一种用于井巷环境的链状拓扑分段异频无线自组网方法

技术领域

本发明涉及井下巷道无线自组通信技术领域，具体为一种用于井巷环境的链状拓扑分段异频无线自组网方法。

背景技术

井下巷道无线自组网通信的一般应用方式是在巷道部署形成一种长单链状拓扑，整个网络呈现一条折线形状。这类应用追求总组网距离长和首尾传输速率高两个目标。这种背景下，井下无线自组网存在两项主要指标，一是单跳无线传输距离，二是多跳无线链路的实时通量。

在当下，影响单跳无线传输距离的主要问题在于井下电磁波传播规律，国内外学者研究认为，电磁波频率、井下导体、巷道截面积、巷道结构(拐弯、分支、倾斜)、巷道特殊位置(风墙、风桥、风门、风窗)都会对无线传输产生影响。其中，不同高低的电磁波频率在平直巷道和弯曲巷道的传播衰减截然相反。直巷中的甚高频和特高频段，都会随着频率的增大而衰减变小(孙继平.矿井无线传输的特点[J].煤矿设计,1999,(04):20-22)；而在弯曲巷道中，半径越小衰减越严重，频率越高衰减率越大(孙继平,张宏炜,张龙.矩形弯曲隧道中电磁波的传输特性分析[J].工矿自动化,2007,No.145(04):4-6)。因此高频段更适合于平直隧道中使用。但现有的无线自组网技术因为面向网状拓扑，通常只采用一种载波频率，而因为面向高带宽应用，往往又采用特高频段(UHF)的载波频率。故现有无线自组网技术的单一载波频率在井下传播时无法适应复杂的井下巷道结构。

发明内容

本发明的技术问题在于如何在实现不同波模之间的转换的同时，使井下链状拓扑固定数量基站的无线自组网的总组网距离最长，是现在必须克服的问题。

本发明提供的基础方案：一种用于井巷环境的链状拓扑分段异频无线自组网方法，包括若干基站，包括步骤：

S1：将基站按不同载波频率进行分类，使得每一类基站适用于特定类型的巷道，每一类基站的基带带宽相同；

S2：在特定类型的巷道采用适应类型的基站按前进顺序部署，每种类型的基站形成一段无线组网；

S3：处于两种特定类型的巷道结构交汇处，两种基站之间采用光纤有线连接，形成多段构成的链状拓扑无线多跳链路。

本发明的原理及优点在于：现有的无线自组网技术因为面向网状拓扑，通常只采用一种载波频率，而因为面向高带宽应用，往往又采用特高频段的载波频率，但特高频段的载波频率在井下传播时往往会在弯曲巷道和特殊位置衰减严重，所以现有的无线自组网技术的单一载波频率在井下传播时存在着无法适应复杂井下巷道结构的问题。

而本方案中，将基站按不同载波频率进行分类，使得每一类基站适用于特定类型的巷道，每一类基站的基带带宽相同，从而使得每一段巷道都能够采用最适合的载波频率进行无线自组网，从而以尽量少的基站实现总组链距离最长。其次，每种类型的基站形成一段无线自组网使得段与段之间的频率不同，段与段之间的交汇处不会产生跨段无线传输。而在两种特定类型的巷道结构交汇处，两种基站之间采用光纤有线连接，则能够在井下风门等无线信号几乎不能传播的特殊地点维持住链状组网的连续性；此外，因井下特有受限空间限制电磁波远距离传播，所以按每段仅2节点1跳推测，假设出现跨段使用相同频率，也不会产生跨段无线传输。因此，本方案通过分段部署不同载波频率的无线自组网基站组成链状拓扑，采用不同载波频率分别适应不同巷道结构。在固定数量基站的条件下，使得链状总组网距离更长。

进一步，所述S1中载波频率的分类以100MHz作为频点间隔，得到频点集合{F1＝300MHz,F2＝400MHz,…,F8＝1000MHz,…,F18＝2000MHz,…,F27＝2900MHz,F28＝3000MHz}；

