CN103248398B - 一种矿用多业务通信*** - Google Patents

Abstract

一种矿用多业务通信***，包括移动智能终端、无线接入中继终端及地面服务器；其中，所述移动智能终端包括处理器模块、触屏模块、UWB通信模块、拾音放音模块、摄像头模块，所述移动智能终端由矿工随身携带，所述无线接入中继终端包括控制器、存储模块、有线通信模块、射频通信模块和UWB通信模块，所述无线接入中继终端安装在矿井巷道壁上，所述移动智能终端通过UWB通信模块与无线接入中继终端连接，所述无线接入中继终端与地面服务器连接。本发明提供一种低功率、本安型的移动智能终端，支持语音、短信通信及图像视频的采集与通信；在网络结构受损时可自动快速重构，及时恢复网络的通信；并可作为井下监控***的一部分，实现综合化管理。

Description

一种矿用多业务通信***

技术领域

本发明涉及多业务通信技术领域，尤其涉及一种基于UWB技术的矿用多业务通信***。

背景技术

矿用通信***是保障矿山信息畅通、安全生产、紧急救援的基础。近年来，随着国家对“智慧矿山”工作的推进，矿山的通信条件与通信水平得到了极大的提高。矿用无线通信***逐渐兴起，井下的通信设备由最初的防爆电话机逐渐变为现在广泛使用的移动通信终端，矿工在井下作业时可使用手机进行沟通交流。

尽管无线通信技术已经在矿山通信***中得到了应用，但是，井下通信与地面通信有很大的差异，这主要是由于井下的环境非常恶劣、复杂，矿井巷道结构与地质结构等因素对无线通信的影响非常强烈，此外，由于井下坑道内空气中瓦斯与粉尘的含量通常会比较高，易于发生***，因此要求移动通信设备必须是低功率的本安型设备，这些要求导致无线通信技术在矿井中的应用受到了限制。

超宽带技术（Ultra Wideband，UWB）是一种无载波的无线通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。UWB具有传输速率高、功耗低、发射功率小、多径分辨能力强、定位精度高（厘米级）、安全性高等诸多优点，可以应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、安全检测、位置测定、雷达等众多领域。

目前我国矿用无线通信***中存在的问题主要有：（1）缺乏可靠的、覆盖面宽的移动通信***；（2）通信***的网络化、综合化、自动化程度不够高；（3）通信***的抗灾害、事故的能力较差。目前矿用通信***大部分以有线通信为主，一旦发生灾害事故，线路极易损坏，造成通信中断，而矿用通信***的要求恰恰在于愈是重大灾害事故，愈需要保证通信的畅通。因此如何将UWB技术运用至矿用通信***已经成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于一种基于UWB技术的矿用多业务通信***，克服目前矿用通信***中存在的不足，所述矿用多业务通信***不仅支持语音通信，而且还支持包括短信、图像、视频等数据通信，同时还提供定位服务，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种矿用多业务通信***，包括移动智能终端、无线接入中继终端及地面服务器；其中，所述移动智能终端包括处理器模块、触屏模块、UWB通信模块、拾音放音模块、摄像头模块，所述移动智能终端由矿工随身携带；所述无线接入中继终端包括控制器、存储模块、有线通信模块、射频通信模块和UWB通信模块，所述无线接入中继终端安装在矿井巷道壁上，所述移动智能终端通过UWB通信模块与无线接入中继终端连接，所述无线接入中继终端与地面服务器连接。

在本发明中，所述移动智能终端中，触屏模块、UWB通信模块、拾音放音模块及摄像头模块分别与处理器模块双向连接。

在本发明中，所述处理器模块采用Intel公司Atom Z2580芯片。

在本发明中，所述触屏模块采用Cypress公司TrueTouch Gen4X芯片。

在本发明中，所述UWB通信模块采用Freescale公司XS110 UWB芯片组。

在本发明中，所述摄像头模块采用Samsung公司S5K3H2YX芯片。

在本发明中，所述拾音放音模块采用防水防爆飞碟拾音器，用于在矿井内保持高质量的通话，保证通信的畅通。

在本发明中，所述处理器模块是移动智能终端核心，管理和控制其他模块工作，触屏模块用于接收用户输入，并将处理结果呈现给用户；UWB通信模块用于无线通信；摄像头模块用于采集周围环境的视频或图像信息。

在本发明中，所述无线接入中继终端中，存储模块、有线通信模块、射频通信模块和UWB通信模块分别与控制器双向连接。

在本发明中，所述控制器采用Samsung公司S3C6410芯片。

在本发明中，所述存储模块包括SDRAM单元和Flash单元，其中，SDRAM单元采用Samsung公司K4X51163PC-LGC3芯片，Flash单元采用Samsung公司K9F2G08芯片。

