[發明專利]礦用無線通信中繼方法

在審

• 申請號: 202010496998.4
• 申請日: 2020-06-03
• 公開（公告）號: CN113766598A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 谷志茹;陳順科
• 申請（專利權）人: 株洲信通智能科技有限公司
• 主分類號: H04W40/22
• 分類號: H04W40/22;H04W40/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種礦用無線通信中繼方法，需要中繼的網絡節點向周圍的節點廣播中繼請求消息，各個中間節點均在其中繼表記錄下一跳的地址和中繼概率，當請求信息通過一定的路徑到達目的節點后，根據不同路徑的中繼概率選擇最優路徑，并由該目的節點發起中繼響應，再通過最優路徑回到源節點。本發明實現了MESH中繼技術中中繼概率算法。網絡中的節點具有中繼功能，解決星形網絡架構中需要另外增加中繼器的問題。在網格狀網絡拓撲結構以及各全功能網絡節點的有力支持下，本發明中的各節點還具有自組網功能，隨著環境的變換，節點可依據各節點間的中繼概率靈活的選擇中繼，保證了任何時間和環境下的路徑均為最優。

技術領域

本發明涉及一種用于礦用無線通信網絡，具體地說是一種礦用無線通信網絡中繼方法，適用于井下架空乘人設備和安全監控系統。

背景技術

礦井下是一個特殊的工作環境，在礦井下的無線信道不同于一般的地面無線通信信道，具有如下特點：

(1)井下空間窄小，無線電磁波在空間中傳播，會遇到多次反射，使得信號經過多條路徑到達接收端，從而存在頻率選擇性衰落。

(2)礦井縱橫可達幾十到上百公里且空間狹小、巷道傾斜、有拐彎和分支、巷道表面粗糙，且有機車等阻擋體，無線信號的傳輸衰耗大。

(3)井下空間有限、機電設備相對集中、功率大，因此電磁干擾嚴重，所以礦井無線通信系統工作頻率選擇上應考慮這些干擾源，應盡量選擇高頻或甚高頻作為系統工作頻率。

由于礦井下無線信道的特殊性，制約了礦井無線通信系統的發展。迄今為止，我國礦井下主要以有線通信方式為主。國內外礦井無線通信方式主要有漏泄通信、感應通信、透地通信、PHS(小靈通)通信、3G(大靈通)通信系統等。其中透地通信系統存在著設備體積大、重量重、信道容量小、地面設備功率大、地面天線布置困難、單向通信(地面向井下)等問題，因此不宜用作煤礦井下無線通信系統；漏泄通信系統存在著帶寬窄、抗災變能力差、大量的串聯中繼導致可靠性差、不具備冗余功能等問題，因此不宜作煤礦井下無線通信系統；PHS(小靈通)通信系統與3G(大靈通)通信系統存在著基站控制器和基站非本質安全型防爆、系統不具備冗余功能、抗災變能力差、帶寬窄、井下基站至地面最大通信距離不滿足井下通信大于10公里的要求等問題。

現有無線通信技術中，LoRa采用了先進的線性擴頻技術及超低靈敏度接收技術，其通訊距離遠，功耗低，非常適合于需要一定規模的組網、對低功耗和遠距離有強烈的要求、高安全性的應用領域，所以使用LoRa無線技術組建礦井通信網絡，針對礦進信道的時變特性造成的節點失效和節點恢復加入的現象，需要中繼算法具備快速搜索和全局尋優性能，所以使用有效的中繼機制來保證信號的可靠傳輸。

發明內容

本發明的目的是提供一種組網靈活且高效可靠的應用于礦井LoRa無線通信中繼方法。

本發明提供的這種礦用無線通信中繼方法，包括中繼節點發現過程和中繼概率算法，每個節點都包含中繼表和中繼請求表，該方法包括如下步驟：

步驟1，在組網前，初始化中繼表及中繼請求表；中繼表所有域清零；中繼請求表的反向中繼概率和前向中繼概率置為最大值，該表的其他域清零；

步驟2，中繼請求，源節點與目的節點要建立網絡時，源節點發起中繼請求，生成RREQ，以廣播的形式向相鄰中間節點發送RREQ；所述RREQ包括 RREQ_ID、中繼概率、目的地址和源地址；所述RREQ由源地址和RREQ_ID 共同標示其唯一性；

步驟3，中間節點具有中繼功能，且接收并前向轉發源節點地址不同的 RREQ，同時根據所述中繼概率算法計算從此RREQ的源節點至當前節點的反向累加中繼概率；并將反向中繼地址存入其中繼表中的下一跳地址域，將此RREQ 中的RREQ_ID存入其中繼請求表中的RREQ_ID域，將RREQ中的源地址存入其中繼請求表中的源地址域，將按照所述中繼概率算法計算得到的中繼概率存入該節點的中繼請求表的前向中繼概率域；所述中繼概率算法按照如下公式實現：