專利名稱：一種礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多業(yè)務通信技術領域，尤其涉及一種基于UWB技術的礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)。
背景技術：
礦用通信系統(tǒng)是保障礦山信息暢通、安全生產、緊急救援的基礎。近年來，隨著國家對“智慧礦山”工作的推進，礦山的通信條件與通信水平得到了極大的提高。礦用無線通信系統(tǒng)逐漸興起，井下的通信設備由最初的防爆電話機逐漸變?yōu)楝F在廣泛使用的移動通信終端，礦工在井下作業(yè)時可使用手機進行溝通交流。盡管無線通信技術已經在礦山通信系統(tǒng)中得到了應用，但是，井下通信與地面通信有很大的差異，這主要是由于井下的環(huán)境非常惡劣、復雜，礦井巷道結構與地質結構等因素對無線通信的影響非常強烈，此外，由于井下坑道內空氣中瓦斯與粉塵的含量通常會比較高，易于發(fā)生爆炸，因此要求移動通信設備必須是低功率的本安型設備，這些要求導致無線通信技術在礦井中的應用受到了限制。超寬帶技術(Ultra Wideband,UWB)是一種無載波的無線通信技術,利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據。UffB具有傳輸速率高、功耗低、發(fā)射功率小、多徑分辨能力強、定位精度高(厘米級)、安全性高等諸多優(yōu)點，可以應用于室內通信、高速無線LAN、家庭網絡、安全檢測、位置測定、雷達等眾多領域。目前我國礦用無線通信系統(tǒng)中存在的問題主要有:(1)缺乏可靠的、覆蓋面寬的移動通信系統(tǒng)；(2)通信系統(tǒng)的網絡化、綜合化、自動化程度不夠高；(3)通信系統(tǒng)的抗災害、事故的能力較差。目前礦用通信系統(tǒng)大部分以有線通信為主，一旦發(fā)生災害事故，線路極易損壞，造成通信中斷 ，而礦用通信系統(tǒng)的要求恰恰在于愈是重大災害事故，愈需要保證通信的暢通。因此如何將UWB技術運用至礦用通信系統(tǒng)已經成為本領域亟待解決的技術問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明所解決的技術問題在于一種基于UWB技術的礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)，克服目前礦用通信系統(tǒng)中存在的不足，所述礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)不僅支持語音通信，而且還支持包括短信、圖像、視頻等數據通信，同時還提供定位服務，以解決上述背景技術中的缺點。本發(fā)明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現:
一種礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)，包括移動智能終端、無線接入中繼終端及地面服務器；其中，所述移動智能終端包括處理器模塊、觸屏模塊、UffB通信模塊、拾音放音模塊、攝像頭模塊，所述移動智能終端由礦工隨身攜帶；所述無線接入中繼終端包括控制器、存儲模塊、有線通信模塊、射頻通信模塊和UWB通信模塊，所述無線接入中繼終端安裝在礦井巷道壁上，所述移動智能終端通過UWB通信模塊與無線接入中繼終端連接，所述無線接入中繼終端與地面服務器連接。
在本發(fā)明中，所述移動智能終端中，觸屏模塊、UWB通信模塊、拾音放音模塊及攝像頭模塊分別與處理器模塊雙向連接。在本發(fā)明中，所述處理器模塊采用Intel公司Atom Z2580芯片。在本發(fā)明中，所述觸屏模塊采用Cypress公司TrueTouch Gen4X芯片。在本發(fā)明中，所述UWB通信模塊采用Freescale公司XSllO UffB芯片組。在本發(fā)明中，所述攝像頭模塊采用Samsung公司S5K3H2YX芯片。在本發(fā)明中，所述拾音放音模塊采用防水防爆飛碟拾音器，用于在礦井內保持高質量的通話，保證通信的暢通。在本發(fā)明中，所述處理器模塊是移動智能終端核心，管理和控制其他模塊工作，觸屏模塊用于接收用戶輸入，并將處理結果呈現給用戶；UWB通信模塊用于無線通信；攝像頭模塊用于采集周圍環(huán)境的視頻或圖像信息。在本發(fā)明中，所述無線接入中繼終端中，存儲模塊、有線通信模塊、射頻通信模塊和UWB通信模塊分別與控制器雙向連接。