CN116233856B - 一种基于应急通信系统的mesh自组网通信装置及方法 - Google Patents

一种基于应急通信系统的mesh自组网通信装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力应急通信领域，具体涉及一种基于应急通信系统的MESH自组网通信装置及方法，包括中心处理器、WIFI收发模块、MESH网络收发模块和频谱分析模块；频谱分析模块采集和分析现场电磁环境信号，得出频谱分析数据；中心处理器对频谱分析数据进行处理，得出WIFI各工作频段的干扰信号强度和MESH自组网各工作频段的干扰信号强度，并基于WIFI各工作频段的干扰信号强度和自组网各工作频段的干扰信号强度，控制WIFI收发模块工作WIFI目标频段和控制MESH网络收发模块工作MESH自组网目标频段，从而避免通过手动修改工作频段或采用额外的频谱分析设备来获取最优频段，使得有助于提高工作效率和节约成本。

Description

一种基于应急通信系统的MESH自组网通信装置及方法
技术领域
本发明涉及电力应急通信领域，具体涉及一种基于应急通信系统的MESH自组网通信装置及方法。
背景技术
在电力应急通信领域，救援抢修现场需要收集各种信息，包含语音，数据、图像、视频等等，收集这些信息需要用到多种终端设备，然后统一汇聚到mesh节点进行转发。目前采集信息的终端设备大多数是通过WIFI等无线连接方式与mesh自组网通信装置进行通信，将收集的语音、视频等信息发送给mesh自组网通信装置，然后Mesh自组网通信装置将接收到得到信息进行数据处理转换后传到后方指挥控制中心，使得能够在第一时间进行抢险救援部署。
现有电力应急通信系统中使用的Mesh自组网通信装置都是在未知的电磁环境下使用，无法获取现场的电磁环境信号，而且在救援现场，电磁环境比较复杂，工作频段存在干扰，可能存在设备工作不稳定甚至无法工作的情况，工作人员只能通过手动修改工作频段，不断尝试不同的频段来达到较好的通信质量；或者通过携带一款手持式频谱分析设备，布网之前通过手持频谱分析仪采集现场数据，找到最优工作频段，然后将设备的工作频段手动修改为最优工作频段，增加了时间成本和仪表成本。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于应急通信系统的MESH自组网通信装置及方法，该系统及方法有助于提高工作效率，减少成本。
本发明所提供的具体技术方案如下：一种基于应急通信系统的MESH自组网通信装置，MESH自组网通信装置包括中心处理器、WIFI收发模块、MESH网络收发模块和频谱分析模块；
频谱分析模块用于采集现场电磁环境信号，并对电磁环境信号进行频谱分析，得出频谱分析数据；
中心处理器通过与频谱分析模块连接，控制频谱分析模块停止工作和对频谱分析数据进行处理，得出WIFI各工作频段的干扰信号强度和MESH自组网各工作频段的干扰信号强度，并基于WIFI各工作频段的干扰信号强度和自组网各工作频段的干扰信号强度，确定WIFI目标频段和MESH自组网目标频段；
中心处理器通过与WIFI收发模块连接，控制WIFI收发模块工作在所确定的WIFI目标频段；
中心处理器通过与MESH网络收发模块连接，控制MESH网络收发模块工作在所确定的MESH自组网目标频段。
进一步地，频谱分析模块包括频谱分析单元，频谱分析单元设置有全频段天线；
频谱分析单元通过全频段天线获取现场电磁环境信号，并对干扰数据进行频谱分析，得到频谱分析数据；
中心处理器通过与频谱分析单元连接，获取频谱分析数据，并对频谱分析数据进行处理。
进一步地，WIFI收发模块包括WIFI双频段单元；
WIFI双频段单元连接有第一WIFI天线和第二WIFI天线；
WIFI各工作频段包括第一WIFI频段和第二WIFI频段；
WIFI双频段单元用于至少工作在第一WIFI频段或第二WIFI频段；
第一WIFI天线用于至少工作在第一WIFI频段；
第二WIFI天线用于至少工作在第二WIFI频段；
中心处理器通过与WIFI双频段单元连接，在第一WIFI频段的干扰信号强度未超过第二WIFI频段的干扰信号强度时，将第一WIFI频段的干扰信号强度作为WIFI目标频段，并控制WIFI双频段单元工作在第一WIFI频段；在第一WIFI频段的干扰信号强度超过第二WIFI频段的干扰信号强度时，将第二WIFI频段作为WIFI目标频段，并控制WIFI双频段单元工作在第二WIFI频段。
