本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種礦井下多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼應(yīng)急通信系統(tǒng)，還涉及上述通信系統(tǒng)的通信方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的礦井下通信系統(tǒng)一般為無(wú)線(xiàn)電通信、光纖通信或電纜通信等。在礦井下通信和應(yīng)急救援通信等場(chǎng)景中，使用無(wú)線(xiàn)電通信設(shè)備，有可能會(huì)產(chǎn)生尖端放電現(xiàn)象，在礦井下通常存在瓦斯這種易燃?xì)怏w，一旦產(chǎn)生放電現(xiàn)象，極有可能發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)，井下工作和施工人員以及設(shè)備的安全會(huì)遭到極大的傷害。電纜及光纜架設(shè)復(fù)雜，位置相對(duì)固定，靈活性不高。所以，由于瓦斯和防爆要求的原因無(wú)線(xiàn)電通信已不能滿(mǎn)足井下移動(dòng)通信的實(shí)際需求，光纜和電纜使用也不方便。如果采用無(wú)線(xiàn)光通信，這些問(wèn)題則可以得到解決，它可以滿(mǎn)足井下復(fù)雜環(huán)境的通信。各個(gè)波長(zhǎng)的無(wú)線(xiàn)光有不同的通信特性，所以在通信中也有著不同的應(yīng)用場(chǎng)景。無(wú)線(xiàn)激光通信傳輸距離較遠(yuǎn)，并且還具有很高的速率，信道容量相對(duì)無(wú)線(xiàn)電通信更大。無(wú)線(xiàn)光通信中包括紫外光通信，它是一種新型通信方式，是利用紫外光在大氣中的明顯的散射特性來(lái)進(jìn)行信息傳輸；但是在很多場(chǎng)景下，單一波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光通信也不能滿(mǎn)足需求，所以提出了多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼通信系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種礦井下多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼應(yīng)急通信系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有井下通信方式存在的安全隱患多及無(wú)法滿(mǎn)足使用需求的問(wèn)題。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供上述通信系統(tǒng)的通信方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，礦井下多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼應(yīng)急通信系統(tǒng)，包括一個(gè)主控節(jié)點(diǎn)和若干個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，主控節(jié)點(diǎn)依次和各中繼節(jié)點(diǎn)連成直線(xiàn)型鏈路結(jié)構(gòu)，主控節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)之間、中繼節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)之間均通過(guò)紅光激光進(jìn)行通訊；每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)通過(guò)紫外光與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。

本發(fā)明第一種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，

主控節(jié)點(diǎn)包括發(fā)送端、接收端及數(shù)據(jù)處理單元；每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)包括發(fā)送端、接收端、數(shù)據(jù)處理單元及移動(dòng)臺(tái)接入模塊，移動(dòng)臺(tái)接入模塊通過(guò)紫外光與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信；移動(dòng)臺(tái)包括發(fā)送端、接收端及數(shù)據(jù)處理單元；

主控節(jié)點(diǎn)的發(fā)送端、中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送端及移動(dòng)臺(tái)的發(fā)送端均采用650nm的紅光激光作為光源；

主控節(jié)點(diǎn)的接收端、中繼節(jié)點(diǎn)的接收端及移動(dòng)臺(tái)的接收端均采用PIN光電探測(cè)器或硅光電池；

中繼節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)臺(tái)接入模塊由紫外LED和光電倍增管組成；

主控節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理單元、中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理單元及移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)處理單元均采用型號(hào)為stc12c5a60s2的處理器芯片。

本發(fā)明采用的另一技術(shù)方案為，礦井下多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼應(yīng)急通信方法，具體包括如下步驟：

步驟1，建立無(wú)線(xiàn)光中繼通信鏈路；

步驟2，根據(jù)步驟1建立的通信鏈路傳輸數(shù)據(jù)；

步驟3，拆除步驟1建立的無(wú)線(xiàn)光中繼通信鏈路。

本發(fā)明另一技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，

其中步驟1的具體過(guò)程如下：

步驟1.1，將地面站的干路節(jié)點(diǎn)作為主控節(jié)點(diǎn)，將井下綜采作業(yè)面處的M個(gè)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，M為大于等于1的整數(shù)，主控節(jié)點(diǎn)和各中繼節(jié)點(diǎn)按照礦井下的巷道沿線(xiàn)依次設(shè)置；

