[發(fā)明專利]管理地下設(shè)施的無線通信系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010128122.0
• 申請日: 2010-03-08
• 公開（公告）號: CN101827461A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 元允載;林承玉;金善熙;趙鎮(zhèn)雄
• 申請（專利權(quán)）人: 電子部品研究院
• 主分類號: H04W84/18
• 分類號: H04W84/18;G01R33/02;G01S5/02
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 張春媛;鄭霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及管理地下設(shè)施的無線通信系統(tǒng)，更具體地，涉及管理下述地下設(shè)施的無線通信系統(tǒng)：所述地下設(shè)施能夠在惡劣的地下環(huán)境下為無線通信提供其經(jīng)過精確測量的狀態(tài)信息。

背景技術(shù)

磁場通信是利用區(qū)域內(nèi)的磁場的無線通信系統(tǒng)，該區(qū)域由距天線的距離λ/2π限定，在該距離處，電磁場與天線分離，并以電磁波的形式傳播到自由空間中。磁場通信在包含金屬、水、土壤或倒塌的建筑物殘骸的惡劣環(huán)境下可靠地工作。

圖1是示出了用于磁場通信的磁場區(qū)域的產(chǎn)生的示意圖。當(dāng)在偶極子天線的饋電點之間施加AC電壓時，產(chǎn)生的電場導(dǎo)致在天線中形成AC電流，并由此產(chǎn)生了磁場。電磁場在距離d處與天線分離并發(fā)射到自由空間中，其中d等于λ/2π。此時，發(fā)送單元通過利用諸如ASK或BPSK之類的方法調(diào)制的磁場發(fā)送數(shù)據(jù)信號，接收單元接收來自發(fā)送單元通過磁場發(fā)送的數(shù)據(jù)信號，并且利用ASK或BPSK方法解調(diào)數(shù)據(jù)信號以獲得原始數(shù)據(jù)。

磁場通信在靠近水、土壤或金屬的環(huán)境中實現(xiàn)了可靠的無線通信；磁場通信被廣泛地認(rèn)為是一種重要的突破RFID/USN技術(shù)的限制的無線通信技術(shù)。

由于在靠近水、土壤或金屬的惡劣環(huán)境中的強(qiáng)烈干擾，傳統(tǒng)RFID/USN技術(shù)遇到了通信困難。表1示出了磁場通信和其他短距離通信的對比。

表1

諸如供水線路、地下水道系統(tǒng)、輸電線、輸氣管道、通信線路、油管、熱管的生命線是主要的地下設(shè)施，出于保護(hù)和美觀的目的，這些設(shè)施通常被埋設(shè)在地下。

但是由于其建設(shè)在地下，很難準(zhǔn)確地確定這些地下設(shè)施的狀態(tài)。經(jīng)常地檢查這些設(shè)施的狀況是十分重要的，這是因為一旦上述生命線之一發(fā)生故障，影響將是巨大的。

出于這個原因，人們正在研究使用多個傳感器在地面上采集地下設(shè)施的狀態(tài)信息的方法，其中，這些傳感器是附屬于地下設(shè)施上的能夠感知其狀況的傳感器。然而，由傳感器探測到的感知信號不能夠使用利用RFID/USN技術(shù)的傳統(tǒng)通信方法發(fā)送到地面。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

本發(fā)明被提出以解決上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種管理地下設(shè)施的無線通信系統(tǒng)，該地下設(shè)施能夠在惡劣環(huán)境下通過附屬于埋在地下的設(shè)施的傳感器節(jié)點和位于地面上的信息采集設(shè)備之間的磁場通信來采集地下設(shè)施的狀態(tài)信息。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種管理地下設(shè)施的無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠半永久性地運(yùn)行而不需要替換電池，因為可以利用從信息采集設(shè)備發(fā)送的磁場通信信號為傳感器節(jié)點的驅(qū)動電源充電。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種管理地下設(shè)施的無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠利用信息采集設(shè)備和傳感器節(jié)點之間的距離信息和信息采集設(shè)備的GPS位置信息實現(xiàn)對地下設(shè)施的基于位置的監(jiān)測。

技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一種示例性實施方式的管理地下設(shè)施的無線通信系統(tǒng)包括：多個附屬于地下設(shè)施的傳感器節(jié)點，所述傳感器節(jié)點在根據(jù)包括喚醒信號的驅(qū)動信號探測地下設(shè)施的狀態(tài)信息后，通過磁場通信發(fā)送感知信號；以及信息采集設(shè)備，所述信息采集設(shè)備將驅(qū)動信號發(fā)送給傳感器節(jié)點，采集從傳感器節(jié)點發(fā)送的感知信號，并將采集到的信息通過短距離無線通信發(fā)送給監(jiān)測系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的具體特征的驅(qū)動信號由傳感器節(jié)點的喚醒信號和充電信號組成，并且每個信號具有預(yù)定的期間。當(dāng)接收到喚醒信號時，傳感器節(jié)點退出空閑模式并探測地下設(shè)施的狀況，還將狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給信息采集設(shè)備。在狀態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)送完成之后，傳感器節(jié)點很快再次進(jìn)入空閑模式以降低能耗。在空閑模式期間，充電單元利用在驅(qū)動信號的充電信號期間接收到的充電信號為傳感器節(jié)點中的電池充電，該電池被作為驅(qū)動電源。

傳感器節(jié)點由下述設(shè)備組成：輸出通過探測地下設(shè)施狀況而得到的感知信號的傳感器，所述探測響應(yīng)于包括在驅(qū)動信號中的喚醒信號；通信單元，該通信單元通過磁場通信與信息采集設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；充電單元，用于在充電信號期間為電池充電，所述充電信號期間包括在從信息采集設(shè)備發(fā)送的驅(qū)動信號中；以及控制單元，用于將由傳感器在驅(qū)動信號的喚醒信號期間探測到的感知信號發(fā)送到信息采集設(shè)備，并在充電信號期間發(fā)送控制信號以通過充電單元為電池充電。