[发明专利]一种矿井无线中继应急通信系统

说明书

本发明公开了一种矿井无线中继应急通信系统。系统包括无线中继站、冗余基站、无线终端节点；系统具有多射频全双工收发、频分信道巷道空间复用、链路控制与数据传输分离的链路结构，可通过光纤/总线交换机接入井下的以太环网，与地面有线通信系统相连；系统采用高效的路由协议对数据进行中继传输，并通过链路断点恢复协议进行无线/有线链路断点的恢复，在有线链路发生中断时，断点处的无线中继站将以太环网中的语音数据作为本机数据进行无线中继转发。在煤矿井下发生灾变后，本发明的系统能够可靠的为井下遇险人员提供无线应急通信服务，并解决由收发切换、信道复用、信令与数据混合传输带来的多级中继时延、带宽损失及系统稳定性等问题。

技术领域

本发明涉及一种矿井无线中继应急通信系统，其具体涉及矿井应急通信、无线多跳中继、无线链路结构、通信协议等领域。

背景技术

矿井应急通信系统是提高救援效率、减少人员伤亡的重要工具，在煤矿事故应急救援和安全生产中发挥着重要作用。在煤矿井下发生事故后，矿井应急通信系统仍能为井下遇险人员提供与地面调度室通信，是救灾指挥部了解井下灾情、被困人员位置和状况，指导被困人员自救的关键装备。矿井透地通信系统可穿透煤岩，实现井下与地面通信。但矿井透地通信系统工作频率低、传输速率低。为满足双向通信，需要在井下设置百余米的发射线圈，实施成本高，且容易受矿井事故灾害的影响。

目前，煤矿没有专用矿井应急通信系统，均采用矿用有线调度通信系统兼做矿井应急通信系统。矿用有线调度通信系统不需要井下供电，只要电缆不断、电话不坏，就可正常工作，因此，可靠性较高。但当事故造成矿用有线调度通信系统断缆时，系统将不能为井下遇险人员提供与地面的通信。因此，需要研究无通信电缆和光缆的矿井无线应急通信系统。MESH为最广泛的自组网多跳通信协议，但MESH通信系统用作多跳无线通信最突出的问题是中继跳数受限，其有效中继跳数受每级中继的带宽损失影响，MESH等常用的自组网和无线中继技术，中继跳数少，难以满足矿井应急通信数十跳的要求。

针对煤矿井下无线通信系统存在抗灾变能力差、传输信号衰减大、无线发射功率受限，传输距离近，难以满足10km传输距离要求，以及矿井无线信号传输时延高、中继跳数受每级中继的带宽损失影响大等问题，本发明提出了一种多级无线中继的矿井应急通信系统，使系统能够满足灾变环境中应急通信的需要，大幅度提高矿井灾害应急救援的能力。

发明内容

本发明提供的一种矿井无线中继应急通信系统，在于解决现有无线中继通信由收发切换、信道复用、信令与数据混合传输带来的多级中继时延、带宽损失及系统稳定性等问题，避免无线中继站、冗余基站混合传输带来的信道干扰问题，同时简化逐级路由寻址和路由发现过程，降低数据传输时延和提高数据转发效率，减小协议对链路的开销，增强链路的抗灾变能力。本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

本发明的一种矿井无线中继应急通信系统，系统包括无线中继站、冗余基站、无线终端节点；无线中继站采用多射频全双工收发、频分信道巷道空间复用、链路控制与数据传输分离的无线链路结构；冗余基站挂载于前一级无线中继站，无线中继站和冗余基站的路由协议采用数据透传方式；所述系统接入地面现有的矿井通信设备，并与监控终端相连，通过光纤/总线交换机接入井下的以太环网，构成以太环网有线通信链路；所述无线中继站采用多个无线射频单元，将中继链路分解为多个一对一子链，通过频分信道巷道空间复用，将中继级数与频分信道数量解耦，链路控制与数据传输信道分离；所述系统的路由协议由分支巷道处的无线中继站根据路由表进行数据交换，其余无线中继站仅解析数据包头来接收本机数据，非本机数据直接按巷道延伸方向进行透传式转发；所述系统采用冗余基站、无线终端桥接、本地接入协同的链路断点恢复协议进行链路断点恢复，在有线链路发生中断时，有线链路断点处的无线中继站与冗余基站，将以太环网中的语音数据通过光纤/总线交换机接入中继站，并将语音数据作为本机数据进行无线中继转发。