步驟1.2，主控節(jié)點(diǎn)發(fā)起初始化信令，對(duì)自身編號(hào)為i，節(jié)點(diǎn)i發(fā)出信令后啟動(dòng)定時(shí)器T，若與主控節(jié)點(diǎn)相鄰的中繼節(jié)點(diǎn)收到初始化信令后，對(duì)自身節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)為i+1，同時(shí)向節(jié)點(diǎn)i所在鏈路方向發(fā)送應(yīng)答信令；節(jié)點(diǎn)i判斷在T時(shí)間內(nèi)能否收到節(jié)點(diǎn)i+1發(fā)來(lái)的應(yīng)答信令，當(dāng)T時(shí)間內(nèi)未收到該應(yīng)答信令，則認(rèn)為自身為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則鏈路建立過(guò)程終止；若T時(shí)間內(nèi)收到該應(yīng)答信令，則編號(hào)為i的節(jié)點(diǎn)不響應(yīng)，繼續(xù)執(zhí)行下一步；

步驟1.3，令編號(hào)i+1＝i，編號(hào)為i的中繼節(jié)點(diǎn)向下一中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送初始化信令，節(jié)點(diǎn)i發(fā)出信令后啟動(dòng)定時(shí)器T，若與節(jié)點(diǎn)i相鄰的中繼節(jié)點(diǎn)收到初始化信令后，對(duì)自身節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)為i+1，同時(shí)向節(jié)點(diǎn)i鏈路方向發(fā)送應(yīng)答信令；節(jié)點(diǎn)i判斷在T時(shí)間內(nèi)能否收到編號(hào)為i+1的節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的應(yīng)答信令，若T時(shí)間內(nèi)收到該應(yīng)答信令，則編號(hào)為i的節(jié)點(diǎn)不響應(yīng)，繼續(xù)執(zhí)行步驟1.4；當(dāng)T時(shí)間內(nèi)未收到該應(yīng)答信令，則認(rèn)為節(jié)點(diǎn)i為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，隨即向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送鏈路建立完成信令，執(zhí)行步驟1.5；

步驟1.4，重復(fù)步驟1.3；

步驟1.5，比較節(jié)點(diǎn)i與M+1是否相等；若i＝M+1，則中繼通信鏈路建立完成；反之，則中繼通信鏈路建立失敗。

其中步驟2的具體過(guò)程為：

a.主控節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，具體過(guò)程為：

首先，主控節(jié)點(diǎn)依次向所有中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送鏈路占用信令，表明要發(fā)送數(shù)據(jù)，所有中繼節(jié)點(diǎn)不響應(yīng)各自對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的請(qǐng)求信令；

然后主控節(jié)點(diǎn)向下一中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，該中繼節(jié)點(diǎn)接收后，先校驗(yàn)?zāi)繕?biāo)節(jié)點(diǎn)是否為自身，如果不是，該中繼節(jié)點(diǎn)直接向下行鏈路轉(zhuǎn)發(fā)；如果是，則將接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為紫外光發(fā)送出去，由該中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)接收，同時(shí)再向下行鏈路方向轉(zhuǎn)發(fā)；主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)后，依次向所有中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送解除占用信令，各中繼節(jié)點(diǎn)收到該信令后，恢復(fù)到初始化狀態(tài)，依次向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信令；

