，以进行与所述第一交换机间的二级数据的传输；

地址管理组件，用于管理与当前所述第二交换机进行数据传输的目标第二交换机的地址；以及

数据传输组件，用于获取所述地址，并根据所述地址进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的数据传输网络，其特征在于，所述数据采集组件还包括传感器、广播装置和/或无线通信装置。

3.根据权利要求1所述的数据传输网络，其特征在于，还包括：故障诊断组件；其中，

所述故障诊断组件，用于判断任一所述第二交换机是否发生故障，并在判定任一所述第二交换机发生故障时生成故障提醒；

所述第二交换机，还用于响应于相邻的其中一个所述第二交换机发生故障，则与相邻的另一个所述第二交换机进行通信。

4.根据权利要求3所述的数据传输网络，其特征在于，还包括：维护组件；其中，

所述维护组件，用于接收所述故障提醒，并根据所述故障提醒进行更新维护。

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