在本發(fā)明中，所述控制器米用Samsung公司S3C6410芯片。在本發(fā)明中，所述存儲模塊包括SDRAM單元和Flash單元，其中，SDRAM單元采用Samsung 公司 K4X51163PC-LGC3 芯片，Flash 單元采用 Samsung 公司 K9F2G08 芯片。在本發(fā)明中，所述有線通信模塊采用DAVIC0M公司DM9000A芯片。在本發(fā)明中，所述 射頻通信模塊采用Nordic公司nRF24L01芯片。在本發(fā)明中，所述UWB通信模塊采用Freescale公司XSllO UffB芯片組。在本發(fā)明中，所述礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)中通信包括:
(O移動智能終端間的通信；
(2)移動智能終端與無線接入中繼終端的通信；
(3)無線接入中繼終端間的通信；
(4)無線接入中繼終端與地面服務器的通信。在本發(fā)明中，所述礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)中采用的連接方式如下:
(1)無線接入中繼終端間同時具有有線通信和無線通信，但優(yōu)先使用有線通信，只有在有線通信中斷時才使用無線通信，其中，無線通信采用IEEE 802.11標準，有線通信采用IEEE802.3 標準；
(2)無線接入中繼終端與地面服務器間同時具有有線通信和無線通信，但優(yōu)先使用有線通信，只有在有線通信中斷時才使用無線通信，其中，無線通信采用IEEE 802.11標準，有線通信采用IEEE802.3標準；
(3)移動智能終端和無線接入中繼終端間采用無線通信，無線通信為UWB通信模塊；
(4)相鄰移動智能終端間的通信采用UWB通信模塊直接入網與退網，不相鄰的移動智能終端間的通信將通過第三方移動智能終端中繼或無線接入中繼終端進行入網與退網。在本發(fā)明中，所述礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)中的移動智能終端入網與退網方式如下: 入網:移動智能終端周期性廣播信號宣告自身存在，接收鄰近移動智能終端發(fā)出的信
號，并根據接收到的信息更新臨近移動智能終端的信息，同時搜尋附近可用的無線接入中繼終端，向信號最好的無線接入中繼終端提出入網申請，無線接入中繼終端收到入網請求后向提出入網申請的移動智能終端發(fā)準許入網信息，確定移動智能終端的接入關系，移動智能終端接收到準許入網信息后確定接入的無線接入中繼終端，并維持與無線接入中繼終端聯系，若未收到準許入網信息，則重新提出入網申請，只有當移動智能終端失去與原有無線接入中繼終端聯系后，移動智能終端才能重新找尋其他的無線接入中繼終端，并通過新的無線接入中繼終端加入網絡；若移動智能終端附近沒有可用的無線接入中繼終端，則向臨近的已經入網的移動智能終端發(fā)出入網請求，通過已經入網的臨近的移動智能終端加入網絡；
退網:當無線接入中繼終端失去與移動智能終端的聯系后，則自動解除與移動智能終端的接入關系，當已入網移動智能終端失去與通過自身入網的移動智能終端的聯系后，解除此移動智能終端的接入關系。在本發(fā)明中，基于上述礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)中的移動智能終端入網與退網工作方式，本發(fā)明還包括一種多業(yè)務通信的撥號方法，具體包括步驟如下:
(1)地面服務器中存儲有每臺移動智能終端的用戶信息、MAC地址(MediaAccessControl Address,媒體訪問控制地址)以及號碼信息，并采用三元組〈用戶ID、MAC地址、號碼〉組成的地面服務器用戶表保存三者的對應關系，號碼中的全零碼保留，用于緊急情況下廣播呼叫；
(2)將所有無線接入中繼終端根據其與地面服務器的位置關系建立起一個樹形結構的網絡，確定每個無線接入中繼終端的前驅接入和后繼接入關系；
(3)在無線接入中繼終端與已入網的移動智能終端中保存由三元組〈號碼、MAC地址、下一中繼〉組成的無線接入中繼終端服務表，表中條目根據網絡情況更新，當移動智能終端申請入網時，批準其入網的無線接入中繼終端或已入網的移動智能終端將根據其MAC地址申請從地面服務器的地面服務器用戶表中獲取〈MAC地址、號碼 > 信息，當地面服務器返回此信息時，在沿途的無線接入中繼終端及已入網的移動智能終端中更新無線接入中繼終端服務表的內容；