b.移動(dòng)臺(tái)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸；

移動(dòng)臺(tái)向自己對(duì)應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)出數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求信令，該中繼節(jié)點(diǎn)收到后向上行鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，直到主控節(jié)點(diǎn)收到；主控節(jié)點(diǎn)接收到后，發(fā)送鏈路占用信令，除發(fā)送請(qǐng)求的中繼節(jié)點(diǎn)外，其余中繼節(jié)點(diǎn)不響應(yīng)各自對(duì)應(yīng)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)送請(qǐng)求信令并向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信令；同時(shí)，發(fā)送請(qǐng)求的中繼節(jié)點(diǎn)向自身對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)送允許發(fā)送指令，移動(dòng)臺(tái)開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為紫外光信號(hào)，中繼節(jié)點(diǎn)將收到的紫外光信號(hào)轉(zhuǎn)為紅光激光向上行鏈路發(fā)送，直到主控節(jié)點(diǎn)接收到，移動(dòng)臺(tái)發(fā)送完數(shù)據(jù)后，發(fā)送結(jié)束幀；主控節(jié)點(diǎn)接收到結(jié)束幀后，依次向所有中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送解除占用信令；各中繼節(jié)點(diǎn)收到該信令后，恢復(fù)到初始化狀態(tài)，同時(shí)依次向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信令。

其中步驟3的具體過(guò)程為：

主控節(jié)點(diǎn)依次向所有中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送拆除鏈路請(qǐng)求信令，各中繼節(jié)點(diǎn)收到后依次向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信令，主控節(jié)點(diǎn)收到所有中繼節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答信令后，向下行鏈路的中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送拆除鏈路信令，該中繼節(jié)點(diǎn)收到拆除鏈路信令后，向下行鏈路方向依次轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)后清空自身的參數(shù)和數(shù)據(jù)，當(dāng)拆除鏈路信令轉(zhuǎn)發(fā)至最后一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)，該中繼節(jié)點(diǎn)清空自身的參數(shù)和數(shù)據(jù)，不再向下行鏈輪轉(zhuǎn)發(fā)，至此鏈路拆除完成。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明以紅光激光與紫外光作為信息傳輸載體，是對(duì)現(xiàn)有通信方式的良好的補(bǔ)充?？垢蓴_能力強(qiáng)，不易產(chǎn)生尖端放電。特色在于可以使得整個(gè)通信鏈路的信息載體均為光波，極大的提高了通信方式的靈活性。能夠更好的適應(yīng)于礦井應(yīng)急救援這一特殊場(chǎng)景下的通信需求。

(2)本發(fā)明應(yīng)用場(chǎng)景為礦井下應(yīng)急救援通信，所以節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)少，通信模式簡(jiǎn)單，基本為點(diǎn)到點(diǎn)通信。提出的通信調(diào)度方法為集中式通信方法，實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。另外，由于采用的是無(wú)線(xiàn)光中繼通信方式，所以設(shè)備架設(shè)方便靈活。

(3)本發(fā)明提出了基于該無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)的通信方法，這是一種集中式通信方法。因?yàn)橹欣^節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)少，所以在保證通信過(guò)程完整，能有效避免沖突的前提下，仍具體較好的實(shí)時(shí)性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明礦井下多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼應(yīng)急通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明礦井下多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼應(yīng)急通信系統(tǒng)的實(shí)施例中的鏈路建立時(shí)序圖；

圖3是本發(fā)明礦井下多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼應(yīng)急通信系統(tǒng)的實(shí)施例中的主控節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖；

圖4本發(fā)明礦井下多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼應(yīng)急通信系統(tǒng)的實(shí)施例中移動(dòng)臺(tái)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖；

圖5是本發(fā)明礦井下多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼應(yīng)急通信系統(tǒng)的實(shí)施例中的拆除鏈路時(shí)序圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明礦井下多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼應(yīng)急通信系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括一個(gè)主控節(jié)點(diǎn)和若干個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)(中繼節(jié)點(diǎn)一般為1～10個(gè))，主控節(jié)點(diǎn)依次和各中繼節(jié)點(diǎn)連成直線(xiàn)型鏈路結(jié)構(gòu)，主控節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)之間、中繼節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)之間均通過(guò)紅光激光進(jìn)行通訊；每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)通過(guò)紫外光與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。主控節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)及移動(dòng)臺(tái)之間的連接關(guān)系如圖1中的箭頭所示，從主控節(jié)點(diǎn)依次向中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送信令的方向?yàn)橄滦墟溌贩较?，從各中繼節(jié)點(diǎn)依次向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送信令的方向?yàn)樯闲墟溌贩较颉?/p>

