矿井wifi和方法

文档序号:7805529阅读:455来源:国知局
矿井wifi和方法
【专利摘要】本发明公开了用于带有隧道的矿井的通讯系统,包括多个设置在矿井中的隧道中的节点,这些节点使用矿井中的设备通过WIFI提供通信。每个所述节点都包括:限定一封闭空间的壳体;带有第一天线的第一无线电通信装置,其至少部分位于所述壳体中的封闭空间内,用于在相对于所述节点的第一方向上进行通信;带有第二天线的第二无线电通信装置,其至少部分位于所述壳体中的封闭空间内,用于在与所述第一方向基本相反的第二方向上进行通信;以及电源,该电源与所述第一和第二无线电通信装置电连接,以向所述第一和第二无线电通信装置供电。本发明还公开一种矿井的通讯系统的方法、一种矿井的WIFI节点的方法、一种矿井的WIFI节点和一种将物体固定在矿井中的装置。
【专利说明】矿井WIFI和方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用节点的矿井中的WIFI,该节点具有针对矿井中的第一方向通信的 第一无线电通信装置,和针对矿井中本质上与第一方向相反的第二方向通信的第二无线电 通信装置。更具体地,本发明涉及使用节点的矿井中的WIFI,该节点具有针对矿井中的第一 方向通信的第一无线电通信,和针对矿井中本质上与第一方向相反的第二方向通信的第二 无线电通信,在该第一和第二方向上覆盖的范围可达至少2000英尺。

【背景技术】
[0002] 本节旨在向读者介绍可能与本发明的各个方面相关的本领域的各个方面。下面的 讨论旨在提供信息以便对本发明有更好的理解。因此,需要了解的是,下面的讨论中的语句 应从这个角度阅读,而不是对现有技术的认可。
[0003] 地下采矿对硬件和无线电频率(RF)的要求很苛刻。物理上,可移动设备的空间狭 窄,会撞击到硬件,此外,岩石可能落下并移动,从而造成硬件损伤。并且,在矿井环境中RF 表现不好。大量金属物品的出现导致RF散射,岩石或煤矿或其他矿石的组成在不同频率下 对RF进行吸收和散射。这些以及其他问题削减了在矿井中可提供的无线连接的距离和速 度。为此,在矿井中通常将光纤电缆用作通信载体。


【发明内容】

[0004] 本发明提供了用于带有隧道的矿井的通讯系统。该系统包括多个设置在矿井的隧 道中的节点,这些节点借助矿井中的设备通过WIFI提供通信。每个所述节点都包括:限定 一封闭空间的壳体;针对在相对该节点的第一方向上通信的、完全设置在该壳体中的封闭 空间内的、带有第一天线的第一无线电通信装置;针对在与该第一方向基本相反的第二方 向上通信的、完全设置在该壳体中的封闭空间内的、带有第二天线的第二无线电通信装置; 以及与该第一和第二无线电通信装置电连接的电源,用于向该第一和第二无线电通信装置 供电。
[0005]本发明提供了一种带有隧道的矿井的通讯系统。该系统包括多个设置在矿井中的 隧道中的节点,这些节点使用矿井中的设备通过WIFI提供通信。每个所述节点都包括:限 定一封闭空间的壳体;带有第一天线的第一无线电通信装置,其至少部分位于所述壳体中 的封闭空间内,用于在相对于所述节点的第一方向上进行通信;带有第二天线的第二无线 电通信装置,其至少部分位于所述壳体中的封闭空间内,用于在与所述第一方向基本相反 的第二方向上进行通信,其中,该带有第一天线的第一无线电通信装置设置在该带有第二 天线的第二无线电通信装置以内18英寸处;以及电源,该电源与所述第一和第二无线电通 信装置电连接,以向所述第一和第二无线电通信装置供电。
[0006]本发明提供了一种通过矿井的顶板中的第一矿顶螺栓和第二矿顶螺栓将物体固 定在矿井中的装置。该装置包括具有开口的袋,通过该开口,该物体被放在袋中。从所述袋 延伸出来的第一带具有与从所述矿井顶板延伸出来的所述第一矿顶螺栓相连接的第一接 合部分。从所述袋延伸出来的第二带具有与从所述矿井顶板延伸出来的所述第二矿顶螺栓 相连接的第二接合部分。当有力施加到所述袋上时,该袋在所述第一带和第二带间摆动。
