[发明专利]一种双电源信道冗余的泄露电缆通信系统及方法

摘要

一种双电源信道冗余的泄露电缆通信系统及方法，适用于煤矿井下巷道中数据传输交流使用。包括始端直流馈电器、终端之路馈电器、泄露电缆、设在泄露电缆上的泄露电缆节点，泄露电缆节点包括射频信号放大器、信号检测模块、中央处理单元、无线收发模块及收发天线。始端直流馈电器和终端直流馈电器上均设有供电设备，提供直流电源和蓄电池供电，当泄露电缆断裂时，依然能够保证对泄露电缆节点的供电，同时泄露电缆节点在检测到泄露电缆断裂时会启动无线连接，将数据通过无线传输通过断裂处的泄露电缆，同时向与终端直流馈电器连接的上位机发送故障信息，并提示出发生故障的泄漏电缆节点编号，从而容易判断出故障的位置，方便维修。

主权项

一种双电源信道冗余的泄露电缆通信方法，利用双源信道冗余的泄露电缆通信系统，包括基站(1)，始端直流馈电器(2)、终端直流馈电器(3)和泄露电缆(4)，其特征在于：基站(1)通过射频电缆将射频信号输入直流馈电器(2)的射频输入端，始端直流馈电器(2)的输出端通过泄露电缆(4)串联多个泄露电缆节点(5)沿巷道布线从而形成信号覆盖，泄露电缆(4)通过终端直流馈电器(3)与终端上位机相连接，所述分别设置在泄露电缆(4)两端的始端直流馈电器(2)和终端直流馈电器(3)上均连接有供电设备，供电设备将直流电流通过始端直流馈电器(2)和终端直流馈电器(3)的电流输入端加载到泄露电缆(4)上，所述供电设备包括电源管理电路(6)，电源管理电路(6)上分别连接有24V直流电源(7)和本安型蓄电池(8)，所述的泄露电缆节点(5)包括两个通过射频信号线和电源线相互连接的节点直流馈电器(9)，所述两个节点直流馈电器(9)之间的射频信号线上还连接有射频信号双向放大器(10)，射频信号双向放大器(10)顺序连接有射频模块(11)、中央处理单元(12)、无线收发模块(13)和设置在无线收发模块(13)上的收发模块天线(14)，所述两个节点直流馈电器(8)之间的电源线上连接有节点电源模块(15)，所述射频信号双向放大器(10)顺序连接有射频模块(11)、中央处理单元(12)、无线收发模块(13)均连接到节点电源模块(15)上由其供电；其特征在于步骤如下：a.基站(1)通过射频电缆将射频信号输入直流馈电器(2)的射频输入端，始端直流馈电器(2)的输出端通过泄露电缆(4)沿着巷道串联多个泄露电缆节点(5)并连接到终端直流馈电器(3)上，从而将信号覆盖泄露电缆(4)沿途的巷道，同时分别设置在始端直流馈电器(2)和终端直流馈电器(3)上的供电设备同时向泄露电缆(4)供电，当泄露电缆节点(5)无法从一个供电设备中获得供电时，可以通过另一个供电设备获得正常工作的供电；b.编号为n的泄露电缆节点(5)中的中央处理单元(12)每隔固定时间就泄露电缆(4)向顺序连接的下一个泄露电缆节点(5)发射包含所属泄露电缆节点(5)编号的心跳信号，当编号为n+1的泄露电缆节点(5)接收到心跳信号后就会发出反馈信号，同时向再编号为n+2的泄露电缆节点(5)发送包含所属泄露电缆节点(5)编号的心跳信号，当编号为n的泄漏电缆节点(5)的中央处理单元(12)通过射频模块收到编号n+1的泄露电缆节点(5)发射的反馈信号后通过射频模块(11)控制射频信号双向放大器(10)将泄露电缆(4)上的数据信息放大后发送出去；c.当编号为n的泄露电缆节点(5)中的中央处理单元(12)通过泄露电缆(4)发送出去的心跳信号，在预设的时间间隔中没有收到编号n+1的泄露电缆节点(5)反馈回来的反馈信号时，判断编号n的泄露电缆节点(5)与编号n+1的泄露电缆节点(5)之间的泄露电缆(4)断裂，此时，分别以泄露电缆(4)断裂处两侧的编号n泄露电缆节点(5)与编号n+1泄露电缆节点(5)作为边界，编号n泄露电缆节点(5)根据预先设定选择性向上游泄露电缆节点(5)发送开启无线收发模块(13)信息，从而使编号n泄露电缆节点(5)上游连接的几个泄露电缆节点(5)激活无线收发模块(13)，这些激活无线收发模块(13)的泄露电缆节点(5)连同编号n泄露电缆节点(5)组成集合S；编号n+1泄露电缆节点(5)根据预先设定选择性向下游泄露电缆节点(5)发送开启无线收发模块(13)信息，从而使编号n+1泄露电缆节点(5)下游连接的几个泄露电缆节点(5)激活无线收发模块(13)，这些激活无线收发模块(13)的泄露电缆节点(5)连同编号n+1泄露电缆节点(5)形成集合R，所述集合S与集合R内的泄露电缆节点(5)只能与另一个集合里的泄露电缆节点(5)无线组网；d.当预先设定开启无线收发模块(13)的泄露电缆节点(5)集合S元素个数为1时，则编号n的泄露电缆节点(5)作为无线组网数据转发点，当预先设定开启无线收发模块(13)的泄露电缆节点(5)集合R元素个数为1时,则n+1泄露电缆节点(5)作为无线组网数据转发点，当集合S元素个数大于1且集合R元素个数为1时,则激活无线收发模块(13)的泄露电缆节点(5)以无线数据传输速率最大化为目标,构建随机无线拓扑，从而建立泄露电缆(4)断裂处两侧的泄露电缆节点(5)无线信道，具体过程如下：设，i为泄露电缆节点(5)集合R内的节点，j为泄露电缆节点(5)集合S内的节点，κi,j为节点i和节点j之间距离的倒数,作为i和j节点之间的通信可靠性的近似；Ti,j为节点i将无线数据发送到节点j的概率；利用公式Ⅰ定义衡量每个节点通信能力指标ρi为每个节点的输入数据包和输出数据包的差值，即：ρi=Σj=1|S|(κi,jTi,j-κj,iTj,i),i∈R,j∈S---I]]>从而在集合R内的节点和集合S内的节点之间建立网络总通信能力最强的无线通信信道组合；e.泄露电缆(4)断裂处两侧的泄露电缆节点(5)通过组建的无线信道传输数据，具体步骤为，断裂处上游组建无线信道的泄露电缆节点(5)的中央处理单元(12)控制射频信号双向放大器(10)将接收到的信息通过射频模块(11)转换为带有编号的数据包，将数据包使用无线收发模块(13)和收发模块天线(14)向断裂处下游建立无线信道的泄露电缆节点(5)发送出去，下游泄漏电缆节点(5)通过收发模块(13)上的收发模块天线(14)接收带有编号的数据包，之后通过其内部的射频模块(11)将数据包转换并通过射频信号双向放大器(10)将数据信息发大后延输出端的泄露电缆(4)发送出去。