主控節(jié)點(diǎn)包括發(fā)送端、接收端及數(shù)據(jù)處理單元；每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)包括發(fā)送端、接收端、數(shù)據(jù)處理單元及移動(dòng)臺(tái)接入模塊，移動(dòng)臺(tái)接入模塊通過(guò)紫外光與移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信；移動(dòng)臺(tái)包括發(fā)送端、接收端及數(shù)據(jù)處理單元；

主控節(jié)點(diǎn)的發(fā)送端、中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送端及移動(dòng)臺(tái)的發(fā)送端均采用650nm的紅光激光作為光源；

主控節(jié)點(diǎn)的接收端、中繼節(jié)點(diǎn)的接收端及移動(dòng)臺(tái)的接收端均采用PIN光電探測(cè)器或硅光電池；

中繼節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)臺(tái)接入模塊由紫外LED和光電倍增管組成；

主控節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理單元、中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理單元及移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)處理單元均采用型號(hào)為stc12c5a60s2的處理器芯片。

主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送信令通過(guò)主控節(jié)點(diǎn)的發(fā)送端發(fā)送；主控節(jié)點(diǎn)接收信令通過(guò)主控節(jié)點(diǎn)的接收端接收，主控節(jié)點(diǎn)的信令處理通過(guò)主控節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行處理；

中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送信令通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送端發(fā)送，中繼節(jié)點(diǎn)接收信令通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)的接收端接收，中繼節(jié)點(diǎn)的信令處理通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行處理；

移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信令通過(guò)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)送端發(fā)送，移動(dòng)臺(tái)接收信令通過(guò)移動(dòng)臺(tái)的接收端接收，移動(dòng)臺(tái)的信令處理通過(guò)移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行處理；

基于上述礦井下多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼應(yīng)急通信系統(tǒng)的通信方法，具體包括以下步驟：

步驟1，建立無(wú)線(xiàn)光中繼通信鏈路。

步驟1.1，將地面站的干路節(jié)點(diǎn)作為主控節(jié)點(diǎn)，將井下綜采作業(yè)面處的M個(gè)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，M為大于等于1的整數(shù)，主控節(jié)點(diǎn)和各中繼節(jié)點(diǎn)按照礦井下的巷道沿線(xiàn)依次設(shè)置(即整個(gè)鏈路為串聯(lián)連接)；

步驟1.2，主控節(jié)點(diǎn)發(fā)起初始化信令，對(duì)自身編號(hào)為i(i＝1)，節(jié)點(diǎn)i發(fā)出初始化信令后啟動(dòng)定時(shí)器T(該定時(shí)器T為鏈路建立定時(shí)器)，若與主控節(jié)點(diǎn)相鄰的中繼節(jié)點(diǎn)收到初始化信令后，對(duì)自身節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)為i+1，同時(shí)向節(jié)點(diǎn)i所在鏈路方向發(fā)送應(yīng)答信令；節(jié)點(diǎn)i判斷在T時(shí)間內(nèi)能否收到節(jié)點(diǎn)i+1發(fā)來(lái)的應(yīng)答信令，當(dāng)T時(shí)間內(nèi)未收到該應(yīng)答信令，則認(rèn)為自身為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則鏈路建立過(guò)程終止；若T時(shí)間內(nèi)收到該應(yīng)答信令，則編號(hào)為i的節(jié)點(diǎn)不響應(yīng)，繼續(xù)執(zhí)行下一步；

步驟1.3，令編號(hào)i+1＝i，編號(hào)為i的中繼節(jié)點(diǎn)向下一中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送初始化信令，節(jié)點(diǎn)i發(fā)出信令后啟動(dòng)定時(shí)器T，若與節(jié)點(diǎn)i相鄰的中繼節(jié)點(diǎn)收到初始化信令后，對(duì)自身節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)為i+1，同時(shí)向節(jié)點(diǎn)i鏈路方向發(fā)送應(yīng)答信令；節(jié)點(diǎn)i判斷在T時(shí)間內(nèi)能否收到編號(hào)為i+1的節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的應(yīng)答信令，若T時(shí)間內(nèi)收到該應(yīng)答信令，則編號(hào)為i的節(jié)點(diǎn)不響應(yīng)，繼續(xù)執(zhí)行步驟1.4；當(dāng)T時(shí)間內(nèi)未收到該應(yīng)答信令，則認(rèn)為節(jié)點(diǎn)i為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，隨即向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送鏈路建立完成信令，執(zhí)行步驟1.5；

