一種雙電源信道冗余的泄露電纜通信系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種雙電源信道冗余的泄露電纜通信系統(tǒng)及方法，適用于煤礦井下巷道中數據傳輸交流使用。包括始端直流饋電器、終端之路饋電器、泄露電纜、設在泄露電纜上的泄露電纜節(jié)點，泄露電纜節(jié)點包括射頻信號放大器、信號檢測模塊、中央處理單元、無線收發(fā)模塊及收發(fā)天線。始端直流饋電器和終端直流饋電器上均設有供電設備，提供直流電源和蓄電池供電，當泄露電纜斷裂時，依然能夠保證對泄露電纜節(jié)點的供電，同時泄露電纜節(jié)點在檢測到泄露電纜斷裂時會啟動無線連接，將數據通過無線傳輸通過斷裂處的泄露電纜，同時向與終端直流饋電器連接的上位機發(fā)送故障信息，并提示出發(fā)生故障的泄漏電纜節(jié)點編號，從而容易判斷出故障的位置，方便維修。
【專利說明】一種雙電源信道冗余的泄露電纜通信系統(tǒng)及方法
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種泄露電纜通信系統(tǒng)及方法，尤其適用于煤礦井下巷道中進行數據傳輸交流使用的雙電源信道冗余的泄露電纜通信系統(tǒng)及方法。
【【背景技術】】
[0002]煤礦巷道是帶狀非自由空間，破壞了地面無線電波在自由空間的傳播規(guī)律，地面無線電波通信在井下巷道中傳播收到限制，最遠通信距離不超過300m。由于煤礦井下生產環(huán)境特殊，條件比較惡劣，隨著現代化開采、運輸技術和裝備的大量應用，對礦井現代通信裝備的需求越來越迫切，特別是井下流動生產管理人員和礦井生產中存在的大量移動工作場地、生產裝備，對生產現場各種變化信息需要與生產調度系統(tǒng)及時溝通，并做出響應的決策和應急措施。信息的流通與順暢關系到煤礦高效生產、安全調度、搶險救災等方面工作，現階段煤礦理想的井下通信方式是移動通信模式，國內在井下移動通信技術的應用正處于發(fā)展階段。
[0003]泄露電纜通信是在封閉空間利用泄露電纜人為制造一個傳播媒介，使無線點播在電纜中傳播并不斷泄露到電纜附近的空間，無線電波灌滿整個巷道，從而保證了信號的連續(xù)性和可靠性。泄露電纜類似于傳輸線和天線的組合體，射頻電磁波能夠沿著泄露電纜一邊傳輸，一邊向周圍空間輻射，同時也接受它周圍的無線電波。泄露電纜覆蓋的井下巷道距離可以達到任意遠距離，長時間工作穩(wěn)定。安裝方便，井下所有設備由泄露電纜饋電，附加的建設成本較低，井下施工的難度小。泄露通信適應煤礦井下巷道和作業(yè)點，是近年來國際上采用的較先進的通信技術。
[0004]現有的泄露電纜通信系統(tǒng)均為一端供電，在泄露電纜因事故、電纜接頭處脫落等原因斷開后，射頻信號將不能夠連續(xù)的傳輸，這對煤礦井下實時通信是非常不利的，同時僅僅通過泄露電纜傳輸信息，如果泄露電纜中間產生斷裂則斷裂點后方的泄露電纜完全無法工作，而且無法定位斷裂點位置
【
【發(fā)明內容】
】
[0005]技術目的:針對上述技術中的不足之處，提供一種結構簡單，泄露電纜產生斷裂后任然能夠工作，并且可以確認產生斷裂點區(qū)間的雙電源信道冗余的泄露電纜通信系統(tǒng)及方法。