[0007] 本发明提供了一种矿井通讯系统,具有提供第一电压电能的矿井电源。该系统包 括多个节点。每个节点都具有电源和无线电通信装置。所述多个节点的第一节点的电源通 过第一电能电缆连接至所述矿井电源。所述第一节点的电源向该第一节点的无线电通信装 置提供小于所述第一电压的第二电压的电能。所述多个节点的第二节点的电源通过第二电 能电缆连接至所述第一节点的电源,并且以第一电压从该第一节点的电源接收电能。所述 第二节点的电源向该第二节点的无线电通信装置提供小于所述第一电压的第二电压的电 能。
[0008] 本发明提供了一种带有隧道的矿井的通讯系统。该系统包括多个设置在矿井中的 隧道中的节点,这些节点使用矿井中的设备通过WIFI提供通信。每个所述节点都包括:限 定了封闭空间的壳体;针对在相对该节点的第一方向上通信的至少部分在该壳体中的封闭 空间中的带有第一天线的第一无线电通信装置;针对在实质上与该第一方向相反的第二方 向上通信的至少部分在该壳体中的封闭空间中的带有第二天线的第二无线电通信装置;以 及与该第一和第二无线电通信装置电连接的电源,用于向该第一和第二无线电通信装置供 电。所述多个节点在所述带有第一天线的第一无线电通信装置和所述带有第二天线的第二 无线电通信装置上同时使用FCC 47CFR I5· 47 "8〇2· 11 WIFI"和47CFR 15. 211 "隧道无线 电"协议规范,存在非WIFI的2300?2400Mhz频道和Mesh网络节点间连接的2400?2500Mhz 频道的动态频率选择,同时也提供标准8〇2· 11WIFI设备的2412?2485Mhz频道。所述多个 节点的第一节点的第一无线电通信装置利用非WIFI频道,该第一节点的第二无线电通信 装置利用WIFI频道。在下一跳的所述多个节点的第二节点中,该第二节点的第一无线电通 信装置从所述第一节点的第二无线电通信装置接收WIFI频道,而该二节点的第二无线电 通信装置接收非WIFI频道。在第二跳的所述多个节点的第三节点中,该第三节点的第一无 线电通信装置利用非WFI频道,该三节点的第二无线电通信装置利用WIFI频道;用到中心 频率为2412Mhz和2462Mhz的两个20/40Mhz频道中的一个,其允许WIFI设备或节点运行 在该频道的20Mhz上部或下部,同时还为不干扰WIFI设备的其他节点提供额外20Mhz频宽 用于Mesh网络连接。
[0009] 本发明提供了一种带有隧道的矿井的通讯系统。该系统包括多个设置在矿井中的 隧道中的节点,这些节点使用矿井中的设备通过WIFI提供通信。每个所述节点都包括:限 定了封闭空间的壳体;针对在相对该节点的第一方向上通信的至少部分在该壳体中的封闭 空间中的带有第一天线的第一无线电通信装置;针对在实质上与该第一方向相反的第二方 向上通信的至少部分在该壳体中的封闭空间中的带有第二天线的第二无线电通信装置;以 及与该第一和第二无线电通信装置电连接的电源,用于向该第一和第二无线电通信装置供 电;其中,采用动态频率选择来自动配置需要使用的频道。
[0010]本发明提供了一种带有隧道的矿井的通讯系统。该系统包括多个设置在矿井中的 燧道中的节点,这些节点使用矿井中的设备通过WIFI提供通信。每个所述节点都包括:限 定了封闭空间的壳体;针对在相对该节点的第一方向上通信的至少部分在该壳体中的封闭 空间中的带有第一天线的第一无线电通信装置;针对在实质上与该第一方向相反的第二方 向上通信的至少部分在该壳体中的封闭空间中的带有第二天线的第二无线电通信装置;以 及与该第一和第二无线电通信装置电连接的电源,用于向该第一和第二无线电通信装置供 电;其中,当运行在AP模式并且在第一和第二无线电通信装置上提供802. 11 WIFI时,使用 信号噪声比"SNR"和节点间的Mesh网络连接的RSSI来可听化地收听和可视化地查看与通 过Mesh协议连接的另一节点的连接状态。