步驟1.4，重復(fù)步驟1.3；

步驟1.5，比較節(jié)點(diǎn)i與M+1(1個(gè)主控節(jié)點(diǎn)+M個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，即實(shí)際節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù))數(shù)值是否相等；若i＝M+1，則中繼通信鏈路建立完成；反之，則中繼通信鏈路建立失敗。

步驟2，根據(jù)步驟1建立的通信鏈路傳輸數(shù)據(jù)；

a.主控節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸；

首先，主控節(jié)點(diǎn)依次向所有中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送鏈路占用信令，表明要發(fā)送數(shù)據(jù)，所有中繼節(jié)點(diǎn)不響應(yīng)各自對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的請(qǐng)求信令；

然后主控節(jié)點(diǎn)向下一中繼節(jié)點(diǎn)(與主控節(jié)點(diǎn)相鄰的中繼節(jié)點(diǎn))發(fā)送數(shù)據(jù)，該中繼節(jié)點(diǎn)接收后，先校驗(yàn)?zāi)繕?biāo)節(jié)點(diǎn)是否為自身，如果不是，該中繼節(jié)點(diǎn)直接向下行鏈路轉(zhuǎn)發(fā)；如果是，則將接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為紫外光發(fā)送出去，由該中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)接收，同時(shí)再向下行鏈路方向轉(zhuǎn)發(fā)；主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)后，依次向所有中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送解除占用信令，各中繼節(jié)點(diǎn)收到該信令后，恢復(fù)到初始化狀態(tài)，依次向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信令；

b.移動(dòng)臺(tái)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸(只能是一個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)其中一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，其余中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)不能再發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸)；

移動(dòng)臺(tái)向自己對(duì)應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)(每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)移動(dòng)臺(tái))發(fā)出數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求信令，該中繼節(jié)點(diǎn)收到后向上行鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，直到主控節(jié)點(diǎn)收到；主控節(jié)點(diǎn)接收到后，發(fā)送鏈路占用信令，除發(fā)送請(qǐng)求的中繼節(jié)點(diǎn)(由于移動(dòng)臺(tái)向自己對(duì)應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)出數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求信令后，是由該中繼節(jié)點(diǎn)向主控節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的請(qǐng)求信令，因此該中繼節(jié)點(diǎn)也為發(fā)送請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn))外，其余中繼節(jié)點(diǎn)不響應(yīng)各自對(duì)應(yīng)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)送請(qǐng)求信令并向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信令；同時(shí)，發(fā)送請(qǐng)求的中繼節(jié)點(diǎn)向自身對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)送允許發(fā)送指令，移動(dòng)臺(tái)開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為紫外光信號(hào)，中繼節(jié)點(diǎn)將收到的紫外光信號(hào)轉(zhuǎn)為紅光激光向上行鏈路發(fā)送，直到主控節(jié)點(diǎn)接收到，移動(dòng)臺(tái)發(fā)送完數(shù)據(jù)后，發(fā)送結(jié)束幀；主控節(jié)點(diǎn)接收到結(jié)束幀后，依次向所有中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送解除占用信令；各中繼節(jié)點(diǎn)收到該信令后，恢復(fù)到初始化狀態(tài)，同時(shí)依次向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信令。

步驟3，拆除步驟1建立的無(wú)線(xiàn)光中繼通信鏈路；

主控節(jié)點(diǎn)依次向所有中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送拆除鏈路請(qǐng)求信令，各中繼節(jié)點(diǎn)收到后依次向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信令，主控節(jié)點(diǎn)收到所有中繼節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答信令后，向下行鏈路的中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送拆除鏈路信令，該中繼節(jié)點(diǎn)收到拆除鏈路信令后，向下行鏈路方向依次轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)后清空自身的參數(shù)和數(shù)據(jù)，當(dāng)拆除鏈路信令轉(zhuǎn)發(fā)至最后一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)，該中繼節(jié)點(diǎn)清空自身的參數(shù)和數(shù)據(jù)，不再向下行鏈輪轉(zhuǎn)發(fā)，至此鏈路拆除完成。