[0006]技術內容:為實現上述技術目的，本發(fā)明的一種雙電源信道冗余的泄露電纜通信系統(tǒng)，包括基站，始端直流饋電器、終端直流饋電器和泄露電纜，基站通過射頻電纜將射頻信號輸入直流饋電器的射頻輸入端，始端直流饋電器的輸出端通過泄露電纜串聯多個泄露電纜節(jié)點沿巷道布線從而形成信號覆蓋，泄露電纜通過終端直流饋電器與終端上位機相連接，所述分別設置在泄露電纜兩端的始端直流饋電器和終端直流饋電器上均連接有供電設備，供電設備將直流電流通過始端直流饋電器和終端直流饋電器的電流輸入端加載到泄露電纜上，所述供電設備包括電源管理電路，電源管理電路上分別連接有24V直流電源和本安型蓄電池。
[0007]所述的泄露電纜節(jié)點包括兩個通過射頻信號線和電源線相互連接的節(jié)點直流饋電器，所述兩個節(jié)點直流饋電器之間的射頻信號線上連接有射頻信號雙向放大器，射頻信號雙向放大器上順序連接有射頻模塊、中央處理單元、無線收發(fā)模塊和設置在無線收發(fā)模塊上的收發(fā)模塊電線，所述兩個節(jié)點直流饋電器之間的電源線上連接有節(jié)點電源模塊，節(jié)點電源模塊分別與雙向放大器順序連接有射頻模塊、中央處理單元、無線收發(fā)模塊均連接到節(jié)點電源模塊相連接并提供電源；所述的始端直流饋電器和終端直流饋電器型號為TJ-KD-C型饋電器；所述的節(jié)點直流饋電器為TJ-KD-Z型饋電器，射頻信號雙向放大器型號為DT1328-KTL91，射頻模塊為調制解調器，中央處理單元型號為STM32F芯片。
[0008]一種使用上述系統(tǒng)的雙電源信道冗余的泄露電纜通信方法，其步驟如下:
[0009]a.基站通過射頻電纜將射頻信號輸入直流饋電器的射頻輸入端，始端直流饋電器的輸出端通過泄露電纜沿著巷道串聯多個泄露電纜節(jié)點并連接到終端直流饋電器上，從而將信號覆蓋泄露電纜沿途的巷道，同時分別設置在始端直流饋電器和終端直流饋電器上的供電設備同時向泄露電纜供電，當泄露電纜節(jié)點無法從一端的供電設備中獲得供電時，可以通過另一端供電設備獲得正常工作的供電；
[0010]b.系統(tǒng)工作時，泄露電纜上編號為η的泄露電纜節(jié)點中的中央處理單元根據預設值每隔一個時間周期就通過泄露電纜向順序連接的下一個泄露電纜節(jié)點發(fā)射包含其編號的心跳信號，當編號為η+1的泄露電纜節(jié)點接收到心跳信號后就會發(fā)出反饋信號，同時向編號為η+2的泄露電纜節(jié)點發(fā)送包含自身編號的心跳信號；當編號為η的漏電纜節(jié)點的中央處理單元通過射頻模塊收到編號η+1的泄露電纜節(jié)點發(fā)射的反饋信號后通過射頻模塊控制射頻信號雙向放大器將泄露電纜上的數據信息放大后發(fā)送出去；
[0011]C.當編號為η的泄露電纜節(jié)點中的中央處理單元通過泄露電纜發(fā)送出去的心跳信號，在預設的時間間隔中沒有收到編號η+1的泄露電纜節(jié)點反饋回來的反饋信號時，判斷編號η的泄露電纜節(jié)點與編號η+1的泄露電纜節(jié)點之間的泄露電纜斷裂，此時，分別以泄露電纜斷裂處兩側的編號η泄露電纜節(jié)點與編號η+1泄露電纜節(jié)點作為邊界，編號η泄露電纜節(jié)點根據預先設定選擇性向上游泄露電纜節(jié)點發(fā)送開啟無線收發(fā)模塊信息，從而使編號η泄露電纜節(jié)點上游連接的幾個泄露電纜節(jié)點激活無線收發(fā)模塊，這些激活無線收發(fā)模塊的泄露電纜節(jié)點連同編號η泄露電纜節(jié)點組成節(jié)點集合S ;編號η+1泄露電纜節(jié)點根據預先設定選擇性向下游泄露電纜節(jié)點發(fā)送開啟無線收發(fā)模塊信息，從而使編號η+1泄露電纜節(jié)點下游連接的幾個泄露電纜節(jié)點激活無線收發(fā)模塊，這些激活無線收發(fā)模塊的泄露電纜節(jié)點連同編號η+1泄露電纜節(jié)點形成節(jié)點集合R，所述節(jié)點集合S與節(jié)點集合R內的泄露電纜節(jié)點只能與另一個集合里的泄露電纜節(jié)點無線組網；