[0011] 本发明提供了一种带有隧道的矿井的通讯系统。该系统包括多个设置在矿井中的 隧道中的节点,这些节点使用矿井中的设备通过WIFI提供通信。每个所述节点都包括:限 定了封闭空间的壳体;针对在相对该节点的第一方向上通信的至少部分在该壳体中的封闭 空间中的带有第一天线的第一无线电通信装置;针对在实质上与该第一方向相反的第二方 向上通信的至少部分在该壳体中的封闭空间中的带有第二天线的第二无线电通信装置;以 及与该第一和第二无线电通信装置电连接的电源,用于向该第一和第二无线电通信装置供 电。每个节点根据接收到的电能可以独立并且全面运作,不需要做任何其他的事情。每个 节点在所述第一方向和所述第二方向上覆盖的范围可达至少2000英尺。
[0012] 本发明提供了一种带有隧道的矿井的通讯系统。该系统包括多个设置在矿井中的 隧道中的节点,这些节点使用矿井中的设备通过WIFI提供通信。每个所述节点都包括:限 定了封闭空间的壳体;针对在相对该节点的第一方向上通信的至少部分在该壳体中的封闭 空间中的带有第一天线的第一无线电通信装置;针对在实质上与该第一方向相反的第二方 向上通信的至少部分在该壳体中的封闭空间中的带有第二天线的第二无线电通信装置;以 及与该第一和第二无线电通信装置电连接的电源,用于向该第一和第二无线电通信装置供 电。所述多个节点限定了节点的无线电通信装置间的吞吐量在约1000英尺的距离时达到 200 Mbps并在大于约1000英尺的距离时达到约80 Mbps的网络。
[0013] 本发明提供了一种带有隧道的矿井的WIFI节点。该节点包括:限定了封闭空间的 壳体;针对在相对该节点的第一方向上通信的完全设置在该壳体中的封闭空间中的带有第 一天线的第一无线电通信装置;针对在实质上与该第一方向相反的第二方向上通信的完全 设置在该壳体中的封闭空间中的带有第二天线的第二无线电通信装置;以及与该第一和第 二无线电通信装置电连接的电源,用于向该第一和第二无线电通信装置供电。
[0014] 本发明提供了一种带有隧道的矿井的通讯系统。该系统包括运载工具和设置在该 运载工具上的WIFI节点。
[0015] 本发明提供了一种带有隧道的矿井的通讯系统的方法。该方法包括提供多个设置 在矿井中的燧道中的节点的步骤,这些节点使用矿井中的设备通过WIFI提供通信。每个所 述节点都包括:限定了封闭空间的壳体;针对在相对该节点的第一方向上通信的完全设置 在该壳体中的封闭空间中的带有第一天线的第一无线电通信装置;针对在实质上与该第一 方向相反的第二方向上通信的完全设置在该壳体中的封闭空间中的带有第二天线的第二 无线电通信装置;以及与该第一和第二无线电通信装置电连接的电源,用于向该第一和第 二无线电通信装置供电。
[0016] 本发明提供了一种带有隧道的矿井的WIFI节点的方法。该方法包括在矿井中放 置节点的步骤。所述节点都包括:限定了封闭空间的壳体;针对在相对该节点的第一方向 上通信的完全设置在该壳体中的封闭空间中的带有第一天线的第一无线电通信装置;针对 在实质上与该第一方向相反的第二方向上通信的完全设置在该壳体中的封闭空间中的带 有第二天线的第二无线电通信装置;以及与该第一和第二无线电通信装置电连接的电源, 用于向该第一和第二无线电通信装置供电。该方法还包括:通过所述节点接收来自矿井中 的WIFI设备的信号;通过所述节点向另一节点传输该信号。
[0017]本发明提供了二种带有隧道的矿井的通讯系统的方法。该方法包括:在矿井中移 动运载工具;通过在该运载工具上的节点,接收来自矿井中的WIFI设备的信号。

【专利附图】

【附图说明】
[001 S]下面参照附图的描述有助于更好地理解本发明。
[0019]图1为根据本发明的一个实施例的节点的框图; 图2A为根据本发明的一个实施例的节点的剖面图; 图2B为根据本发明的一个实施例的节点的透视图; 图3为根据本发明的一个实施例的节点的示意图; 图4为根据本发明的-个实施例悬挂在矿井顶板上的装有节点的袋的示意图; 图5A为根据本发明的一个实施例的壳体的顶视图; 图5B为根据本发明的一个实施例的壳体的底视图; 图5C为根据本发明的一个实施例的壳体的截面图; 图6为根据本发明的-个实施例的节点的计算机生成的相片; 图7为棚本发明的-个实施例的网络的示意图; 图8为棚本发麵-个实施例的节点的藤图; S 9为根据本发明的-个实施例从袋延伸出的节点的示意图; 图1〇为麵本发麵-个实施例删络的示意图; 图11为根据本发明的一个实施例的网络的示意图。根据本发明的一个实施例。

