CN117560713B - 一种无线电监测管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无线电监测管理系统，涉及信号检测技术领域。本发明通过设置设备监测单元采集设备位置信息、采集设备电量信息和设备信号信息；再通过通信范围评估单元实现对评估无线电通信设备的有效通信范围；在此基础上，通过无线通信组网单元对各无线电通信设备的设备身份进行识别判定，并根据不同情况进行身份交接和风险判定，从而实现对边缘节点是否存在边缘脱离风险的判定，从而避免位于区域边缘的无线电通信设备无法得到通信保障的问题。
Description
技术领域
本发明涉及信号检测技术领域，尤其涉及一种无线电监测管理系统。
背景技术
无线电信号广泛运用在通信领域，人们通过无线电通信设备进行局域通信，仅需要将各设备的发射端/接收端调至同一频段，便能实现通信信号的上传与接收，由于其具备方便、快捷、成本低廉等优点，广泛运用在工矿、安保等行业。
但是，受到单机收发功率限制，一般无线电通信设备的收发范围在5-12KM径内区域，这无疑限制了局域通信范围；因此，现有技术通过将多个设备进行通信组网，并设置中继节点对位于区域边缘的设备进行无线电信号转发，从而在不新增设备的基础上实现扩大局域通信范围的目的。
但是，无线电通信设备受到电池电量、通信环境等影响，其单机收发功率存在波动；由于其通信依赖中继节点的转发，当中继设备无法提供稳定的信号转发服务时，位于区域边缘的无线电通信设备是便无法得到通信保障，如在工矿行业中，若是无法得到通信保障则会存在危及安全生产。
因此，有必要提供一种无线电监测管理系统来解决上述技术问题。
发明内容
为解决上述之一技术问题，本发明提供的一种无线电信号监测管理系统，部署在无线电通信设备中，所述无线电通信设备包括无线电收发单元、电池供电单元和设备控制单元，在所述无线电通信设备中设置设备监测单元、无线通信组网单元和通信范围评估单元；其中，
所述设备监测单元包括设备位置监测模块、电池电量监测模块和无线电信号监测模块；所述设备位置监测模块用于采集设备位置信息，所述电池电量监测模块用于采集设备电量信息，所述无线电信号监测模块用于采集设备信号信息；
所述通信范围评估单元用于评估无线电通信设备的有效通信范围，包括设备信号评估模块、位置影响评估模块和电量影响评估模块；其中，所述设备信号评估模块用于根据设。备信号信息评估基础通信范围，所述位置影响评估模块用于根据设备位置信息评估基础通信范围的影响，所述电量影响评估模块用于根据设备电量信息评估基础通信范围的影响；
所述无线通信组网单元包括设备身份管理模块、组网节点管理模块、中继节点管理模块和边缘节点管理模块；所述设备身份管理模块用于分配无线电通信设备在无线通信组网中的设备身份，包括组网节点、中继节点和边缘节点；所述组网节点管理模块在设备身份为组网节点时启动管理，所述中继节点管理模块在设备身份为中继节点时启动管理，所述边缘节点管理模块在设备身份为边缘节点时启动管理。
作为更进一步的解决方案，所述设备信号信息包括无线电信号频率信息、无线电信号功率信息、无线电信号带宽信息和无线电信号调制信息；所述设备信号评估模块：在出厂阶段对无线电通信设备进行通信测试，记录在不同无线电信号频率、无线电信号功率、无线电信号带宽和无线电信号调制情况下的信号范围实测数据，并通过信号范围实测数据对Okumura-Hata模型进行拟合修正，得到无线电通信设备的基础通信范围计算模型，通过将设备信号信息输入至基础通信范围计算模型，评估得到对应的基础通信范围。
