新型煤矿井下光纤无线结合的通信方法

摘要

本发明提供的一种新型煤矿井下光纤无线结合的通信方法，包括如下步骤：在煤矿井下沿线分段铺设光纤，每段光纤之间具有一定的距离；在铺设好的光纤两端连接无线收发设备或通信控制设备：将首段光纤的首端连接通信控制设备和/或末段光纤的末端连接通信控制设备，将中间各段光纤的两端、首段光纤的末端及末段光纤的首端均连接无线收发设备或者具备无线收发功能的通信控制设备，任意相邻两段光纤之间的无线收发设备周围设置通过无线方式传输数据的设备，通信控制设备为具备数据存储、数据转发和数据处理能力的数据服务器或者同等功能的其他处理设备。本发明减少光纤铺设、增加光纤沿线的数据接入能力、更适合井下巷道走向，面积狭窄的应用场景。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿井下通信技术领域，尤其是涉及一种新型煤矿井下光纤 无线结合的通信方法。

背景技术

随着无线通信通讯技术的发展与普及，井下无线通讯的方式也随之丰 富，除电信运营商的专用无线频段之外，井下绝大多数无线设备的频段都集 中在免牌照的频段范围之内。而且带无线收发功能的设备也越来越普及。

无线数据接入通常会伴随采用光纤通讯的方式传输，即无线接入加光纤 传输的方式。此种方式一般要求每个无线收发器至少独享一根光纤，无线收 发器的数量取决于服务器可以同时接入光纤的数量，或者服务器可以通过外 扩接口能够接入光纤的数量。

扩展无线收发器的数量，不仅需要扩充光缆的数量，还需要扩展服务器 接口的数量，无论是扩展服务器增加硬件还是加布光纤布线、布缆都是一笔 不小的投入，而事实上，每根光纤的信道，除了特定的数据之外，利用率却 很低，并且，无线收发器之间的无线数据通道利用率几乎为零。

所以如何设计一种既不用增加布线也不需增加扩展服务器硬件，同时能 够提高光纤接入能力的通信方法成为本领域技术人员研究的课题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种组合的数据接入与数据传输方式，通过 增加无线收发器与无线收发器之间的无线通讯方式，提高无线信道的综合利 用率，在不增加光纤布线的前提下，降低扩展无线收发器的投入成本，增加 光纤沿线的数据接入能力，扩展在现场的数据读取能力，缩小井下现场与井 上调度室之间的信息不对等程度，减小现场处置应急情况的风险。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种新型煤矿井下光纤无线结合的通信方法，包括如下步骤：

1)在煤矿井下沿线铺设光纤，所述光纤为分段设置，每段光纤之间具 有一定的距离；

2)在步骤1铺设好的光纤两端连接无线收发设备或通信控制设备：将 首段光纤的首端连接通信控制设备和/或末段光纤的末端连接通信控制设 备，将中间各段光纤的两端、首段光纤的末端及末段光纤的首端均连接无线 收发设备或者具备无线收发功能的通信控制设备，任意相邻两段光纤之间的 无线收发设备周围设置通过无线方式传输数据的设备，所述通信控制设备为 具备数据存储、数据转发和数据处理能力的数据服务器或者同等功能的其他 处理设备。

所述步骤2中如果首段光纤的首端连接通信控制设备，末段光纤的末端 未连接通信控制设备，那么末段光纤的末端连接无线收发设备。

所述方法包括两种数据收发方式：第一种方式，由无线设备或者无线收 发器接收的通信控制设备发出的数据与控制指令，称为“下行数据”；下行 数据由通信控制设备通过光纤，先发给光纤另一端的无线收发器，如果通信 控制设备具备无线收发功能，下行数据可以直接由通信控制设备发给距离最 近的无线收发器，无线收发器收到数据后，通过光纤发给光纤另一端的无线 收发器，另一端的无线收发器，再发给距离最近的下一个无线收发器，如此 不断转发，直到发给接收数据的无线设备；