进一步地，WIFI双频段单元与第一WIFI天线之间设置有第一滤波器用于在WIFI双频段单元工作在第一WIFI频段时，滤除第一WIFI频段中的杂波；
WIFI双频段单元与第二WIFI天线之间设置有第二滤波器，用于在WIFI双频段单元工作在第一WIFI频段时，滤除第二WIFI频段中的杂波；
第一滤波器采用LFB155G50CB1B948型号滤波器；
第二滤波器采用LFB212G45CG1C187型号滤波器。
进一步地，第一WIFI频段为2.4G频段；第二WIFI频段为5G频段。
进一步地，所述MESH网络收发模块包括射频收发器、射频前端、第一天线和第二天线；
射频收发器经由射频前端与第一天线和第二天线连接；
MESH自组自组网各工作频段至少包括第一MESH自组网工作频段和第二MESH自组网工作频段；
射频收发器和射频前端用于至少工作在第一MESH自组网工作频段或第二MESH自组网工作频段；
第一天线用于至少工作在第一MESH自组网工作频段；
第二天线用于至少工作在第二MESH自组网工作频段；
中心处理器通过与射频收发器和射频前端连接，在第一MESH自组网工作频段的干扰信号强度未超过第二MESH自组网工作频段的干扰信号强度时，将第一MESH自组网工作频段作为MESH自组网目标频段，并控制射频收发器和射频前端工作在第一MESH自组网工作频段；在第一工作频段的干扰信号强度超过第二MESH自组网工作频段的干扰信号强度时，将第二MESH自组网工作频段作为MESH自组网目标频段，并控制射频收发器和射频前端工作在第二MESH自组网工作频段。
进一步地，第一MESH自组网工作频段为600M；
第二MESH自组网工作频段为1.4G。
进一步地，所述中心处理器还连接有网口、USB接口、HDMI接口、音频接口和北斗/GPS接口。
另一方面，本发明提供了一种基于应急通信系统的MESH自组网通信方法，该方法应用于以上所述的基于应急通信系统的MESH自组网通信装置；
所述方法包括以下步骤：
S1、采集现场电磁环境信号，并对电磁环境信号进行频谱分析，得出频谱分析数据；
S2、对频谱分析数据进行处理，得出WIFI各工作频段的干扰信号强度和MESH自组网各工作频段的干扰信号强度；
S3、基于WIFI各工作频段的干扰信号强度和MESH自组网各工作频段的干扰信号强度，确定WIFI目标频段和MESH自组网目标频段；
S4、停止采集现场电磁环境信号
S5、在所确定的MESH自组网目标频段建立MESH自组网链路；
S6、在所确定的WIFI目标频段建立WIFI链路。
进一步地，所述步骤S3包括：
将MESH自组网各工作频段的干扰信号强度进行比较，将受干扰信号强度最小的MESH自组网工作频段，作为建立MESH自组网链路的目标频段；
将WIFI各工作频段的干扰信号强度进行比较，将受干扰信号强度最小的WIFI工作频段作为建立WIFI链路的工作频段。
进一步地，步骤S2中所述的对频谱分析数据进行处理包括对频谱分析数据进行傅里叶变换。
本发明的有益效果在于：
本发明通过频谱分析模块自动采集现场电磁环境信号，并对电磁环境信号进行分析，得出频谱分析数据，中心处理器对频谱分析数据进行处理，得出各工作频段的干扰信号强度，基于各工作频段的干扰信号强度，确定目标工作频段，并控制WIFI收发模块和MESH网络收发模块在所确定的目标工作频段建立链路，不仅避免了由于无法获取现场电磁环境信号，只能通过手动修改工作频段或采用额外的频谱分析设备来获取最优频段，从而有助于提高工作效率和节约成本，而且还有助于增强通信网络的稳定性和可靠性。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一个实施例的基于应急通信系统的MESH自组网通信装置的电气原理框图示意图。
图2示出了本发明另一实施例的基于应急通信系统的MESH自组网通信装置的电气原理框图示意图。