(4)當用戶在移動智能終端撥號時，移動智能終端通過自身的接入無線接入中繼終端，在無線接入中繼終端服務表網內逐層查詢目標移動智能終端的信息，直到找到目標移動智能終端的接入宿主,而后通過宿主發(fā)出通信請求，目標移動智能終端應答后,建立起雙方間的通信鏈路，實現移動智能終端間通信；
(5)在特殊的緊急情況下，用戶撥打全零號碼，此信息將向所有接收到此信息的移動智能終端發(fā)起通信請求。有益效果
(1)本發(fā)明提供一種低功率、本安型的移動智能終端，支持語音、短信通信以及圖像視頻的采集與通信；
(2)當所述礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)的網絡結構受損時，可自動快速重構，及時恢復網絡的通信，保證通信的暢通；
(3)所述礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)可以作為井下監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，以實現綜合化的人員定位、井下監(jiān)控等功能。
圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
圖2為本發(fā)明中移動智能終端的結構示意圖。圖3為本發(fā)明中無線接入中繼終端的結構示意圖。圖4為本發(fā)明中多業(yè)務通信撥號方法流程圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。參見圖1、圖2、圖3、圖4的一種礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)，包括地面服務器1、無線接入中繼終端2及移動智能終端3 ;其中，所述移動智能終端3包括處理器模塊、觸屏模塊、UWB通信模塊、拾音放音模塊、攝像頭模塊，所述移動智能終端3由礦工隨身攜帶，所述無線接入中繼終端2包括控制器、存儲模塊、有線通信模塊、射頻通信模塊和UWB通信模塊，所述無線接入中繼終端2安裝在礦井巷道壁上，所述移動智能終端3通過UWB通信模塊與無線接入中繼終端2連接，所述無線接入中繼終端2與地面服務器I連接。在本實施例中，所述移動智能終端3中，觸屏模塊、UWB通信模塊、拾音放音模塊及攝像頭模塊分別與處理器模塊雙向連接。在本實施例中，所述處理器模塊采用Intel公司Atom Z2580芯片。在本實施例中，所述觸屏模塊采用Cypress公司TrueTouch Gen4X芯片。在本實施例中，所述UWB通信模塊采用Freescale公司XSllO UffB芯片組。在本實施例中，所述攝像頭模塊采用Samsung公司S5K3H2YX芯片。在本實施例 中，所述拾音放音模塊采用防水防爆飛碟拾音器，用于在礦井內保持高質量的通話，保證通信的暢通。在本實施例中，所述無線接入中繼終端2中，存儲模塊、有線通信模塊、射頻通信模塊和UWB通信模塊分別與控制器雙向連接。在本實施例中，所述控制器米用Samsung公司S3C6410芯片。在本實施例中，所述存儲模塊中，SDRAM單元采用Samsung公司K4X51163PC-LGC3芯片，Flash單元采用Samsung公司K9F2G08芯片。 在本實施例中，所述有線通信模塊采用DAVIC0M公司DM9000A芯片。在本實施例中，所述射頻通信模塊采用Nordic公司nRF24L01芯片。在本實施例中，所述UWB通信模塊采用Freescale公司XSllO UffB芯片組。在本實施例中，所述礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)中采用的連接方式如下:
(1)無線接入中繼終端2間同時具有有線通信和無線通信，但優(yōu)先使用有線通信，只有在有線通信中斷時才使用無線通信，其中，無線通信采用IEEE 802.11標準，有線通信采用IEEE802.3 標準；
(2)無線接入中繼終端2與地面服務器I間同時具有有線通信和無線通信，但優(yōu)先使用有線通信，只有在有線通信中斷時才使用無線通信，其中，無線通信采用IEEE 802.11標準，有線通信采用IEEE802.3標準；
(3)移動智能終端3和無線接入中繼終端2間采用無線通信，無線通信為UWB通信模
塊；
(4)相鄰移動智能終端3間的通信采用UWB通信模塊直接入網與退網，不相鄰的移動智能終端3間的通信將通過第三方移動智能終端3中繼或無線接入中繼終端2進行入網與退網。在本實施例中，所述礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)中的移動智能終端3入網與退網方式如下:
