一种双电源信道冗余的泄露电缆通信系统及方法技术方案

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。

【技术实现步骤摘要】
一种双电源信道冗余的泄露电缆通信系统及方法
本专利技术涉及一种泄露电缆通信系统及方法，尤其适用于煤矿井下巷道中进行数据传输交流使用的双电源信道冗余的泄露电缆通信系统及方法。
技术介绍
煤矿巷道是带状非自由空间，破坏了地面无线电波在自由空间的传播规律，地面无线电波通信在井下巷道中传播收到限制，最远通信距离不超过300m。由于煤矿井下生产环境特殊，条件比较恶劣，随着现代化开采、运输技术和装备的大量应用，对矿井现代通信装备的需求越来越迫切，特别是井下流动生产管理人员和矿井生产中存在的大量移动工作场地、生产装备，对生产现场各种变化信息需要与生产调度系统及时沟通，并做出响应的决策和应急措施。信息的流通与顺畅关系到煤矿高效生产、安全调度、抢险救灾等方面工作，现阶段煤矿理想的井下通信方式是移动通信模式，国内在井下移动通信技术的应用正处于发展阶段。泄露电缆通信是在封闭空间利用泄露电缆人为制造一个传播媒介，使无线点播在电缆中传播并不断泄露到电缆附近的空间，无线电波灌满整个巷道，从而保证了信号的连续性和可靠性。泄露电缆类似于传输线和天线的组合体，射频电磁波能够沿着泄露电缆一边传输，一边向周围空间辐射，同时也接受它周围的无线电波。泄露电缆覆盖的井下巷道距离可以达到任意远距离，长时间工作稳定。安装方便，井下所有设备由泄露电缆馈电，附加的建设成本较低，井下施工的难度小。泄露通信适应煤矿井下巷道和作业点，是近年来国际上采用的较先进的通信技术。现有的泄露电缆通信系统均为一端供电，在泄露电缆因事故、电缆接头处脱落等原因断开后，射频信号将不能够连续的传输，这对煤矿井下实时通信是非常不利的，同时仅仅通过泄露电缆传输信息，如果泄露电缆中间产生断裂则断裂点后方的泄露电缆完全无法工作，而且无法定位断裂点位置
技术实现思路
技术目的：针对上述技术中的不足之处，提供一种结构简单，泄露电缆产生断裂后任然能够工作，并且可以确认产生断裂点区间的双电源信道冗余的泄露电缆通信系统及方法。
技术实现思路
：为实现上述技术目的，本专利技术的一种双电源信道冗余的泄露电缆通信系统，包括基站，始端直流馈电器、终端直流馈电器和泄露电缆，基站通过射频电缆将射频信号输入直流馈电器的射频输入端，始端直流馈电器的输出端通过泄露电缆串联多个泄露电缆节点沿巷道布线从而形成信号覆盖，泄露电缆通过终端直流馈电器与终端上位机相连接，所述分别设置在泄露电缆两端的始端直流馈电器和终端直流馈电器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和终端直流馈电器的电流输入端加载到泄露电缆上，所述供电设备包括电源管理电路，电源管理电路上分别连接有24V直流电源和本安型蓄电池。所述的泄露电缆节点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，所述两个节点直流馈电器之间的射频信号线上连接有射频信号双向放大器，射频信号双向放大器上顺序连接有射频模块、中央处理单元、无线收发模块和设置在无线收发模块上的收发模块电线，所述两个节点直流馈电器之间的电源线上连接有节点电源模块，节点电源模块分别与双向放大器顺序连接有射频模块、中央处理单元、无线收发模块均连接到节点电源模块相连接并提供电源；所述的始端直流馈电器和终端直流馈电器型号为TJ-KD-C型馈电器；所述的节点直流馈电器为TJ-KD-Z型馈电器，射频信号双向放大器型号为DT1328-KTL91，射频模块为调制解调器，中央处理单元型号为STM32F芯片。一种使用上述系统的双电源信道冗余的泄露电缆通信方法，其步骤如下：a.基站通过射频电缆将射频信号输入直流馈电器的射频输入端，始端直流馈电器的输出端通过泄露电缆沿着巷道串联多个泄露电缆节点并连接到终端直流馈电器上，从而将信号覆盖泄露电缆沿途的巷道，同时分别设置在始端直流馈电器和终端直流馈电器上的供电设备同时向泄露电缆供电，当泄露电缆节点无法从一端的供电设备中获得供电时，可以通过另一端供电设备获得正常工作的供电；b.