[0012]d.當預先設定開啟無線收發(fā)模塊的泄露電纜節(jié)點節(jié)點集合S元素個數為I時，則編號η的泄露電纜節(jié)點作為無線組網數據轉發(fā)點，當預先設定開啟無線收發(fā)模塊的泄露電纜節(jié)點節(jié)點集合R元素個數為I時，則η+1泄露電纜節(jié)點作為無線組數據轉發(fā)點，當集合S元素個數大于I且集合R元素個數為I時，則激活無線收發(fā)模塊的泄露電纜節(jié)點以無線數據傳輸速率最大化為目標，構建隨機無線拓撲，從而建立泄露電纜斷裂處兩側的泄露電纜節(jié)點的無線信道，具體過程如下:
[0013]設，i為泄露電纜節(jié)點節(jié)點集合R內的節(jié)點，j為泄露電纜節(jié)點節(jié)點集合S內的節(jié)點，K.J為節(jié)點i和節(jié)點j之間距離的倒數，作為i和j節(jié)點之間的通信可靠性的近似；Ti, J為節(jié)點i將無線數據發(fā)送到節(jié)點j的概率；利用公式I定義衡量每個節(jié)點通信能力指標P i為每個節(jié)點的輸入數據包和輸出數據包的差值，即:
【權利要求】
1.一種雙電源信道冗余的泄露電纜通信系統(tǒng)，包括基站(I)，始端直流饋電器(2)、終端直流饋電器(3)和泄露電纜(4)，其特征在于:基站(I)通過射頻電纜將射頻信號輸入直流饋電器⑵的射頻輸入端，始端直流饋電器⑵的輸出端通過泄露電纜⑷串聯多個泄露電纜節(jié)點(5)沿巷道布線從而形成信號覆蓋，泄露電纜(4)通過終端直流饋電器(3)與終端上位機相連接，所述分別設置在泄露電纜(4)兩端的始端直流饋電器(2)和終端直流饋電器(3)上均連接有供電設備，供電設備將直流電流通過始端直流饋電器(2)和終端直流饋電器⑶的電流輸入端加載到泄露電纜⑷上，所述供電設備包括電源管理電路(6)，電源管理電路(6)上分別連接有24V直流電源(7)和本安型蓄電池(8)。
2.根據權利要求1所述的雙電源信道冗余的泄露電纜通信系統(tǒng)，其特征在于:所述的泄露電纜節(jié)點(5)包括兩個通過射頻信號線和電源線相互連接的節(jié)點直流饋電器(9)，所述兩個節(jié)點直流饋電器(9)之間的射頻信號線上連接有射頻信號雙向放大器(10)，射頻信號雙向放大器(10)上順序連接有射頻模塊(11)、中央處理單元(12)、無線收發(fā)模塊(13)和設置在無線收發(fā)模塊(13)上的收發(fā)模塊電線(14)，所述兩個節(jié)點直流饋電器(8)之間的電源線上連接有節(jié)點電源模塊(15)，節(jié)點電源模塊(15)分別與射頻信號雙向放大器(10)、射頻模塊(11)、中央處理單元(12)、無線收發(fā)模塊(13)相連接并提供電源。
3.根據權利要求1所述的雙電源信道冗余的泄露電纜通信系統(tǒng)，其特征在于:所述的始端直流饋電器(2)和終端直流饋電器(3)型號為TJ-KD-C型饋電器。