實(shí)施例

首先，給出幾個(gè)參數(shù)的定義：

數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps，信令為6字節(jié)，數(shù)據(jù)幀中加載的數(shù)據(jù)為128字節(jié)，本實(shí)施例中選取的節(jié)點(diǎn)數(shù)為4個(gè)，包括1個(gè)主控節(jié)點(diǎn)和3個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離為1000米，紫外光接入距離為100米。

定時(shí)器T：該定時(shí)器為鏈路建立定時(shí)器，判斷在1ms內(nèi)能否收到下一節(jié)點(diǎn)的鏈路建立應(yīng)答信號(hào)。若未在T內(nèi)收到，則認(rèn)為自身為最后一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)N＝4時(shí)，分析鏈路時(shí)延如下：

節(jié)點(diǎn)間通信最小延時(shí)＝傳播時(shí)延+傳輸時(shí)延+處理時(shí)延(可以忽略)

因?yàn)門(mén)＞2t_min，所以取T＝1ms。

最大鏈路建立時(shí)延t1＝等待時(shí)延+應(yīng)答時(shí)延

t₁≤(N-1)×T+(N-1)×t_min≈3.6ms；

最大數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延t2＝傳播時(shí)延+傳輸時(shí)延+接入時(shí)延+處理時(shí)延(忽略)

具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，建立無(wú)線(xiàn)光中繼通信鏈路。

將地面站的干路節(jié)點(diǎn)作為主控節(jié)點(diǎn)，將井下綜采作業(yè)面處的3個(gè)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)；

鏈路建立時(shí)序圖如圖2所示，主控節(jié)點(diǎn)發(fā)起初始化信令，對(duì)自身編號(hào)為1，節(jié)點(diǎn)1發(fā)出信令后啟動(dòng)定時(shí)器T，若與主控節(jié)點(diǎn)相鄰的中繼節(jié)點(diǎn)收到初始化信令后，對(duì)自身節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)為2，同時(shí)向節(jié)點(diǎn)1所在鏈路方向發(fā)送應(yīng)答信令；節(jié)點(diǎn)1判斷在T時(shí)間內(nèi)能否收到節(jié)點(diǎn)2發(fā)來(lái)的應(yīng)答信令，當(dāng)T時(shí)間內(nèi)未收到該應(yīng)答信令，則認(rèn)為自身為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則鏈路建立過(guò)程終止；若T時(shí)間內(nèi)收到該應(yīng)答信令，則編號(hào)為1的節(jié)點(diǎn)不響應(yīng)；節(jié)點(diǎn)2向下一中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送初始化信令，節(jié)點(diǎn)2發(fā)出信令后啟動(dòng)定時(shí)器T，若與節(jié)點(diǎn)2相鄰的中繼節(jié)點(diǎn)收到初始化信令后，對(duì)自身節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)為3，同時(shí)向節(jié)點(diǎn)2鏈路方向發(fā)送應(yīng)答信令；節(jié)點(diǎn)2判斷在T時(shí)間內(nèi)能否收到編號(hào)為3的節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的應(yīng)答信令，當(dāng)T時(shí)間內(nèi)未收到該應(yīng)答信令，則認(rèn)為節(jié)點(diǎn)2為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，隨即向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送鏈路建立完成信令；若T時(shí)間內(nèi)收到該應(yīng)答信令，則編號(hào)為2的節(jié)點(diǎn)不響應(yīng)；節(jié)點(diǎn)3向下一中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送初始化信令，節(jié)點(diǎn)3發(fā)出信令后啟動(dòng)定時(shí)器T，若與節(jié)點(diǎn)3相鄰的中繼節(jié)點(diǎn)收到初始化信令后，對(duì)自身節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)為4，同時(shí)向節(jié)點(diǎn)3鏈路方向發(fā)送應(yīng)答信令；節(jié)點(diǎn)3判斷在T時(shí)間內(nèi)能否收到編號(hào)為4的節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的應(yīng)答信令，當(dāng)T時(shí)間內(nèi)未收到該應(yīng)答信令，則認(rèn)為節(jié)點(diǎn)4為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，隨即向主控節(jié)點(diǎn)1發(fā)送鏈路建立完成信令；因?yàn)樵诒纠幸?個(gè)節(jié)點(diǎn)為例，節(jié)點(diǎn)4下行方向并無(wú)節(jié)點(diǎn)，所以在T時(shí)間內(nèi)不會(huì)受到應(yīng)答信令，此時(shí)4號(hào)節(jié)點(diǎn)則確認(rèn)自身為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)；