作为更进一步的解决方案，所述设备位置信息包括设备经纬高数据和天线方向角数据；所述位置影响评估模块：设置无线电监测管理区域，采集区域内的GIS地理位置数据，并在区域内进行环境信号参数测定；将GIS地理位置数据与环境信号参数进行绑定，得到内置GIS地理位置数据；通过设备经纬高数据在内置GIS地理位置数据中查询环境信号参数，对基础通信范围进行位置信息修正，得到修正通信范围。
作为更进一步的解决方案，包括设备电量信息和电量影响评估模块，所述电量影响评估模块：在出厂阶段对无线电通信设备进行电量测试，采集不同电量下通信范围的衰减系数并进行存储；通过当前的设备电量信息查询对应的衰减系数，对修正通信范围进行电量信息修正，得到有效通信范围。
作为更进一步的解决方案，所述设备身份管理模块通过如下步骤管理设备身份：
获取本机的有效通信范围，并询问和应答有效通信范围内的其他无线电通信设备；
当与三台及以上其他无线电通信设备进行相互询问和应答时，进行组网节点判断；
当与两台其他无线电通信设备进行相互询问和应答时，进行中继节点判断；
当与一台其他无线电通信设备进行相互询问和应答时，进行边缘节点判断；
当与无一其他无线电通信设备进行相互询问和应答时，则认定为无线电距离过远；
其中，组网节点判断：将设备电量信息与电量阈值进行比较，当不低于第一电量阈值时，认定为组网节点；低于第一电量阈值时，但不低于第二电量阈值时，认定为中继节点；当低于第二电量阈值时，但不低于第三电量阈值时，认定为边缘节点；当低于第三电量阈值时，则认定为边缘节点且电量过低；
中继节点判断：将设备电量信息与电量阈值进行比较，当不低于第二电量阈值时，认定为中继节点；当低于第二电量阈值时，但不低于第三电量阈值时，认定为边缘节点；当设备电量信息低于第三电量阈值时，则认定为边缘节点且电量过低；
边缘节点判断：将设备电量信息与电量阈值进行比较，当不低于第三电量阈值时，认定为边缘节点；当设备电量信息低于第三电量阈值时，则认定为边缘节点且电量过低。
作为更进一步的解决方案，所述组网节点管理模块：维护并统计隶属于本机的节点线路，得到组网管理信息；当低于第一电量阈值时，判断隶属于本机的节点线路沿途的无线电通信设备是否均能找到能替代原有组网节点的新组网节点；若是，则将组网管理信息分发至新组网节点，并按照组网节点判断结构设备的身份；若否，则忽略组网节点判断结果并继续以组网节点的设备身份维护隶属于本机的节点线路，直至电量过低或找寻到新组网节点。
作为更进一步的解决方案，所述中继节点管理模块：维护并统计与本机连接的无线电通信设备，并询问连接的无线电通信设备的设备身份；若与本机连接的无线电通信设备的设备身份为组网节点，则标记为线路起点，若为中继节点则标记为线路路径，若为边缘节点则标记为线路终点；将标记节点线路上传至位于线路起点的组网节点，完成节点线路感知；
当低于第二电量阈值时，判断隶属于本机的节点线路沿途的无线电通信设备是否均能找到能替代原有中继节点的新中继节点；若是，则将新中继节点对组网管理信息进行更新，并按照组网节点判断结构设备的身份；若否，则忽略中继节点判断结果并继续以中继节点的设备身份维护隶属于本机的节点线路，直至电量过低或找寻到新中继节点。
作为更进一步的解决方案，所述边缘节点管理模块通过如下步骤进行管理：
获取与本机连接的无线电通信设备的设备位置信息、设备电量信息和有效通信范围；
通过设备电量信息判断其他无线电通信设备是否存在电量风险；
通过设备位置信息和有效通信范围判断其他无线电通信设备是否存在距离风险；
筛选是否存在任一与本机连接的无线电通信设备且均不存在电量风险和距离风险；
若存在，则将该无线电通信设备所位于的节点线路作为主线路并优先选择通信；
若不存在，则判断为存在边缘脱离风险，并实时上传当前设备位置信息