第二种方式，由无线设备或者无线收发器发出，发给通信控制设备的数 据与控制指令，称为上行数据；上行数据，由无线设备发给距离最近的无线 收发器，无线收发器将数据通过光纤发给另一端的无线收发器，另一端的无 线收发器发给距离最近的下一个无线收发器，最初收到上行数据的无线收发 器，会判断是否转发该数据，如果该无线收发器可以将数据发送给通信控制 设备，则转发该数据，如果无线收发器不能将数据发送给通信控制设备，则 不转发该数据。

通信控制设备根据无线收发器的排序，和每个无线收发器检测到的周围 设备的数据，为每个无线收发器分配无线设备。

所述无线收发器设置于光纤快速连接插头内。

所述沿线包括采煤工作面沿线、胶带机沿线、绞车沿线和架空人车沿线 中的一种或多种。

每台所述无线收发器和无线设备都具备在线程序升级功能。

所述通信控制设备具有无线收发功能。

相对于现有技术，本发明所述的新型煤矿井下光纤无线结合的通信方法 具有以下优势：

(1)本发明所述的光纤与无线的间隔设置通信方式提升光纤作为数据 通道的利用率，增加无线通讯信道的利用率；同时可以减少光纤的铺设，进 而减少成本；

(2)通过将光纤分段，在分段处增加无线收发器，增加光纤沿线的数 据接入能力。

(3)改既有的光纤或无线通讯的由点到面的信号覆盖方式为线型信号 覆盖方式，更适合煤矿井下巷道直线或者曲线走向，面积狭窄的应用场景。

(4)无线收发器体积小，内置天线，安装在快速连接装置的内部，快 速连接装置的使用有利于提升现场安装的工作效率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的 示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在 附图中：

图1为本发明实施例的原理示意图。

附图标记说明：

1：隔爆兼本质安全型工业计算机、2：光纤(束)或光电缆、3：无线 收发器、4：手持设备、5：传感器、6：扩音电话、7：闭锁装置、8：模拟 量检测模块、9：开关量检测模块、10：开关量输出模块、11：模拟量输出 模块、12：摄像机、13、照相机、14人员与车辆定位装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特 征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1，光纤与无线相结合的数据通讯方法，一般包括如下几个部分： 通信控制设备(隔爆兼本质安全型工业计算机1)，光纤(束)或光电缆2， 无线收发器3，手持设备4，传感器5，扩音电话6，闭锁装置7，模拟量检 测模块，开关量检测模块9，开关量输出模块10，模拟量输出模块11，摄像 机12，照相机13，人员与车辆定位装置14。(手持设备4，传感器5，扩音 电话6，闭锁装置7，模拟量检测模块，开关量检测模块9，开关量输出模块 10，模拟量输出模块11，摄像机12，照相机13，人员与车辆定位装置14 以下如果不是特指，统称为无线设备，分别设置在相应的无线收发器3周围。)

如图1，隔爆兼本质安全型工业计算机1需要包含存储器如机械硬盘、 固态硬盘等。隔爆兼本质安全型工业计算机1的输入功能，借助键盘、鼠标 和触摸屏实现。隔爆兼本质安全型工业计算机1还具备显示功能如液晶屏幕。 为了达到数据传输功能隔爆兼本质安全型工业计算机1还需具备如光纤接 口、以太网接口、CAN、RS485、RS232、电流环等接口。特别地，配备了无 线信号收发功能的隔爆兼本质安全型工业计算机1周围还可以直接设置图中 所示的所有无线设备。这样隔爆兼本质安全型工业计算机1就可以直接控制 周围的无线设备，而无需通过光纤再额外连接无线收发器，这样既节约成本 又节约安装时间。通过配置扬声器与麦克风，隔爆兼本质安全型工业计算机 1就可以与沿线直接喊话。