在本发明中，所述有线通信模块采用DAVICOM公司DM9000A芯片。

在本发明中，所述射频通信模块采用Nordic公司nRF24L01芯片。

在本发明中，所述UWB通信模块采用Freescale公司XS110 UWB芯片组。

在本发明中，所述矿用多业务通信***中通信包括：

（1） 移动智能终端间的通信；

（2） 移动智能终端与无线接入中继终端的通信；

（3） 无线接入中继终端间的通信；

（4） 无线接入中继终端与地面服务器的通信。

在本发明中，所述矿用多业务通信***中采用的连接方式如下：

（1）无线接入中继终端间同时具有有线通信和无线通信，但优先使用有线通信，只有在有线通信中断时才使用无线通信，其中，无线通信采用IEEE 802.11标准，有线通信采用IEEE802.3标准；

（2） 无线接入中继终端与地面服务器间同时具有有线通信和无线通信，但优先使用有线通信，只有在有线通信中断时才使用无线通信，其中，无线通信采用IEEE 802.11标准，有线通信采用IEEE802.3标准；

（3） 移动智能终端和无线接入中继终端间采用无线通信，无线通信为UWB通信模块；

（4） 相邻移动智能终端间的通信采用UWB通信模块直接入网与退网，不相邻的移动智能终端间的通信将通过第三方移动智能终端中继或无线接入中继终端进行入网与退网。

在本发明中，所述矿用多业务通信***中的移动智能终端入网与退网方式如下：

入网：移动智能终端周期性广播信号宣告自身存在，接收邻近移动智能终端发出的信号，并根据接收到的信息更新临近移动智能终端的信息，同时搜寻附近可用的无线接入中继终端，向信号最好的无线接入中继终端提出入网申请，无线接入中继终端收到入网请求后向提出入网申请的移动智能终端发准许入网信息，确定移动智能终端的接入关系，移动智能终端接收到准许入网信息后确定接入的无线接入中继终端，并维持与无线接入中继终端联系，若未收到准许入网信息，则重新提出入网申请，只有当移动智能终端失去与原有无线接入中继终端联系后，移动智能终端才能重新找寻其他的无线接入中继终端，并通过新的无线接入中继终端加入网络；若移动智能终端附近没有可用的无线接入中继终端，则向临近的已经入网的移动智能终端发出入网请求，通过已经入网的临近的移动智能终端加入网络；

退网：当无线接入中继终端失去与移动智能终端的联系后，则自动解除与移动智能终端的接入关系，当已入网移动智能终端失去与通过自身入网的移动智能终端的联系后，解除此移动智能终端的接入关系。

在本发明中，基于上述矿用多业务通信***中的移动智能终端入网与退网工作方式，本发明还包括一种多业务通信的拨号方法，具体包括步骤如下：

（1）地面服务器中存储有每台移动智能终端的用户信息、MAC地址(Media Access Control Address，媒体访问控制地址）以及号码信息，并采用三元组<用户ID、MAC地址、号码>组成的地面服务器用户表保存三者的对应关系，号码中的全零码保留，用于紧急情况下广播呼叫；

（2）将所有无线接入中继终端根据其与地面服务器的位置关系建立起一个树形结构的网络，确定每个无线接入中继终端的前驱接入和后继接入关系；

（3）在无线接入中继终端与已入网的移动智能终端中保存由三元组<号码、MAC地址、下一中继>组成的无线接入中继终端服务表，表中条目根据网络情况更新，当移动智能终端申请入网时，批准其入网的无线接入中继终端或已入网的移动智能终端将根据其MAC地址申请从地面服务器的地面服务器用户表中获取< MAC地址、号码>信息，当地面服务器返回此信息时，在沿途的无线接入中继终端及已入网的移动智能终端中更新无线接入中继终端服务表的内容；

（4）当用户在移动智能终端拨号时，移动智能终端通过自身的接入无线接入中继终端，在无线接入中继终端服务表网内逐层查询目标移动智能终端的信息，直到找到目标移动智能终端的接入宿主，而后通过宿主发出通信请求，目标移动智能终端应答后，建立起双方间的通信链路，实现移动智能终端间通信；