其中，电量风险：与本机连接的无线电通信设备的电量过低；距离风险：与本机连接的无线电通信设备的有效通信范围比本机有效通信范围小。
作为更进一步的解决方案，所述设备身份管理模块认定为无线电距离过远时：获取末次与其他无线电通信设备进行相互询问和应答时的设备位置信息，并与当前的设备位置信息构成折返路径，通过内置GIS地理位置数据按照折返路径进行折返导航。
作为更进一步的解决方案，所述设备身份管理模块认定为无线电电量过低时：仅保留无线电收发单元的接收功能，并以最小工作系统运行；当无线电收发单元进入其他无线电通信设备的有效通信范围内并接收到询问时，通过天线方向角数据确定进行询问的无线电通信设备的方位，启动无线电收发单元的发射功能并定向该方位发送应答，且将该方位通过内置GIS地理位置数据进行映射。
与相关技术相比较，本发明提供的一种无线电信号监测管理系统具有如下有益效果：
本发明针对无线电通信设备受到电池电量、通信环境等影响，其单机收发功率存在波动的问题；通过设置设备监测单元采集设备位置信息、采集设备电量信息和设备信号信息；再通过通信范围评估单元实现对评估无线电通信设备的有效通信范围；在此基础上，通过无线通信组网单元对各无线电通信设备的设备身份进行识别判定，并根据不同情况进行身份交接和风险判定，从而实现对边缘节点是否存在边缘脱离风险的判定，从而避免位于区域边缘的无线电通信设备无法得到通信保障的问题。
附图说明
图1为本发明提供的一种无线电信号监测管理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
如图1所示，一种无线电信号监测管理系统，部署在无线电通信设备中，所述无线电通信设备包括无线电收发单元、电池供电单元和设备控制单元，在所述无线电通信设备中设置设备监测单元、无线通信组网单元和通信范围评估单元；其中，
所述设备监测单元包括设备位置监测模块、电池电量监测模块和无线电信号监测模块；所述设备位置监测模块用于采集设备位置信息，所述电池电量监测模块用于采集设备电量信息，所述无线电信号监测模块用于采集设备信号信息；
所述通信范围评估单元用于评估无线电通信设备的有效通信范围，包括设备信号评估模块、位置影响评估模块和电量影响评估模块；其中，所述设备信号评估模块用于根据设备信号信息评估基础通信范围，所述位置影响评估模块用于根据设备位置信息评估基础通信范围的影响，所述电量影响评估模块用于根据设备电量信息评估基础通信范围的影响；
所述无线通信组网单元包括设备身份管理模块、组网节点管理模块、中继节点管理模块和边缘节点管理模块；所述设备身份管理模块用于分配无线电通信设备在无线通信组网中的设备身份，包括组网节点、中继节点和边缘节点；所述组网节点管理模块在设备身份为组网节点时启动管理，所述中继节点管理模块在设备身份为中继节点时启动管理，所述边缘节点管理模块在设备身份为边缘节点时启动管理。
作为更进一步的解决方案，所述设备信号信息包括无线电信号频率信息、无线电信号功率信息、无线电信号带宽信息和无线电信号调制信息；所述设备信号评估模块：在出厂阶段对无线电通信设备进行通信测试，记录在不同无线电信号频率、无线电信号功率、无线电信号带宽和无线电信号调制情况下的信号范围实测数据，并通过信号范围实测数据对Okumura-Hata模型进行拟合修正，得到无线电通信设备的基础通信范围计算模型，通过将设备信号信息输入至基础通信范围计算模型，评估得到对应的基础通信范围。
作为更进一步的解决方案，所述设备位置信息包括设备经纬高数据和天线方向角数据；所述位置影响评估模块：设置无线电监测管理区域，采集区域内的GIS地理位置数据，并在区域内进行环境信号参数测定；将GIS地理位置数据与环境信号参数进行绑定，得到内置GIS地理位置数据；通过设备经纬高数据在内置GIS地理位置数据中查询环境信号参数，对基础通信范围进行位置信息修正，得到修正通信范围。