入網:移動智能終3端周期性廣播信號宣告自身存在，接收鄰近移動智能終端3發(fā)出的信號，并根據接收到的信息更新臨近移動智能終端3的信息，同時搜尋附近可用的無線接入中繼終端2，向信號最好的無線接入中繼終端2提出入網申請，無線接入中繼終端2收到入網請求后向提出入網申請的移動智能終端3發(fā)準許入網信息，確定移動智能終端3的接入關系，移動智能終端3接收到準許入網信息后確定接入的無線接入中繼終端2，并維持與無線接入中繼終端2聯系，若未收到準許入網信息，則重新提出入網申請，只有當移動智能終端3失去與原有無線接入中繼終端2聯系后，移動智能終端3才能重新找尋其他的無線接入中繼終端2，并通過新的無線接入中繼終端2加入網絡；若移動智能終端3附近沒有可用的無線接入中繼終端2，則向臨近的已經入網的移動智能終端3發(fā)出入網請求，通過已經入網的臨近的移動智能終端3加入網絡；
退網:當無線接入中繼終端2失去與移動智能終端3的聯系后，則自動解除與移動智能終端3的接入關系，當已入網移動智能終端3失去與通過自身入網的移動智能終端3的聯系后，解除此移動智能終端3的接入關系。在本實施例中，基于上述礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)中的移動智能終端3入網與退網工作方式，本實施例還包括一種多業(yè)務通信的撥號方法，具體包括步驟如下:
(1)地面服務器I中存儲有每臺移動智能終端3的用戶信息、MAC地址(MediaAccessControl Address,媒體訪問控制地址)以及號碼信息,并采用三元組〈用戶ID、MAC地址、號碼 > 組成的地面服務器用戶表保存三者的對應關系，號碼中的全零碼保留，用于緊急情況下廣播呼叫；
(2)將所有無線接入中繼終端2根據其與地面服務器3的位置關系建立起一個樹形結構的網絡，確定每個無線接入中繼終端2的前驅接入和后繼接入關系；
(3)在無線接入中繼終端2與已入網的移動智能終端3中保存由三元組〈號碼、MAC地址、下一中繼 > 組成的無線接入中繼終端服務表，表中條目根據網絡情況更新，當移動智能終端3申請入網時，批準其入網的無線接入中繼終端2或已入網的移動智能終端3將根據其MAC地址申請從地面服務器I的地面服務器用戶表中獲取〈MAC地址、號碼〉信息，當地面服務器I返回此信息時，在沿途的無線接入中繼終端2及已入網的移動智能終端3中更新無線接入中繼終端服務表的內容；
(4)當用戶在移動智能終端3撥號時，移動智能終端3通過自身的接入無線接入中繼終端2，在無線接入中繼終端服務表網內逐層查詢目標移動智能終端3的信息，直到找到目標移動智能終端3的接入宿主，而后通過宿主發(fā)出通信請求，目標移動智能終端3應答后，建立起雙方間的通信鏈路，實現移動智能終端3間通信；
(5)在特殊的緊急情況下，用戶撥打全零號碼，此信息將向所有接收到此信息的移動智能終端3發(fā)起通信請求。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解， 本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物 界定。
權利要求
1.一種礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)，包括移動智能終端、無線接入中繼終端及地面服務器；其特征在于，所述移動智能終端包括處理器模塊、觸屏模塊、UffB通信模塊、拾音放音模塊、攝像頭模塊，所述觸屏模塊、UffB通信模塊、拾音放音模塊及攝像頭模塊分別與處理器模塊雙向連接，所述移動智能終端由礦工隨身攜帶；所述無線接入中繼終端包括控制器、存儲模塊、有線通信模塊、射頻通信模塊和UWB通信模塊，所述存儲模塊、有線通信模塊、射頻通信模塊和UWB通信模塊分別與控制器雙向連接，所述無線接入中繼終端安裝在礦井巷道壁上；所述移動智能終端通過UWB通信模塊與無線接入中繼終端連接，所述無線接入中繼終端與地面服務器連接。
2.根據權利要求1所述的一種礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)，其特征在于，所述礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)中采用的連接方式如下: (1)無線接入中繼終端間同時具有有線通信和無線通信，但首先使用有線通信，只有在有線通信中斷時才使用無線通信，其中，無線通信采用IEEE 802.11標準，有線通信采用IEEE802.3 標準； (2)無線接入中繼終端與地面服務器間同時具有有線通信和無線通信，但首先使用有線通信，只有在有線通信中斷時才使用無線通信，其中，無線通信采用IEEE 802.11標準，有線通信采用IEEE802.3標準； (3)移動智能終端和無線接 入中繼終端間采用無線通信，無線通信為UWB通信模塊； (4)相鄰移動智能終端間的通信采用UWB通信模塊直接入網與退網，不相鄰的移動智能終端間的通信通過第三方移動智能終端中繼或無線接入中繼終端進行入網與退網。