1-中心处理器；2-WIFI收发模块；3-MESH网络收发模块；4-频谱分析模块；3-1-射频收发器；3-2-射频前端；3-3-第一天线；3-4-第二天线； 2-1-WIFI双频段单元；2-2-第一滤波器；2-3-第二滤波器；2-4-第一WIFI天线；2-5-第二WIFI天线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实施例提供基于应急通信系统的MESH自组网通信装置的实施例，如图1所示，MESH自组网通信装置包括中心处理器1、WIFI收发模块2、MESH网络收发模块3和频谱分析模块4。
频谱分析模块4用于采集现场电磁环境信号，并对电磁环境信号进行频谱分析，得出频谱分析数据。
中心处理器1通过与频谱分析模块4连接，控制频谱分析模块4停止工作和对频谱分析数据进行处理，得出WIFI各工作频段的干扰信号强度和MESH自组网各工作频段的干扰信号强度，并基于WIFI各工作频段的干扰信号强度和自组网各工作频段的干扰信号强度，确定WIFI目标频段和MESH自组网目标频段。
中心处理器1通过与WIFI收发模块2连接，控制WIFI收发模块2工作在所确定的WIFI目标频段。
中心处理器1通过与MESH网络收发模块3连接，控制MESH网络收发模块3工作在所确定的MESH自组网目标频段。本发明通过频谱分析模块能够自动采集现场电磁环境信号，并对电磁环境信号进行分析，从而得出各工作频段的信号干扰强度，基于各工作频段的信号干扰强度，自动控制调节WIFI收发模块和MESH网络收发器的工作频段，来提高通信质量，从而避免了通过手动修改工作频段，进而提高工作效率，同时也避免了使用频谱分析设备来对现场电磁环境的分析，进而节约成本。
本实施例提供了基于应急通信系统的MESH自组网通信装置的另一示例性实施例，如图2所示，在本实施例中，频谱分析模块4包括频谱分析单元4-1，频谱分析单元设置有全频段天线4-2。
频谱分析单元4-1通过全频段天线4-2获取现场电磁环境信号，并对干扰数据进行频谱分析，得到频谱分析数据。
中心处理器1通过与频谱分析单元4-1连接，获取频谱分析数据，并对频谱分析数据进行处理。
WIFI收发模块2包括WIFI双频段单元2-1。
WIFI各工作频段包括第一WIFI频段和第二WIFI频段。
WIFI双频段单元2-1连接有第一WIFI天线2-4和第二WIFI天线2-5。
WIFI双频段单元2-1与第一WIFI天线2-4之间设置有第一滤波器2-2用于在WIFI双频段单元2-1工作在第一WIFI频段时，滤除第一WIFI频段中的杂波。
WIFI双频段单元2-1与第二WIFI天线2-5之间设置有第二滤波器2-3，用于在WIFI双频段单元2-1工作在第一WIFI频段时，滤除第二WIFI频段中的杂波。
中心处理器1通过与WIFI双频段单元2-1连接，在第一WIFI频段的干扰信号强度未超过第二WIFI频段的干扰信号强度时，将第一WIFI频段的干扰信号强度作为WIFI目标频段，控制WIFI双频段单元2-1工作在第一WIFI频段，并控制第一滤波器2-2滤除第一WIFI频段中的杂波；在第一WIFI频段的干扰信号强度超过第二WIFI频段的干扰信号强度时，将第二WIFI频段的干扰信号强度作为WIFI目标频段，控制WIFI双频段单元2-1工作在第二WIFI频段上，并控制第二滤波器2-3滤除第二WIFI频段中的杂波。
第一滤波器2-2选用LFB155G50CB1B948型号滤波器；第二滤波器2-3采用LFB212G45CG1C187型号滤波器，使得第一滤波器2-2和第二滤波器2-3可以抑制至少20dB的干扰，从而进一步增强了WIFI的抗干扰能力。
MESH网络收发模块3包括射频收发器3-1、射频前端3-2、第一天线3-3和第二天线3-4。
射频收发器3-1经由射频前端3-2与第一天线3-3和第二天线3-4连接。
MESH自组网各工作频段至少包括第一MESH自组网工作频段和第二MESH自组网工作频段。
射频收发器3-1和射频前端3-2用于至少工作在第一MESH自组网工作频段或第二MESH自组网工作频段。
第一天线3-3用于至少工作在第一MESH自组网工作频段。
第二天线3-4用于至少工作在第二MESH自组网工作频段。
中心处理器1通过与射频收发器3-1和射频前端3-2连接，在第一MESH自组网工作频段的干扰信号强度未超过第二MESH自组网工作频段的干扰信号强度时，将第一MESH自组网工作频段作为MESH自组网目标频段，并控制射频收发器3-1和射频前端3-2工作在第一MESH自组网工作频段，建立应急移动设备与通信终端的MESH自组网链路；在第一工作频段的干扰信号强度超过第二MESH自组网工作频段的干扰信号强度时，将第二MESH自组网工作频段作为MESH自组网目标频段，并控制射频收发器3-1和射频前端3-2工作在第二MESH自组网工作频段。