作为更进一步的解决方案，包括设备电量信息和电量影响评估模块，所述电量影响评估模块：在出厂阶段对无线电通信设备进行电量测试，采集不同电量下通信范围的衰减系数并进行存储；通过当前的设备电量信息查询对应的衰减系数，对修正通信范围进行电量信息修正，得到有效通信范围。
作为更进一步的解决方案，所述设备身份管理模块通过如下步骤管理设备身份：
获取本机的有效通信范围，并询问和应答有效通信范围内的其他无线电通信设备；
当与三台及以上其他无线电通信设备进行相互询问和应答时，进行组网节点判断；
当与两台其他无线电通信设备进行相互询问和应答时，进行中继节点判断；
当与一台其他无线电通信设备进行相互询问和应答时，进行边缘节点判断；
当与无一其他无线电通信设备进行相互询问和应答时，则认定为无线电距离过远；
其中，组网节点判断：将设备电量信息与电量阈值进行比较，当不低于第一电量阈值时，认定为组网节点；低于第一电量阈值时，但不低于第二电量阈值时，认定为中继节点；当低于第二电量阈值时，但不低于第三电量阈值时，认定为边缘节点；当低于第三电量阈值时，则认定为边缘节点且电量过低；
中继节点判断：将设备电量信息与电量阈值进行比较，当不低于第二电量阈值时，认定为中继节点；当低于第二电量阈值时，但不低于第三电量阈值时，认定为边缘节点；当设备电量信息低于第三电量阈值时，则认定为边缘节点且电量过低；
注：第一电量阈值、第二电量阈值和第三电量阈值根据实际进行设置，如第一电量阈值75，第二电量阈40和第三电量阈值15。
边缘节点判断：将设备电量信息与电量阈值进行比较，当不低于第三电量阈值时，认定为边缘节点；当设备电量信息低于第三电量阈值时，则认定为边缘节点且电量过低。作为更进一步的解决方案，所述组网节点管理模块：维护并统计隶属于本机的节点线路，得到组网管理信息；当低于第一电量阈值时，判断隶属于本机的节点线路沿途的无线电通信设备是否均能找到能替代原有组网节点的新组网节点；若是，则将组网管理信息分发至新组网节点，并按照组网节点判断结构设备的身份；若否，则忽略组网节点判断结果并继续以组网节点的设备身份维护隶属于本机的节点线路，直至电量过低或找寻到新组网节点。
作为更进一步的解决方案，所述中继节点管理模块：维护并统计与本机连接的无线电通信设备，并询问连接的无线电通信设备的设备身份；若与本机连接的无线电通信设备的设备身份为组网节点，则标记为线路起点，若为中继节点则标记为线路路径，若为边缘节点则标记为线路终点；将标记节点线路上传至位于线路起点的组网节点，完成节点线路感知；
当低于第二电量阈值时，判断隶属于本机的节点线路沿途的无线电通信设备是否均能找到能替代原有中继节点的新中继节点；若是，则将新中继节点对组网管理信息进行更新，并按照组网节点判断结构设备的身份；若否，则忽略中继节点判断结果并继续以中继节点的设备身份维护隶属于本机的节点线路，直至电量过低或找寻到新中继节点。
作为更进一步的解决方案，所述边缘节点管理模块通过如下步骤进行管理：
获取与本机连接的无线电通信设备的设备位置信息、设备电量信息和有效通信范围；
通过设备电量信息判断其他无线电通信设备是否存在电量风险；
通过设备位置信息和有效通信范围判断其他无线电通信设备是否存在距离风险；
筛选是否存在任一与本机连接的无线电通信设备且均不存在电量风险和距离风险；
若存在，则将该无线电通信设备所位于的节点线路作为主线路并优先选择通信；
若不存在，则判断为存在边缘脱离风险，并实时上传当前设备位置信息；