【具体实施方式】 =本领_-紐术人娜认麵下面臓述賊体实删仅腦鱗本发明,并 不用于限^本发明。附图和以下描述所使用的相同的参考编号涉及相同或相似的物件。 ^考图、10, 一种带有隧道14的矿井12的通讯系统1〇。该系统1〇包括多个设置 f 的險^14中的节点16,这些节点使用矿井 12中的设备18通过_提供通 fe。都包括:限定了封闭空间22的壳体20;针对在相对该节点 16的第一方向 在该壳体20中的封闭空间22中的带有第一天线26的第一无线电通 头f上与織-方向28贩的第二方向34上_的至少在该壳体 中的中的_第二天线 32的第二无线电通信装置3?,如图U2A、2B、 6和8 线26的第-无线电通信装置24设置在该带有第二天线32的第二无 ? 寸处。每个节点16贿与该第-和第二无线植儲置24, 3〇 ^连接的,源,用于向该第-和第二无线电通信装置24,30供电。 丨、=]中线26的第-无线电通信装置24可能完全设置在壳体20中的封闭空 1?六一天线32的第二无线电通信装置30可能完全设置在壳体20中的封 可能包括连接件77,该连接件77可能具有:在矿井12的顶板46 占 ιβ的苴由^··^!42和第二矿顶螺栓44;有开口50的袋48,通过该开口 5〇,所述多个节 …的〃、干一 I T点16被放在袋4S中;从所述袋4S延伸出来的第一带52,具有与从顶 板46延伸出来的第一矿顶螺栓42相连接的第一接合部分54 ;从所述袋48延伸出来的第二 带56,具有与从顶板你延伸出来的第二矿顶螺栓46相连接的第二接合部分58,如图4和 9所示。当有力施加到所述袋48上时,该袋48在所述第一带52和第二带间56摆动。 [0023] 多个节点16在带有第一天线26的第一无线电通信装置24和带有第二天线32的 第二无线电通信装置30上同时使用FCC 47CFR 15. 47"802. 11 WIFI"和47CFR 15. 211"隧 道无线电"协议规范,存在非WIFI的2300?2400Mhz频道和Mesh网络节点间连接的 2400?2500Mhz频道的动态频率选择,同时也提供标准802. 11WIFI设备18的2412?2485Mhz 频道。所述多个节点16的第一节点16的第一无线电通信装置24利用非WIFI频道,该第 一节64点的第二无线电通信装置30利用WIFI频道。在下一跳的所述多个节点16的第二 节点68中,该第二节点68的第一无线电通信装置24从所述第一节点64的第二无线电通 信装置 3〇接收WIFI频道,而该二节点68的第二无线电通信装置30接收非WIFI频道。在 第二跳的所述多个节点16的第三节点69中,该第三节点69的第一无线电通信装置24利 用非WIFI频道,该三节点69的第二无线电通信装置30利用WIFI频道。用到中心频率为 2412Mhz和2462Mhz的两个20/40Mhz频道中的一个,其允许WIFI设备18或节点16运行在 该频道的20Mhz上部或下部,同时还为不干扰WIFI设备18的其他节点16提供额外20Mhz 频宽用于Mesh网络连接。
[0024]可能使用动态频率选择来自动配置需要使用的频道。当运行在AP模式并且在第 一无线电通信装置24和第二无线电通信装置30上提供802. 11 WIFI时,使用信号噪声比 "SNR"和节点间的Mesh网络连接的RSSI来可听化地收听和可视化地查看与通过Mesh协议 连接的另一节点16的连接状态。