上述步驟1中，若鏈路建立過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)1或節(jié)點(diǎn)2或節(jié)點(diǎn)3認(rèn)為自身為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，因?yàn)榕c實(shí)際的節(jié)點(diǎn)數(shù)4不相等表明鏈路建立失敗，然而根據(jù)最終發(fā)送至主控節(jié)點(diǎn)1處的節(jié)點(diǎn)數(shù)判斷出問(wèn)題節(jié)點(diǎn)的位置，可調(diào)整后重新初始化鏈路。若節(jié)點(diǎn)4為認(rèn)為自身為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，與實(shí)際節(jié)點(diǎn)數(shù)相等，則節(jié)點(diǎn)4會(huì)向節(jié)點(diǎn)1發(fā)送鏈路建立完成信令，節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)2依次轉(zhuǎn)發(fā)該信令，1號(hào)節(jié)點(diǎn)收到該信令后，便可以判斷鏈路節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為4個(gè)，此例中最終主控節(jié)點(diǎn)1判斷的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)與實(shí)際的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)相同，均為4，則表明鏈路建立成功。

步驟2，根據(jù)步驟1建立的通信鏈路傳輸數(shù)據(jù)；

a.主控節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸

本例中選節(jié)點(diǎn)1向節(jié)點(diǎn)4對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)；

如圖3所示，節(jié)點(diǎn)1先向所有中繼節(jié)點(diǎn)(即節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)4)發(fā)送鏈路占用信令，表明要發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)4不響應(yīng)各自對(duì)應(yīng)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)送請(qǐng)求信令，同時(shí)向節(jié)點(diǎn)1發(fā)送應(yīng)答信令，節(jié)點(diǎn)1向節(jié)點(diǎn)2發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)2接收后，先校驗(yàn)?zāi)繕?biāo)節(jié)點(diǎn)是否為自身，如果不是，直接向下行鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，如果是，則將其(節(jié)點(diǎn)1發(fā)送的數(shù)據(jù))轉(zhuǎn)為紫外光發(fā)送出去，再經(jīng)節(jié)點(diǎn)3轉(zhuǎn)發(fā)，最終由節(jié)點(diǎn)4接收到，節(jié)點(diǎn)4將接收到的數(shù)據(jù)由移動(dòng)臺(tái)接入模塊通過(guò)紫外光轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)(節(jié)點(diǎn)4對(duì)應(yīng)的)，節(jié)點(diǎn)1發(fā)送完數(shù)據(jù)后，向節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)4發(fā)送解除占用信令，節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)4收到該信令后，恢復(fù)到初始化狀態(tài)，同時(shí)向節(jié)點(diǎn)1發(fā)送應(yīng)答信令。