其中，A频点集合为{F1,F2,…,F6,F7}适合弯曲巷道，其频率从低到高，适应的曲率从大到小；

B频点集合为{F8,F9,…,F16,F17}适合平直或斜直巷道，其频率从低到高，适应的巷道截面积从大到小；

C频点集合为{F18,F19,…,F27,F28}适合特殊巷道位置，其频率从低到高，适应的巷道截面积从大到小。

有益效果：由于将载波频率根据频率高低进行分类，获取到不同的频点集合以适应不同的巷道环境，从而使得每一段巷道都能够采用最适合的载波频率进行无线自组网。

进一步，所述特殊巷道位置包括风墙、风桥、风门和风窗。

进一步，所述S3中链状拓扑无线多跳链路的基本参数计算方法为：

设链状拓扑无线多跳链路存在n段，每段各有基站S个，按段序记作第1段基站数量S1个，第2段基站数量S2个，第n段基站数量Sn个；

则n段基站组成的链状拓扑多跳链路的跳数H为:

设所有基站的基带带宽为B，并都采用时分双工工作模式，则该链状拓扑首尾单向传输的最大实时速率T

该链状拓扑首尾双向传输的最大实时速率T

其中T

附图说明

图1为本发明一种用于井巷环境的链状拓扑分段异频无线自组网方法实施例的步骤流程图。

图2为本发明一种用于井巷环境的链状拓扑分段异频无线自组网方法实施例的井下链状按频分段无线自组网示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

具体实施过程如下：

实施例一

实施例一基本如附图1所示，一种用于井巷环境的链状拓扑分段异频无线自组网方法，包括若干基站，包括步骤：

S1：将基站按不同载波频率进行分类，使得每一类基站适用于特定类型的巷道，每一类基站的基带带宽相同；

S2：在特定类型的巷道采用适应类型的基站按前进顺序部署，每种类型的基站形成一段无线组网；

S3：处于两种特定类型的巷道结构交汇处，两种基站之间采用光纤有线连接，形成多段构成的链状拓扑无线多跳链路。

本实施例中，所述基站除具备无线自组网功能外，还具备光纤接口、内置光网转换器和内置交换机，外部数据通过光纤接口传输至内置交换机，且内置交换机能够与基站空中接口的数据进行二层交换。基站按不同的载波频率进行分类，使得每一类基站适用于特定类型的巷道，每一类基站的基带带宽相同。

具体的，本实施例中的载波频率分类以100MHz作为频点间隔，得到频点集合{F1＝300MHz,F2＝400MHz,…,F8＝1000MHz,…,F18＝2000MHz,…,F27＝2900MHz,F28＝3000MHz}。

其中，A频点集合为{F1,F2,…,F6,F7}适合弯曲巷道，其频率从低到高，适应的曲率从大到小。

B频点集合为{F8,F9,…,F16,F17}适合平直或斜直巷道(上山、下山)，其频率从低到高，适应的巷道截面积从大到小。

C频点集合为{F18,F19,…,F27,F28}适合特殊巷道位置，其频率从低到高，适应的巷道截面积从大到小，所述特殊巷道位置包括风墙、风桥、风门和风窗。

之后在特定巷道使用特定频类的基站按前进顺序部署，每种频率的基站形成一段无线组网；当处于两种巷道结构交汇处，两种基站之间使用光纤有线连接；最终形成多段构成的链状拓扑无线多跳链路。

如附图2所示，本实施例中平直巷道使用B频基站5个，弯曲巷道使用A频基站3个，特殊巷道使用C频基站4个，斜直巷道使用B频基站3个，共15个基站。

总共构成12节点11跳链路，其中平直巷道与弯曲巷道、弯曲巷道与特殊巷道、特殊巷道与斜直巷道两两之间，采用光纤有线连接，2个基站形成1个节点。

而本链状拓扑无线多跳链路的基本参数计算方法为：

设链状拓扑无线多跳链路存在n段，每段各有基站S个，按段序记作第1段基站数量S1个，第2段基站数量S2个，第n段基站数量Sn个；

则n段基站组成的链状拓扑多跳链路的跳数H为:

设所有基站的基带带宽为B，并都采用时分双工工作模式，则该链状拓扑首尾单向传输的最大实时速率T

该链状拓扑首尾双向传输的最大实时速率T

其中T

假设基站基带带宽为20Mbps，代入后可知，整条链状无线多跳链路的首尾(节点1与节点12)单向最大实时速率为1.81Mbps，首尾双向最大实时速率为19.53Kbps。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。