[0025] 每个节点16根据接收到的电能可以独立并且全面运作,不需要做任何其他的事 情。每个节点16在所述第一方向28和所述第二方向34上覆盖的范围可达至少2000英尺。 多个节点I 6可能限定节点I6的无线电通信装置间的吞吐量在约1000英尺的距离时达到 2〇0 Mbps并在大于约1000英尺的距离时达到约80 Mbps的网络74。
[0026] 封闭空间22可能是防水的,具有前面80和背面82,该前面80和该背面82的各自 至少一部分由金属制成,以便允许RF能量穿透。第一无线电通信装置24和第二无线电通 信装置30可能支持800 MHz到2· 5 GHz间的频率。第一无线电通信装置24和第二无线电 通信装置3〇支持IEEE 802. 11 b/g/n标准以及所需的通信标准。
[0027] 第一天线26在第一方向28上可能具有它的大部分增益并且引导RF辐射在聚焦 光束中,而第二天线32在第二方向34上可能具有它的大部分增益并且引导RF辐射在聚焦 光束中。电源36可能允许第一无线电通信装置24和第二无线电通信装置30从以太网供 电(Ρ0Ε)源获得电能。电源36可能支持12-50VDC (伏直流电压)的输入电压范围。第一无 线电通信装置24和第二无线电通信装置3〇可能工作在Mesh配置150 (图10)下或点对点 配置140 (图7)下。第一无线电通信装置Μ和第二无线电通信装置30工作所处的配置可 能在安装后的任意时刻远程改变。
[0028] 第一无线电通信装置24可能设置在带有第一金属板88的第一电路板84上,第二 无线电通信装置30可能设置在带有第二金属板90的第二电路板86上,其中,所述第二金 属板9〇与所述第一金属板8S用螺栓安装在一起形成夹层板94,该夹层板94设置在封闭空 间22中并与所述壳体20用螺栓安装在一起。第一天线26可能与第二天线32隔开小于12 英寸。第一无线电通信装置的频道和所述第二无线电通信装置的频道间至少可能有30Mhz。 图5A、5B和5C为壳体20的顶视图、底视图和截面图。
[0029]第一天线26可能被垂直极化,并且第一无线电通信装置糾具有水平极化的第三 天线%,该第三天线%放在该第一天线26的毗邻位置,平行于该第一天线26,位于该第一 天线26下方,并且长于该第一天线26,如图2A和2B所示。第二天线32被垂直极化,并且 第二无线电通信装置30具有水平极化的第四天线洲,该第四天线 98放在该第二天线32的 毗邻位置,平行于该第二天线32,位于该第二天线%下方,并且长于该第二天线 32。
[0030]本发明提供了一种矿井丨2通讯系统1〇,具有提供第一电压电能的矿井电源 6〇,如 图10所示。该系统10包括多个节点I6。每个节点"都具有电源%和无线电通信装置 66。所述多个节点16的第一节点64的电源36通过第一电能电缆 7〇连接至所述矿井电源 60。第一节点64的电源36向该第一节点Μ的无线电通信装置明提供小于所述第一电压 的第二电压的电能。所述多个节点I 6的第二节点68的电源36通过第二电能电缆72连接 至所述第一节点64的电源36,并且以第一电压从该第一节点 64的电源36接收电能。第二 节点68的电源36向该第二节点68的无线电通信装置66提供小于第一电压的第二电压的 电能,如图3所示。
[0031]本发明提供了一种带有隧道μ的矿井【2的WIFI节点16。该节点16包括:限定 了封闭空间22的壳体20 ;针对在相对该节点16的第一方向28上通信的完全设置在该壳 体20中的封闭空间22中的带有第一天线2 6的第一无线电通信装置24 ;针对在实质上与 该第一方向2S相反的第二方向Μ上通信的完全设置在该壳体20中的封闭空间22中的带 有第二天线3 2的第二无线电通信装置30。该节点I6还包括与该第一和第二无线电通信装 置24,30电连接的电源36,用于向该第一和第二无线电通信装置24,30供电。
[0032]本发明提供了一种带有隧道14的矿井12的通讯系统10。该系统1〇包括运载工 具76和设置在该运载工具76上的WIFI节点16。