B.(任一)移動(dòng)臺(tái)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸。

在本實(shí)施例中，是節(jié)點(diǎn)4對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)向節(jié)點(diǎn)4發(fā)出數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求信令，如圖4所示，節(jié)點(diǎn)4收到后向上行鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，直到節(jié)點(diǎn)1收到，節(jié)點(diǎn)1接收到后，發(fā)送鏈路占用信令，除發(fā)送請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)4外的所有中繼節(jié)點(diǎn)(即節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3)不響應(yīng)各自對(duì)應(yīng)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)送請(qǐng)求信令，同時(shí)節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3向節(jié)點(diǎn)1發(fā)送應(yīng)答信令，同時(shí)，節(jié)點(diǎn)4向與其對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)送允許發(fā)送指令，該移動(dòng)臺(tái)開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)(該數(shù)據(jù)以紫外光的形式發(fā)送)，節(jié)點(diǎn)4將收到的紫外光信號(hào)轉(zhuǎn)為紅光激光發(fā)送，依次經(jīng)節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)2轉(zhuǎn)發(fā)，直到節(jié)點(diǎn)1接收到，與節(jié)點(diǎn)4對(duì)應(yīng)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)送完數(shù)據(jù)后，向節(jié)點(diǎn)4發(fā)送結(jié)束幀，節(jié)點(diǎn)4收到該信令后依次經(jīng)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)2轉(zhuǎn)發(fā)，直到節(jié)點(diǎn)1接收到該結(jié)束幀，節(jié)點(diǎn)1接收到該結(jié)束幀后，向節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)4發(fā)送解除占用信令，節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)4收到該信令后，恢復(fù)到初始化狀態(tài)，依次向節(jié)點(diǎn)1發(fā)送應(yīng)答信令。

步驟3：拆除無(wú)線(xiàn)光中繼通信鏈路。

如圖5所示，主控節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)1)向所有中繼節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)2、3、4)發(fā)送拆除鏈路請(qǐng)求信令，各中繼節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)2、3、4)收到后依次向主控節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)1)發(fā)送應(yīng)答信令，主控節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)1)收到所有應(yīng)答信令后，向所有中繼節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)2、3、4)依次發(fā)送拆除鏈路信令，中繼節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)2)收到該信令后，向下行鏈路方向(即節(jié)點(diǎn)3)依次轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)后清空自身參數(shù)和數(shù)據(jù)，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)至節(jié)點(diǎn)4時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)4為最后一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，此時(shí)，節(jié)點(diǎn)4清空自身的參數(shù)和數(shù)據(jù)，鏈路拆除完成。

本發(fā)明以紅光激光和紫外光作為信息傳輸?shù)妮d體，采用紅光和紫外光中繼的方式實(shí)現(xiàn)了能夠自行建立鏈路，自行配置節(jié)點(diǎn)參數(shù)和主動(dòng)通信調(diào)度的礦井下多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼應(yīng)急通信方法。能夠滿(mǎn)足礦井救援時(shí)救援隊(duì)的需求，且能夠跟隨救援進(jìn)度靈活增加中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

本發(fā)明整個(gè)鏈路均使用無(wú)線(xiàn)光作為信息載體，能有效避免尖端放電。多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼能夠充分發(fā)揮各個(gè)波段無(wú)線(xiàn)光的特點(diǎn)，使其實(shí)現(xiàn)有機(jī)的配合，提高了無(wú)線(xiàn)光通信的實(shí)用性。另外，本發(fā)明架設(shè)方便，鏈路建立簡(jiǎn)單，能夠自主建立鏈路，自行配置參數(shù)和智能調(diào)度，擁有良好的通信性能。

本發(fā)明礦井下多波長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)光中繼應(yīng)急通信方法，可以隨著救援推進(jìn)來(lái)快速布置中繼節(jié)點(diǎn)，基于這種方法，能夠很方便地串入新的節(jié)點(diǎn)，本發(fā)明提出的通信方法中可以采用時(shí)分復(fù)用的方式，這樣能夠有效地提高鏈路使用效率和通信速率。

本發(fā)明主要以礦井下無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)作為研究對(duì)象，研究使用紫外光和紅光激光中繼的通信方式。多移動(dòng)臺(tái)接入要求信號(hào)載體有較強(qiáng)的散射性，因此，寬視場(chǎng)、非直視和覆蓋范圍廣的紫外光適合用于接入。但隧道中干路傳輸為盡量減小信號(hào)衰減損耗，要求信號(hào)載體有較強(qiáng)的方向性，因此干路使用傳輸距離遠(yuǎn)、速率高和容量大的紅光激光適用于干路傳輸。