（5） 在特殊的紧急情况下，用户拨打全零号码，此信息将向所有接收到此信息的移动智能终端发起通信请求。

有益效果

（1）本发明提供一种低功率、本安型的移动智能终端，支持语音、短信通信以及图像视频的采集与通信；

（2）当所述矿用多业务通信***的网络结构受损时，可自动快速重构，及时恢复网络的通信，保证通信的畅通；

（3）所述矿用多业务通信***可以作为井下监控***的一部分，以实现综合化的人员定位、井下监控等功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中移动智能终端的结构示意图。

图3为本发明中无线接入中继终端的结构示意图。

图4为本发明中多业务通信拨号方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1、图2、图3、图4的一种矿用多业务通信***，包括地面服务器1、无线接入中继终端2及移动智能终端3；其中，所述移动智能终端3包括处理器模块、触屏模块、UWB通信模块、拾音放音模块、摄像头模块，所述移动智能终端3由矿工随身携带，所述无线接入中继终端2包括控制器、存储模块、有线通信模块、射频通信模块和UWB通信模块，所述无线接入中继终端2安装在矿井巷道壁上，所述移动智能终端3通过UWB通信模块与无线接入中继终端2连接，所述无线接入中继终端2与地面服务器1连接。

在本实施例中，所述移动智能终端3中，触屏模块、UWB通信模块、拾音放音模块及摄像头模块分别与处理器模块双向连接。

在本实施例中，所述处理器模块采用Intel公司Atom Z2580芯片。

在本实施例中，所述触屏模块采用Cypress公司TrueTouch Gen4X芯片。

在本实施例中，所述UWB通信模块采用Freescale公司XS110 UWB芯片组。

在本实施例中，所述摄像头模块采用Samsung公司S5K3H2YX芯片。

在本实施例中，所述拾音放音模块采用防水防爆飞碟拾音器，用于在矿井内保持高质量的通话，保证通信的畅通。

在本实施例中，所述无线接入中继终端2中，存储模块、有线通信模块、射频通信模块和UWB通信模块分别与控制器双向连接。

在本实施例中，所述控制器采用Samsung公司S3C6410芯片。

在本实施例中，所述存储模块中，SDRAM单元采用Samsung公司K4X51163PC-LGC3芯片，Flash单元采用Samsung公司K9F2G08芯片。

在本实施例中，所述有线通信模块采用DAVICOM公司DM9000A芯片。

在本实施例中，所述射频通信模块采用Nordic公司nRF24L01芯片。

在本实施例中，所述UWB通信模块采用Freescale公司XS110 UWB芯片组。

在本实施例中，所述矿用多业务通信***中采用的连接方式如下：

（1）无线接入中继终端2间同时具有有线通信和无线通信，但优先使用有线通信，只有在有线通信中断时才使用无线通信，其中，无线通信采用IEEE 802.11标准，有线通信采用IEEE802.3标准；

（2）无线接入中继终端2与地面服务器1间同时具有有线通信和无线通信，但优先使用有线通信，只有在有线通信中断时才使用无线通信，其中，无线通信采用IEEE 802.11标准，有线通信采用IEEE802.3标准；

（3）移动智能终端3和无线接入中继终端2间采用无线通信，无线通信为UWB通信模块；

（4）相邻移动智能终端3间的通信采用UWB通信模块直接入网与退网，不相邻的移动智能终端3间的通信将通过第三方移动智能终端3中继或无线接入中继终端2进行入网与退网。

在本实施例中，所述矿用多业务通信***中的移动智能终端3入网与退网方式如下：

 入网：移动智能终3端周期性广播信号宣告自身存在，接收邻近移动智能终端3发出的信号，并根据接收到的信息更新临近移动智能终端3的信息，同时搜寻附近可用的无线接入中继终端2，向信号最好的无线接入中继终端2提出入网申请，无线接入中继终端2收到入网请求后向提出入网申请的移动智能终端3发准许入网信息，确定移动智能终端3的接入关系，移动智能终端3接收到准许入网信息后确定接入的无线接入中继终端2，并维持与无线接入中继终端2联系，若未收到准许入网信息，则重新提出入网申请，只有当移动智能终端3失去与原有无线接入中继终端2联系后，移动智能终端3才能重新找寻其他的无线接入中继终端2，并通过新的无线接入中继终端2加入网络；若移动智能终端3附近没有可用的无线接入中继终端2，则向临近的已经入网的移动智能终端3发出入网请求，通过已经入网的临近的移动智能终端3加入网络；

退网：当无线接入中继终端2失去与移动智能终端3的联系后，则自动解除与移动智能终端3的接入关系，当已入网移动智能终端3失去与通过自身入网的移动智能终端3的联系后，解除此移动智能终端3的接入关系。