[0033]本发明提供了带有隧道14的矿井12的通讯系统1〇的方法。该方法H)包括提供 多个设置在矿井12中的隧道14中的节点16的步骤,这些节点16使用矿井12中的设备18 通过WIFI提供通信。每个节点16都包括:限定了封闭空间22的壳体20 ;针对在相对该节 点I6的第一方向28上通信的完全设置在该壳体2〇中的封闭空间22中的带有第一天线26 的第一无线电通信装置24 ;针对在实质上与该第一方向28相反的第二方向34上通信的完 全设置在该壳体2〇中的封闭空间22中的带有第二天线28的第二无线电通信装置34 ;以 及与该第一和第二无线电通信装置24, 3〇电连接的电源36,用于向该第一和第二无线电通 信装置24,30供电。
[0034]本发明提供了带有隧道14的矿井12的WIFI节点I6的方法。该方法包括在矿井 12中放置节点16的步骤。所述节点都包括:限定了封闭空间μ的壳体2〇 ;针对在相对该 节点丨6的第一方向28上通信的完全设置在该壳体2〇中的封闭空间22中的带有第一天线 26的第一无线电通信装置24 ;针对在实质上与该第一方向28相反的第二方向34上通信的 完全设置在该壳体20中的封闭空间22中的带有第二天线32的第二无线电通信装置 30 ;以 及与该第一和第二无线电通信装置24, 30电连接的电源36,用于向该第一和第二无线电通 信装置24, 30供电。存在通过节点16接收来自矿井12中的WIFI设备的信号的步骤。存 在通过所述节点I6向另一节点16无线传输该信号的步骤。
[0035] 本发明提供了一种带有隧道14的矿井12的通讯系统10的方法。该方法包括:在 矿井I2中移动运载工具76 ;通过在直接连接在该运载工具76上的节点16,接收来自矿井 12中的WIFI设备的无线信号。
[0036] 本发明提供了一种带有隧道14的矿井12的通讯系统10。该系统10包括多个设 置在矿井12中的隧道14中的节点16,这些节点16使用矿井I2中的设备1S通过WIFI提 供通信。每个节点16都包括:限定了封闭空间22的壳体20 ;针对在相对该节点16的第一 方向28上通信的完全设置在该壳体20中的封闭空间 22中的带有第一天线26的第一无线 电通信装置24 ;针对在实质上与该第一方向28相反的第二方向34上通信的完全设置在该 壳体20中的封闭空间22中的带有第二天线%的第二无线电通信装置30 ;以及与该第一 和第二无线电通信装置24,3〇电连接的电源36,用于向该第一和第二无线电通信装置 24, 30供电。 ^
[0037]本发明提供了一种通过矿井12的顶板46中的第一矿顶螺栓似和第二矿顶螺栓 44将物体40固定在矿井12中的装置38。该装置3S包括具有开口 5〇的袋48,通过该开口 50,该物体40被放在袋48中。该装置38包括:从所述袋职延伸出来的第一带犯,具有与 从所述矿井I 2顶板46延伸出来的所述第一矿顶螺栓42相连接的第一接合部分54 ;从所 述48袋延伸出来的第二带56,具有与从所述矿井12顶板16延伸出来的所述第二矿顶螺栓 44相连接的第二接合部分58。当有力施加到所述袋48上时,该袋48在所述第一带52矛口 第二带56间摆动。
[0038]在本发明的操作中,WIFI节点16,如图8所示,具有两个工作模式:802. llb/g/n 访问接入点;通信骨干。这两种模式包含相同的物料硬件,但是利用这两种方式中的一种工 作。多个节点16包括系统10。该系统10设计为应用在地下采矿环境中。节点16的自含 硬件包括两个或多个无线电通信装置6 6、内置天线、电源36和交换21组件,如图1所示。 [0039] 外置盒: 无线组件将全部被放进单一的防水盒或壳体20中。该盒可由多种金属制成,但是在前 面80和后面82上的金属必须允许RF能量穿透。
[0040] 无线电通信装置66: 该设备将包括两个或两个以上无线电通f目装置66。该无线电通信装置66可以同时支 持IEEE 802. llb/g/n标准和所需的通信标准。该无线电通信装置66可以通过配置支持 800MHz到2. 5GHz间的频率(然而,还可以支持额外的频谱)。处于一些原因,选用两个无线 电通信装置66。