本实施例中，沿线两端均放置隔爆兼本质安全型工业计算机1且均与沿 线相连，此种情形之下，隔爆兼本质安全型工业计算机1之间将会按照主机 与从机的方式工作，即，主机控制、分配地址，并给从机部署控制策略。从 机仅作数据接收。当主机不在线或者故障时，则从机变为主机，这样可以提 高沿线设备的可靠性，防止因主机故障而整个沿线都无法正常工作，提高设 备的容错能力。

如图1，光纤(束)或光电缆2可以是单模光纤(束)也可以是多模光 纤(束)，可以单独铺设，也可以作为光电缆中的一部分和电缆一起铺设。 如果隔爆兼本质安全型工业计算机1具备无线功能，光纤(束)或光电缆2 的两端都采用与无线收发器3连接的方式。然后隔爆兼本质安全型工业计算 机1与无线收发器3通过无线传递数据。提高光纤的接入能力同时还节约了 光纤，并能满足煤矿井下巷道直线或者曲线走向，面积狭窄的应用场景。

如图1，所述方法中每一个无线收发器3、都有唯一的地址编码。隔爆 兼本质安全型工业计算机1获取每个无线收发器3的地址，隔爆兼本质安全 型工业计算机1根据每个无线收发器3与隔爆兼本质安全型工业计算机1的 实际距离，对无线收发器3的地址进行排序，并将排序结果发给每个无线收 发器3，无线收发器3记录排序结果，掉电不丢失，直到下次被重新设置地 址。隔爆兼本质安全型工业计算机1在上电之后，会通过数据通讯的方式， 检查沿线所有的无线收发器3是否正确的分配了地址。如果出现无线收发器 3的地址排序错误或者无线收发器3没有设置地址。则由隔爆兼本质安全型 工业计算机1为沿线所有的无线收发器3重新分配地址。提高设备的纠错能 力。

如图1，隔爆兼本质安全型工业计算机1根据收发的数据量，计算光纤 信道和无线信道的忙碌(Busy)与空闲(Idle)的时间比。超出设定的范围， 隔爆兼本质安全型工业计算机1会根据预先设置的数据优先级，暂时减少， 甚至禁止低优先级的无线设备的数据收发。保证高优先级数据的传输畅通。 进一步提高沿线设备的可靠性。

如图1，每个无线收发器3会将程序版本编号，上传给隔爆兼本质安全 型工业计算机1，隔爆兼本质安全型工业计算机1检测所有无线收发器3的 程序版本编号是否一致。如果无线收发器3的程序版本编号不一致，则隔爆 兼本质安全型工业计算机1为特定的无线收发器3发送新程序。无线收发器 3接收新的程序并替换自身旧的程序。隔爆兼本质安全型工业计算机1发送 新程序，可以是针对特定的无线收发器3，也可以是所有的无线收发器3。

如图1，每个无线设备，会将程序版本编号，上传给隔爆兼本质安全型 工业计算机1，如果隔爆兼本质安全型工业计算机1被授权，可以更新特定 的某个无线设备的程序，无线设备接收新的程序，并替换自身旧的程序。隔 爆兼本质安全型工业计算机1发送新程序，可以是针对特定的无线设备，也 可以是某一类所有的无线设备。

如图1，当沿线只有一端连接隔爆兼本质安全型工业计算机1。那么沿 线最后的无线收发器3将会作为沿线终端工作。作为终端，仅转发从光纤(束) 或光电缆2接收到的发给无线设备的数据。不转发从光纤(束)或光电缆2 接收到的发给下一个无线收发器3的数据。

本发明控制器与无线收发器之间，将传统的以控制器为中心，无线收发 器为终点的发射状连接方式，改为直线型连接，控制器为一个端点，沿直线 方向布置光纤和无线收发器。通过“光信号——无线信号——光信号——无 线信号”的数据传递方式实现直线型的数据通讯。更适合煤矿井下巷道直线 或者曲线走向，面积狭窄的应用场景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。