4.根據權利要求2所述的雙電源信道冗余的泄露電纜通信系統(tǒng)，其特征在于:所述的節(jié)點直流饋電器(9)為TJ-KD-Z型饋電器，射頻信號雙向放大器(10)型號為DT1328-KTL91，射頻模塊(11)為調制解調器，中央處理單元(12)型號為STM32F芯片。
5.一種使用權利要求2所述系統(tǒng)的雙電源信道冗余的泄露電纜通信方法，其特征在于步驟如下: a.基站(I)通過射頻電纜將射頻信號輸入直流饋電器(2)的射頻輸入端，始端直流饋電器(2)的輸出端通過泄露電纜(4)沿著巷道串聯多個泄露電纜節(jié)點(5)并連接到終端直流饋電器(3)上，從而將信號覆蓋泄露電纜(4)沿途的巷道，同時分別設置在始端直流饋電器(2)和終端直流饋電器(3)上的供電設備同時向泄露電纜⑷供電，當泄露電纜節(jié)點(5)無法從一端的供電設備中獲得供電時，可以通過另一端供電設備獲得正常工作的供電； b.系統(tǒng)工作時，泄露電纜(4)上編號為η的泄露電纜節(jié)點(5)中的中央處理單元(12)根據預設值每隔一個時間周期就通過泄露電纜(4)向順序連接的下一個泄露電纜節(jié)點(5)發(fā)射包含其編號的心跳信號，當編號為η+1的泄露電纜節(jié)點(5)接收到心跳信號后就會發(fā)出反饋信號，同時向編號為η+2的泄露電纜節(jié)點(5)發(fā)送包含自身編號的心跳信號；當編號為η的漏電纜節(jié)點(5)的中央處理單元(12)通過射頻模塊收到編號η+1的泄露電纜節(jié)點(5)發(fā)射的反饋信號后通過射頻模塊(11)控制射頻信號雙向放大器(10)將泄露電纜(4)上的數據信息放大后發(fā)送出去； c.當編號為η的泄露電纜節(jié)點(5)中的中央處理單元(12)通過泄露電纜(4)發(fā)送出去的心跳信號，在預設的時間間隔中沒有收到編號η+1的泄露電纜節(jié)點(5)反饋回來的反饋信號時，判斷編號η的泄露電纜節(jié)點(5)與編號η+1的泄露電纜節(jié)點(5)之間的泄露電纜⑷斷裂，此時，分別以泄露電纜⑷斷裂處兩側的編號η泄露電纜節(jié)點(5)與編號η+1泄露電纜節(jié)點(5)作為邊界，編號η泄露電纜節(jié)點(5)根據預先設定選擇性向上游泄露電纜節(jié)點(5)發(fā)送開啟無線收發(fā)模塊(13)信息，從而使編號η泄露電纜節(jié)點(5)上游連接的幾個泄露電纜節(jié)點(5)激活無線收發(fā)模塊(13)，這些激活無線收發(fā)模塊(13)的泄露電纜節(jié)點(5)連同編號η泄露電纜節(jié)點(5)組成節(jié)點集合S ;編號η+1泄露電纜節(jié)點(5)根據預先設定選擇性向下游泄露電纜節(jié)點(5)發(fā)送開啟無線收發(fā)模塊(13)信息，從而使編號η+1泄露電纜節(jié)點(5)下游連接的幾個泄露電纜節(jié)點(5)激活無線收發(fā)模塊(13)，這些激活無線收發(fā)模塊(13)的泄露電纜節(jié)點(5)連同編號η+1泄露電纜節(jié)點(5)形成節(jié)點集合R，所述節(jié)點集合S與節(jié)點集合R內的泄露電纜節(jié)點(5)只能與另一個集合里的泄露電纜節(jié)點(5)無線組網； d.