[0041] 1)在具有一个无线电通信装置66的Mesh系统或多点系统中,每一跳吞吐量都几 乎被对半分开。每个连接使用一个无线电通信装置66,因此,节点16没有这样的限制。 [0042] 2)需要有双向和小的集成天线,选择的无线电通信装置66板在板上具有小的平 板天线。在坑道口中的典型安装需要至少两个方向,有时需要三个或者更多方向。
[0043]天线: 节点16还包括两个或两个以上的自包含的天线。天线的选择允许在一个方向上有大 部分增益,并且具有最小的背射或端射。将按在所需的方向上引导能量的方式设置天线。节 点16将在相反的方向上引导能量。天线可以为各种形状和尺寸,包括平板、贴片、微带、阵 列等。天线必须位于盒中,以允许RF能量被引导向每个方向。在典型的地下矿井12中,由 于在两侧都有阻隔壁,不需要全方位的覆盖,只需要在两个或两个以上方向上覆盖。通过具 有聚焦光束,在阻隔壁上消耗的能量低,更多的能量到达预定的覆盖区域。
[0044] 电源 36 : 电源36将允许盒中的所有组件从以太网供电(p〇E)源获得电能。电源36将支持 12-50VDC (伏直流电压)的输入电压范围。电源36将该电压转换为每个组件能够接受的电 压电平。
[0045] 交换21网络 交换21组件的目的是提供两个无线电通信装置66和一个或多个外部实体间的通信。 该通信可以是以太网、IEEE S02.3、ModBus、CAN或所需的通信协议。交换21组件可以是 标准以太网交换机/桥接器或以太网集线器。所有到外部以太网设备的连接可以通过标准 CAT 5、CAT 5e或CAT6以太网电缆122,其允许节点16以菊花链方式连接在一起。
[0046] 功能: 本发明允许多个无线组件将信息转播进或转播出地下矿井。该组件还可以提供对地下 的802. llb/g/n兼容设备的开放访问。该无线电通信装置66既可以工作在Mesh配置也可 以工作在点对点配置140。该配置在安装时选择,因此节点 16根据所需的配置安装。可以 在安装后的任意时刻通过建立的通信网络74登录进节点16并改变配置,从而更改该配置。 [0047]矿井环境对RF很苛刻。通常有很多导致多径干扰的金属物体。这类矿井在不同 频率吸收RF。该矿井12布置还可以导致多路径问题。
[0048] Mesh : 当节点16处于Mesh配置150,如图10所示,该网络74将自动确定传输信息的最优路 线。该Mesh网络150必须配置为减少网络74环路或以循环方式传递数据的发生概率。 [0049] 取决于节点I 6的预期用途,两种环路预防技术中的一种将被采用。
[0050] 1)带有快速生成树协议(RSTP)的无线分布式系统(WDS) 2)带有混合无线Mesh网络路由协议(RSTP)的无线分布式系统(WDS) 点对点: 当节点16应用在点对点模式140的操作中,如图11所示,节点16将有向矿内工作区 的面和向矿外工作区的面。该节点I6应该指向要建立连接的正确方向。点对点链接将利用 一个或多个频率以提供最大数据吞吐量,并帮组消除噪声。节点16的一个面上贴有标签, 当应用时,该节点16贴有标签的面朝向矿内工作区。
[0051] 当系统10应用在点对点方式140下,节点16与网络74中的下一节点124创建父 子关系。该节点16配置为唯一识别该下一节点124,并忽略包含在相同节点16中的其他无 线电通信装置。应用在该节点16上的连接规则允许到其他节点16的连接,但是将不连接 到彼此直接连接的节点16。这方便部署,而不需要用户配置。
[0052] 部署: 将通过在袋48内悬挂节点16或从顶板你布线来部署本发明。该袋48,如图9所述, 将包括4-8英尺长的带,每条带的一端连接有挂钩。该挂钩将选用以方便从矿井12的端墙 或天花板悬挂该节点16。该袋48可由反射材料制成。图4和9显示了具有带的包48。