在本实施例中，基于上述矿用多业务通信***中的移动智能终端3入网与退网工作方式，本实施例还包括一种多业务通信的拨号方法，具体包括步骤如下：

（1）地面服务器1中存储有每台移动智能终端3的用户信息、MAC地址(Media Access Control Address，媒体访问控制地址）以及号码信息，并采用三元组<用户ID、MAC地址、号码>组成的地面服务器用户表保存三者的对应关系，号码中的全零码保留，用于紧急情况下广播呼叫；

（2）将所有无线接入中继终端2根据其与地面服务器3的位置关系建立起一个树形结构的网络，确定每个无线接入中继终端2的前驱接入和后继接入关系；

（3）在无线接入中继终端2与已入网的移动智能终端3中保存由三元组<号码、MAC地址、下一中继>组成的无线接入中继终端服务表，表中条目根据网络情况更新，当移动智能终端3申请入网时，批准其入网的无线接入中继终端2或已入网的移动智能终端3将根据其MAC地址申请从地面服务器1的地面服务器用户表中获取< MAC地址、号码>信息，当地面服务器1返回此信息时，在沿途的无线接入中继终端2及已入网的移动智能终端3中更新无线接入中继终端服务表的内容；

（4）当用户在移动智能终端3拨号时，移动智能终端3通过自身的接入无线接入中继终端2，在无线接入中继终端服务表网内逐层查询目标移动智能终端3的信息，直到找到目标移动智能终端3的接入宿主，而后通过宿主发出通信请求，目标移动智能终端3应答后，建立起双方间的通信链路，实现移动智能终端3间通信；

（5）在特殊的紧急情况下，用户拨打全零号码，此信息将向所有接收到此信息的移动智能终端3发起通信请求。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种基于矿用多业务通信***的多业务通信的拨号方法，基于矿用多业务通信***中的移动智能终端入网与退网工作方式，其特征在于，所述移动智能终端入网与退网工作方式包括：

入网：移动智能终端周期性广播信号宣告自身存在，接收邻近移动智能终端发出的信号，并根据接收到的信息更新临近移动智能终端的信息，同时搜寻附近可用的无线接入中继终端，向信号最好的无线接入中继终端提出入网申请，无线接入中继终端收到入网请求后向提出入网申请的移动智能终端发准许入网信息，确定移动智能终端的接入关系，移动智能终端接收到准许入网信息后确定接入的无线接入中继终端，并维持与无线接入中继终端联系，若未收到准许入网信息，则重新提出入网申请，只有当移动智能终端失去与原有无线接入中继终端联系后，移动智能终端才能重新找寻其他的无线接入中继终端，并通过新的无线接入中继终端加入网络；若移动智能终端附近没有可用的无线接入中继终端，则向临近的已经入网的移动智能终端发出入网请求，通过已经入网的临近的移动智能终端加入网络；

退网：当无线接入中继终端失去与移动智能终端的联系后，则自动解除与移动智能终端的接入关系，当已入网移动智能终端失去与通过自身入网的移动智能终端的联系后，解除此移动智能终端的接入关系；

而基于上述移动智能终端入网与退网工作方式的基于矿用多业务通信***的多业务通信的拨号方法包括如下步骤：

（1）地面服务器中存储有每台移动智能终端的用户信息、MAC地址以及号码信息，并采用三元组<用户ID、MAC地址、号码>组成的地面服务器用户表保存三者的对应关系，号码中的全零码保留，用于紧急情况下广播呼叫；

（2）将所有无线接入中继终端根据其与地面服务器的位置关系建立起一个树形结构的网络，确定每个无线接入中继终端的前驱接入和后继接入关系；

（3）在无线接入中继终端与已入网的移动智能终端中保存由三元组<号码、MAC地址、下一中继>组成的无线接入中继终端服务表，表中条目根据网络情况更新，当移动智能终端申请入网时，批准其入网的无线接入中继终端或已入网的移动智能终端将根据其MAC地址申请从地面服务器的地面服务器用户表中获取< MAC地址、号码>信息，当地面服务器返回此信息时，在沿途的无线接入中继终端及已入网的移动智能终端中更新无线接入中继终端服务表的内容；

（4）当用户在移动智能终端拨号时，移动智能终端通过自身的接入无线接入中继终端，在无线接入中继终端服务表网内逐层查询目标移动智能终端的信息，直到找到目标移动智能终端的接入宿主，而后通过宿主发出通信请求，目标移动智能终端应答后，建立起双方间的通信链路，实现移动智能终端间通信；

（5）在特殊的紧急情况下，用户拨打全零号码，此信息将向所有接收到此信息的移动智能终端发起通信请求。