當預先設定開啟無線收發(fā)模塊(13)的泄露電纜節(jié)點(5)節(jié)點集合S元素個數為I時，則編號η的泄露電纜節(jié)點(5)作為無線組網數據轉發(fā)點，當預先設定開啟無線收發(fā)模塊(13)的泄露電纜節(jié)點(5)節(jié)點集合R元素個數為I時，貝IJ η+1泄露電纜節(jié)點(5)作為無線組數據轉發(fā)點，當集合S元素個數大于I且集合R元素個數為I時，則激活無線收發(fā)模塊(13)的泄露電纜節(jié)點(5)以無線數據傳輸速率最大化為目標，構建隨機無線拓撲，從而建立泄露電纜(4)斷裂處兩側的泄露電纜節(jié)點(5)的無線信道，具體過程如下: 設，i為泄露電纜節(jié)點(5)節(jié)點集合R內的節(jié)點，j為泄露電纜節(jié)點(5)節(jié)點集合S內的節(jié)點，K ,j為節(jié)點i和節(jié)點j之間距離的倒數，作為i和j節(jié)點之間的通信可靠性的近似為節(jié)點i將無線數據發(fā)送到節(jié)點j的概率；利用公式I定義衡量每個節(jié)點通信能力指標P i為每個節(jié)點的輸入數據包和輸出數據包的差值，即: P, = ?(-- —α'Λ/), 'e R、ie sI 從而在集合R內的節(jié)點和集合S內的節(jié)點之間建立網絡總通信能力最強的無線通信信道組合； e.泄露電纜(4)斷裂處兩側的泄露電纜節(jié)點(5)通過組建的無線信道傳輸數據，具體步驟為，斷裂處上游組建無線信道的泄露電纜節(jié)點(5)，其內部的中央處理單元(12)控制射頻信號雙向放大器(10)將接收到的信息通過射頻模塊(11)轉換為帶有編號的數據包，將數據包使用無線收發(fā)模塊(13)和收發(fā)模塊天線(14)向斷裂處下游建立無線信道的泄露電纜節(jié)點(5)發(fā)送出去，下游漏電纜節(jié)點(5)通過其內部的收發(fā)模塊(13)上的收發(fā)模塊天線(14)接收帶有編號的數據包，之后通過下游漏電纜節(jié)點(5)的射頻模塊(11)將數據包轉換并通過射頻信號雙向放大器(10)將數據信息發(fā)大后延輸出端的泄露電纜(4)發(fā)送出去。
6.根據權利要求5所述的雙電源信道冗余的泄露電纜通信方法，其特征在于:當建立無線通信信道中起接收作用的下游漏電纜節(jié)點(5)接收到的帶有編號的數據包的編號缺失時，通過無線收發(fā)模塊(13)向建立無線通信信道的上游的漏電纜節(jié)點(5)再次發(fā)送缺失編號數據包的請求，建立無線通信信道的上游的漏電纜節(jié)點(5)收到請求后再次發(fā)送請求編號的數據包。
7.根據權利要求5所述的雙電源信道冗余的泄露電纜通信方法，其特征在于:當泄露電纜(4)斷裂處下游編號的漏電纜節(jié)點(5)通過無線接收到的數據包均添加警告標示和泄露電纜(4)產生斷裂處兩側泄露電纜節(jié)點(5)的編號，當帶有警告標示和泄露電纜節(jié)點(5)的編號的數據通過終端直流饋電器(3)發(fā)送到上位機中后，上位機發(fā)出故障警告，并提示故障位置處于編號η漏電纜節(jié)點(5)與η+1漏電纜節(jié)點(5)之間。
8.根據權利要求5所述的雙電源信道冗余的泄露電纜通信方法，其特征在于:當24V直流電源(7)斷路時，源管理電路(6)切換本安型蓄電池⑶供電。
【文檔編號】H04L12/10GK104200636SQ201410482882
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權日:2014年9月19日
【發(fā)明者】胡延軍, 陳春旭, 張靖, 賀信, 張雷, 丁恩杰 申請人:中國礦業(yè)大學