其中，电量风险：与本机连接的无线电通信设备的电量过低；距离风险：与本机连接的无线电通信设备的有效通信范围比本机有效通信范围小。
作为更进一步的解决方案，所述设备身份管理模块认定为无线电距离过远时：获取末次与其他无线电通信设备进行相互询问和应答时的设备位置信息，并与当前的设备位置信息构成折返路径，通过内置GIS地理位置数据按照折返路径进行折返导航。
作为更进一步的解决方案，所述设备身份管理模块认定为无线电电量过低时：仅保留无线电收发单元的接收功能，并以最小工作系统运行；当无线电收发单元进入其他无线电通信设备的有效通信范围内并接收到询问时，通过天线方向角数据确定进行询问的无线电通信设备的方位，启动无线电收发单元的发射功能并定向该方位发送应答，且将该方位通过内置GIS地理位置数据进行映射。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种无线电信号监测管理系统，部署在无线电通信设备中，所述无线电通信设备包括无线电收发单元、电池供电单元和设备控制单元，其特征在于，在所述无线电通信设备中设置设备监测单元、无线通信组网单元和通信范围评估单元；其中，
所述设备监测单元包括设备位置监测模块、电池电量监测模块和无线电信号监测模块；所述设备位置监测模块用于采集设备位置信息，所述电池电量监测模块用于采集设备电量信息，所述无线电信号监测模块用于采集设备信号信息；
所述通信范围评估单元用于评估无线电通信设备的有效通信范围，包括设备信号评估模块、位置影响评估模块和电量影响评估模块；其中，所述设备信号评估模块用于根据设备信号信息评估基础通信范围，所述位置影响评估模块用于根据设备位置信息评估基础通信范围的影响，所述电量影响评估模块用于根据设备电量信息评估基础通信范围的影响；
所述无线通信组网单元包括设备身份管理模块、组网节点管理模块、中继节点管理模块和边缘节点管理模块；所述设备身份管理模块用于分配无线电通信设备在无线通信组网中的设备身份，包括组网节点、中继节点和边缘节点；所述组网节点管理模块在设备身份为组网节点时启动管理，所述中继节点管理模块在设备身份为中继节点时启动管理，所述边缘节点管理模块在设备身份为边缘节点时启动管理；
其中，所述设备信号信息包括无线电信号频率信息、无线电信号功率信息、无线电信号带宽信息和无线电信号调制信息；所述设备信号评估模块：在出厂阶段对无线电通信设备进行通信测试，记录在不同无线电信号频率、无线电信号功率、无线电信号带宽和无线电信号调制情况下的信号_范围实测数据，并通过信号_范围实测数据对Okumura-Hata模型进行拟合修正，得到无线电通信设备的基础通信范围计算模型，通过将设备信号信息输入至基础通信范围计算模型，评估得到对应的基础通信范围；
所述设备位置信息包括设备经纬高数据和天线方向角数据；所述位置影响评估模块：设置无线电监测管理区域，采集区域内的GIS地理位置数据，并在区域内进行环境信号参数测定；将GIS地理位置数据与环境信号参数进行绑定，得到内置GIS地理位置数据；通过设备经纬高数据在内置GIS地理位置数据中查询环境信号参数，对基础通信范围进行位置信息修正，得到修正通信范围；
所述设备电量信息，所述电量影响评估模块：在出厂阶段对无线电通信设备进行电量测试，采集不同电量下通信范围的衰减系数并进行存储；通过当前的设备电量信息查询对应的衰减系数，对修正通信范围进行电量信息修正，得到有效通信范围。
2.根据权利要求1所述的一种无线电信号监测管理系统，其特征在于，所述设备身份管理模块通过如下步骤管理设备身份：
获取本机的有效通信范围，并询问和应答有效通信范围内的其他无线电通信设备；