示例性地，第一WIFI频段为2.4G 频段；第二WIFI频段为5G频段。
例如，若中心处理器1对频谱分析模块4得出的频谱分析数据进行处理后，得出2.4G频段的WIFI的干扰信号强度为100dBm，5G频段的WIFI的干扰信号强度为120dBm，则控制WIFI双频段单元2-1在2.4G频段，建立WIFI链接，并控制第一滤波器2-2用于滤除2.4G频段WIFI中的杂波；若得出的2.4G频段的WIFI的干扰信号强度为120dBm，5G频段的WIFI的干扰信号强度为100dBm，则控制WIFI双频段单元2-1在5G频段，建立WIFI链路，并控制第二滤波器2-3用于滤除5G频段WIFI中的杂波。
示例性地，第一MESH自组网工作频段为600M，第二MESH自组网工作频段为1.4G。
例如，若中心处理器1对频谱分析模块4得出的频谱分析数据进行处理后，得出600M频段的干扰信号强度为100dBm，1.4G频段的干扰信号强度为120dBm，则控制射频收发器3-1和射频单元3-2在600M频段，建立MESH自组网链路；若得出600M频段的干扰信号强度为120dBm，1.4G频段的干扰信号强度为100dBm，则控制射频收发器3-1和射频单元3-2在1.4G频段建立MESH自组网链路。
示例性地，频谱分析模块采用AD9371作为主芯片。
示例性地，中心处理器1还连接有用于上传和下载数据的网口和USB接口、用于显示图像的HDMI接口、用于接收和发送音频的音频接口以及用于转发数据的GPS/北斗接口。
本实施例提供了一种基于应急通信系统的MESH自组网通信方法，所述方法包括以下步骤：
S1、采集现场电磁环境信号，并对电磁环境信号进行频谱分析，得出频谱分析数据。
S2、获取频谱分析数据，并对频谱分析数据进行傅里叶变换，得出WIFI各工作频段的干扰信号强度和MESH自组网各工作频段的干扰信号强度。
S3、基于WIFI各工作频段的干扰信号强度和MESH自组网各工作频段的干扰信号强度，确定WIFI目标频段和MESH自组网目标频段。
具体地，将MESH自组网各工作频段的干扰信号强度进行比较，将受干扰信号强度最小的MESH自组网工作频段，作为建立MESH自组网链路的目标频段。
将WIFI各工作频段的干扰信号强度进行比较，将受干扰信号强度最小的WIFI工作频段作为建立WIFI链路的工作频段。
S4、停止采集现场电磁环境信号。
S5、在所确定的MESH自组网目标频段建立MESH自组网。
S6、在MESH自组网链路实现通信链接时，在所确定的WIFI目标频段建立WIFI链路。
在确定完WIFI目标频段和MESH自组网目标频段后，即停止对现场电磁环境信号的采集，以避免根据所确定的WIFI目标频段和MESH自组网目标频段建立通信时，产生电磁信号干扰，导致采集的数据不准确，从而无法正确确定WIFI目标频段和MESH自组网目标频段。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于应急通信系统的MESH自组网通信装置，其特征在于，
MESH自组网通信装置包括中心处理器、WIFI收发模块、MESH网络收发模块和频谱分析模块；
频谱分析模块用于采集现场电磁环境信号，并对电磁环境信号进行频谱分析，得出频谱分析数据；
中心处理器通过与频谱分析模块连接，控制频谱分析模块停止工作和对频谱分析数据进行处理，得出WIFI各工作频段的干扰信号强度和MESH自组网各工作频段的干扰信号强度，并基于WIFI各工作频段的干扰信号强度和自组网各工作频段的干扰信号强度，确定WIFI目标频段和MESH自组网目标频段；
中心处理器通过与WIFI收发模块连接，控制WIFI收发模块工作在所确定的WIFI目标频段；
中心处理器通过与MESH网络收发模块连接，控制MESH网络收发模块工作在所确定的MESH自组网目标频段；
WIFI收发模块包括WIFI双频段单元；
WIFI双频段单元连接有第一WIFI天线和第二WIFI天线；
WIFI各工作频段包括第一WIFI频段和第二WIFI频段；