系统工作时，泄露电缆上编号为n的泄露电缆节点中的中央处理单元根据预设值每隔一个时间周期就通过泄露电缆向顺序连接的下一个泄露电缆节点发射包含其编号的心跳信号，当编号为n+1的泄露电缆节点接收到心跳信号后就会发出反馈信号，同时向编号为n+2的泄露电缆节点发送包含自身编号的心跳信号；当编号为n的漏电缆节点的中央处理单元通过射频模块收到编号n+1的泄露电缆节点发射的反馈信号后通过射频模块控制射频信号双向放大器将泄露电缆上的数据信息放大后发送出去；c.当编号为n的泄露电缆节点中的中央处理单元通过泄露电缆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的泄露电缆节点反馈回来的反馈信号时，判断编号n的泄露电缆节点与编号n+1的泄露电缆节点之间的泄露电缆断裂，此时，分别以泄露电缆断裂处两侧的编号n泄露电缆节点与编号n+1泄露电缆节点作为边界，编号n泄露电缆节点根据预先设定选择性向上游泄露电缆节点发送开启无线收发模块信息，从而使编号n泄露电缆节点上游连接的几个泄露电缆节点激活无线收发模块，这些激活无线收发模块的泄露电缆节点连同编号n泄露电缆节点组成节点集合S；编号n+1泄露电缆节点根据预先设定选择性向下游泄露电缆节点发送开启无线收发模块信息，从而使编号n+1泄露电缆节点下游连接的几个泄露电缆节点激活无线收发模块，这些激活无线收发模块的泄露电缆节点连同编号n+1泄露电缆节点形成节点集合R，所述节点集合S与节点集合R内的泄露电缆节点只能与另一个集合里的泄露电缆节点无线组网；d.当预先设定开启无线收发模块的泄露电缆节点节点集合S元素个数为1时，则编号n的泄露电缆节点作为无线组网数据转发点，当预先设定开启无线收发模块的泄露电缆节点节点集合R元素个数为1时,则n+1泄露电缆节点作为无线组数据转发点，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的泄露电缆节点以无线数据传输速率最大化为目标,构建随机无线拓扑，从而建立泄露电缆断裂处两侧的泄露电缆节点的无线信道，具体过程如下：设，i为泄露电缆节点节点集合R内的节点，j为泄露电缆节点节点集合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：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.泄露电缆断裂处两侧的泄露电缆节点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，其内部的中央处理单元控制射频信号双向放大器将接收到的信息通过射频模块转换为带有编号的数据包，将数据包使用无线收发模块和收发模块天线向断裂处下游建立无线信道的泄露电缆节点发送出去，下游漏电缆节点通过其内部的收发模块上的收发模块天线接收带有编号的数据包，之后通过下游漏电缆节点的射频模块将数据包转换并通过射频信号双向放大器将数据信息发大后延输出端的泄露电缆发送出去。当建立无线通信信道中起接收作用的下游漏电缆节点接收到的带有编号的数据包的编号缺失时，通过无线收发模块向建立无线通信信道的上游的漏电缆节点再次发送缺失编号数据包的请求，建立无线通信信道的上游的漏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双电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)。

【技术特征摘要】
1.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡延军，陈春旭，张靖，贺信，张雷，丁恩杰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32