当与三台及以上其他无线电通信设备进行相互询问和应答时，进行组网节点判断；
当与两台其他无线电通信设备进行相互询问和应答时，进行中继节点判断；
当与一台其他无线电通信设备进行相互询问和应答时，进行边缘节点判断；
当与无一其他无线电通信设备进行相互询问和应答时，则认定为无线电距离过远；
其中，组网节点判断：将设备电量信息与电量阈值进行比较，当不低于第一电量阈值时，认定为组网节点；
中继节点判断：将设备电量信息与电量阈值进行比较，当不低于第二电量阈值时，认定为中继节点；
边缘节点判断：将设备电量信息与电量阈值进行比较，当不低于第三电量阈值时，认定为边缘节点；当设备电量信息低于第三电量阈值时，则认定为边缘节点且电量过低。
3.根据权利要求2所述的一种无线电信号监测管理系统，其特征在于，所述组网节点管理模块：维护并统计隶属于本机的节点线路，得到组网管理信息；当低于第一电量阈值时，判断隶属于本机的节点线路沿途的无线电通信设备是否均能找到能替代原有组网节点的新组网节点；若是，则将组网管理信息分发至新组网节点，并按照组网节点判断结果设备身份；若否，则忽略组网节点判断结果并继续以组网节点的设备身份维护隶属于本机的节点线路，直至电量过低或找寻到新组网节点。
4.根据权利要求3所述的一种无线电信号监测管理系统，其特征在于，所述中继节点管理模块：维护并统计与本机连接的无线电通信设备，并询问连接的无线电通信设备的设备身份；若与本机连接的无线电通信设备的设备身份为组网节点，则标记为线路起点，若为中继节点则标记为线路路径，若为边缘节点则标记为线路终点；将标记延节点线路上传至位于线路起点的组网节点，完成节点线路感知；
当低于第二电量阈值时，判断隶属于本机的节点线路沿途的无线电通信设备是否均能找到能替代原有中继节点的新中继节点；若是，则将新中继节点对组网管理信息进行更新，并按照组网节点判断结果设备身份；若否，则忽略中继节点判断结果并继续以中继节点的设备身份维护隶属于本机的节点线路，直至电量过低或找寻到新中继节点。
5.根据权利要求4所述的一种无线电信号监测管理系统，其特征在于，所述边缘节点管理模块通过如下步骤进行管理：
获取与本机连接的无线电通信设备的设备位置信息、设备电量信息和有效通信范围；
通过设备电量信息判断其他无线电通信设备是否存在电量风险；
通过设备位置信息和有效通信范围判断其他无线电通信设备是否存在距离风险；
筛选是否存在任一与本机连接的无线电通信设备且均不存在电量风险和距离风险；
若存在，则将该无线电通信设备所位于的节点线路作为主线路并优先选择通信；
若不存在，则判断为存在边缘脱离风险，并实时上传当前设备位置信息；
其中，电量风险：与本机连接的无线电通信设备的电量过低；距离风险：与本机连接的无线电通信设备的有效通信范围比本机有效通信范围小。
6.根据权利要求2所述的一种无线电信号监测管理系统，其特征在于，所述设备身份管理模块认定为无线电距离过远时：获取末次与其他无线电通信设备进行相互询问和应答时的设备位置信息，并与当前的设备位置信息构成折返路径，通过内置GIS地理位置数据按照折返路径进行折返导航。
7.根据权利要求2所述的一种无线电信号监测管理系统，其特征在于，所述设备身份管理模块认定为无线电电量过低时：仅保留无线电收发单元的接收功能，并以最小工作系统运行；当无线电收发单元进入其他无线电通信设备的有效通信范围内并接收到询问时，通过天线方向角数据确定进行询问的无线电通信设备的方位，启动无线电收发单元的发射功能并定向该方位发送应答，且将该方位通过内置GIS地理位置数据进行映射。
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