WIFI双频段单元用于至少工作在第一WIFI频段或第二WIFI频段；
第一WIFI天线用于至少工作在第一WIFI频段；
第二WIFI天线用于至少工作在第二WIFI频段；
中心处理器通过与WIFI双频段单元连接，在第一WIFI频段的干扰信号强度未超过第二WIFI频段的干扰信号强度时，将第一WIFI频段作为WIFI目标频段，并控制WIFI双频段单元工作在第一WIFI频段；在第一WIFI频段的干扰信号强度超过第二WIFI频段的干扰信号强度时，将第二WIFI频段作为WIFI目标频段，并控制WIFI双频段单元工作在第二WIFI频段；
WIFI双频段单元与第一WIFI天线之间设置有第一滤波器，用于在WIFI双频段单元工作在第一WIFI频段时，滤除第一WIFI频段中的杂波；
WIFI双频段单元与第二WIFI天线之间设置有第二滤波器，用于在WIFI双频段单元工作在第一WIFI频段时，滤除第二WIFI频段中的杂波；
第一WIFI频段为2.4G频段；第二WIFI频段为5G频段；
所述MESH网络收发模块包括射频收发器、射频前端、第一天线和第二天线；
射频收发器经由射频前端与第一天线和第二天线连接；
MESH自组网各工作频段至少包括第一MESH自组网工作频段和第二MESH自组网工作频段；
射频收发器和射频前端用于至少工作在第一MESH自组网工作频段或第二MESH自组网工作频段；
第一天线用于至少工作在第一MESH自组网工作频段；
第二天线用于至少工作在第二MESH自组网工作频段；
中心处理器通过与射频收发器和射频前端连接，在第一MESH自组网工作频段的干扰信号强度未超过第二MESH自组网工作频段的干扰信号强度时，将第一MESH自组网工作频段作为MESH自组网目标频段，并控制射频收发器和射频前端工作在第一MESH自组网工作频段；在第一MESH自组网工作频段的干扰信号强度超过第二MESH自组网工作频段的干扰信号强度时，将第二MESH自组网工作频段作为MESH自组网目标频段，并控制射频收发器和射频前端工作在第二MESH自组网工作频段；
第一MESH自组网工作频段为600M；
第二MESH自组网工作频段为1.4G；
频谱分析模块包括频谱分析单元，频谱分析单元设置有全频段天线；
频谱分析单元通过全频段天线获取现场电磁环境信号，并对干扰数据进行频谱分析，得到频谱分析数据；
中心处理器通过与频谱分析单元连接，获取频谱分析数据，并对频谱分析数据进行处理；
所述对频谱分析数据进行处理包括对频谱分析数据进行傅里叶变换。
2.根据权利要求1所述的基于应急通信系统的MESH自组网通信装置，其特征在于，
第一滤波器采用LFB155G50CB1B948型号滤波器；
第二滤波器采用LFB212G45CG1C187型号滤波器。
3.根据权利要求1所述的基于应急通信系统的MESH自组网通信装置，其特征在于，所述中心处理器还连接有网口、USB接口、HDMI接口、音频接口和北斗接口或GPS接口。
4.一种基于应急通信系统的MESH自组网通信方法，其特征在于，方法采用如权利要求1至3任意一项所述的基于应急通信系统的MESH自组网通信装置来实现；
所述方法包括以下步骤：
S1、采集现场电磁环境信号，并对电磁环境信号进行频谱分析，得出频谱分析数据；
S2、对频谱分析数据进行处理，得出WIFI各工作频段的干扰信号强度和MESH自组网各工作频段的干扰信号强度；
S3、基于WIFI各工作频段的干扰信号强度和MESH自组网各工作频段的干扰信号强度，确定WIFI目标频段和MESH自组网目标频段；
S4、停止采集现场电磁环境信号；
S5、在所确定的MESH自组网目标频段建立MESH自组网链路；
S6、在MESH自组网链路实现通信链接时，在所确定的WIFI目标频段建立WIFI链路；
所述步骤S3包括：
将MESH自组网各工作频段的干扰信号强度进行比较，将受干扰信号强度最小的MESH自组网工作频段，作为建立MESH自组网链路的目标频段；
将WIFI各工作频段的干扰信号强度进行比较，将受干扰信号强度最小的WIFI工作频段作为建立WIFI链路的目标频段；
步骤S2中所述的对频谱分析数据进行处理包括对频谱分析数据进行傅里叶变换。
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