3.根據權利要求2所述的一種礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)，其特征在于，所述移動智能終端入網與退網方式如下: 入網:移動智能終端周期性廣播信號宣告自身存在，接收鄰近移動智能終端發(fā)出的信號，并根據接收到的信息更新臨近移動智能終端的信息，同時搜尋附近可用的無線接入中繼終端，向信號最好的無線接入中繼終端提出入網申請，無線接入中繼終端收到入網請求后向提出入網申請的移動智能終端發(fā)準許入網信息，確定移動智能終端的接入關系，移動智能終端接收到準許入網信息后確定接入的無線接入中繼終端，并維持與無線接入中繼終端聯系，若未收到準許入網信息，則重新提出入網申請，只有當移動智能終端失去與原有無線接入中繼終端聯系后，移動智能終端才能重新找尋其他的無線接入中繼終端，并通過新的無線接入中繼終端加入網絡；若移動智能終端附近沒有可用的無線接入中繼終端，則向臨近的已經入網的移動智能終端發(fā)出入網請求，通過已經入網的臨近的移動智能終端加入網絡； 退網:當無線接入中繼終端失去與移動智能終端的聯系后，則自動解除與移動智能終端的接入關系，當已入網移動智能終端失去與通過自身入網的移動智能終端的聯系后，解除此移動智能終端的接入關系。
4.一種多業(yè)務通信的撥號方法，基于上述礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)中的移動智能終端入網與退網工作方式，其特征在于，包括如下步驟: (I)地面服務器中存儲有每臺移動智能終端的用戶信息、MAC地址(Media AccessControl Address,媒體訪問控制地址)以及號碼信息，并采用三元組〈用戶ID、MAC地址、號碼〉組成的地面服務器用戶表保存三者的對應關系，號碼中的全零碼保留，用于緊急情況下廣播呼叫； (2)將所有無線接入中繼終端根據其與地面服務器的位置關系建立起一個樹形結構的網絡，確定每個無線接入中繼終端的前驅接入和后繼接入關系； (3)在無線接入中繼終端與已入網的移動智能終端中保存由三元組〈號碼、MAC地址、下一中繼〉組成的無線接入中繼終端服務表，表中條目根據網絡情況更新，當移動智能終端申請入網時，批準其入網的無線接入中繼終端或已入網的移動智能終端將根據其MAC地址申請從地面服務器的地面服務器用戶表中獲取〈MAC地址、號碼 > 信息，當地面服務器返回此信息時，在沿途的無線接入中繼終端及已入網的移動智能終端中更新無線接入中繼終端服務表的內容； (4)當用戶在移動智能終端撥號時，移動智能終端通過自身的接入無線接入中繼終端，在無線接入中繼終端服務表網內逐層查詢目標移動智能終端的信息，直到找到目標移動智能終端的接入宿主,而后通過宿主發(fā)出通信請求，目標移動智能終端應答后,建立起雙方間的通信鏈路，實現移動智能終端間通信； (5)在特殊的緊急情況下，用戶撥打全零號碼，此信息將向所有接收到此信息的移動智能終端發(fā)起通信請 求。
全文摘要
一種礦用多業(yè)務通信系統(tǒng)，包括移動智能終端、無線接入中繼終端及地面服務器；其中，所述移動智能終端包括處理器模塊、觸屏模塊、UWB通信模塊、拾音放音模塊、攝像頭模塊，所述移動智能終端由礦工隨身攜帶，所述無線接入中繼終端包括控制器、存儲模塊、有線通信模塊、射頻通信模塊和UWB通信模塊，所述無線接入中繼終端安裝在礦井巷道壁上，所述移動智能終端通過UWB通信模塊與無線接入中繼終端連接，所述無線接入中繼終端與地面服務器連接。本發(fā)明提供一種低功率、本安型的移動智能終端，支持語音、短信通信及圖像視頻的采集與通信；在網絡結構受損時可自動快速重構，及時恢復網絡的通信；并可作為井下監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，實現綜合化管理。
文檔編號E21F17/18GK103248398SQ201310206640
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月30日 優(yōu)先權日2013年5月30日
發(fā)明者匡林愛, 鄭金華, 鄒娟, 王雷 申請人:湘潭大學