[0053] 电能 节点16将通过一条电缆获得电能,并将向一个或多个有线设备18,也向多个无线设备 18,例如,笔记本电脑、掌上电脑、电话和平板电脑,提供外部通信。T;、、、=彳寸通过源,、更 得多个节点呈菊花链连接。从一个矿井电源60可能形成达到4个或5个节点16的菊花链。
[0054] 部件列表:

【权利要求】
1. 用于带有隧道的矿井的通讯系统,包括: 多个设置在矿井的隧道中的节点,这些节点借助矿井中的设备通过WIFI提供通信,每 个节点都包括: 限定一封闭空间的壳体; 带有第一天线的第一无线电通信装置,其至少部分位于所述壳体中的封闭空间内,用 于在相对于所述节点的第一方向上进行通信; 带有第二天线的第二无线电通信装置,其至少部分位于所述壳体中的封闭空间内,用 于在与所述第一方向基本相反的第二方向上进行通信,其中,所述带有第一天线的第一无 线电通信装置设置在所述带有第二天线的第二无线电通信装置以内18英寸处;以及 电源,该电源与所述第一和第二无线电通信装置电连接,以向所述第一和第二无线电 通信装置供电。
2. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述带有第一天线的第一无线电通信装 置完全设置在所述壳体中的封闭空间中,并且所述带有第二天线的第二无线电通信装置完 全设置在所述壳体中的封闭空间中。
3. 根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述系统还包括连接件,用于将所述多个 节点中的一个固定到所述矿井的隧道中。
4. 根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述多个节点在所述带有第一天线 的第一无线电通信装置和所述带有第二天线的第二无线电通信装置上同时使用FCC 47CFR 15.47 "802.11 WIFI"和47CFR 15.211"隧道无线电"协议规范,存在非WIFI的 230(T2400Mhz频道和Mesh网络节点间连接的240(T2500Mhz频道的动态频率选择,同时也 提供标准802. 11WIFI设备的2412?2485Mhz频道,所述多个节点的第一节点的第一无线电 通信装置利用非WIFI频道,该第一节点的第二无线电通信装置利用WIFI频道,在下一跳的 所述多个节点的第二节点中,该第二节点的第一无线电通信装置从所述第一节点的第二无 线电通信装置接收WIFI频道,而该二节点的第二无线电通信装置接收非WIFI频道,在第二 跳的所述多个节点的第三节点中,该第三节点的第一无线电通信装置利用非WIFI频道,该 三节点的第二无线电通信装置利用WIFI频道;用到中心频率为2412Mhz和2462Mhz的两个 20/40Mhz频道中的一个,其允许WIFI设备或所述节点运行在该频道的20Mhz上部或下部, 同时还为不干扰WIFI设备的其他节点提供额外20Mhz频宽用于Mesh网络连接。
5. 根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述动态频率选择用于自动配置需要使 用的频道。
6. 根据权利要求5所述的系统,其特征在于,当运行在AP模式并且在所述第一无线电 通信装置和所述第二无线电通信装置上提供802. 11 WIFI时,使用信号噪声比"SNR"和节 点间的Mesh网络连接的RSSI来可听化地收听和可视化地查看与通过Mesh协议连接的另 一节点的连接状态。
7. 根据权利要求6所述的系统,其特征在于,每个节点根据接收到的电能可以独立并 且全面运作,不需要做任何其他的事情,每个节点在所述第一方向和所述第二方向上覆盖 的范围可达至少2000英尺。
8. 根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述多个节点限定了节点的无线电通信 装置间的吞吐量在约1000英尺的距离时达到200 Mbps并在大于约1000英尺的距离时达 到约80 Mbps的网络。
9. 根据权利要求8所述的系统,其特征在于,所述连接件包括:在所述矿井的顶板中的 第一矿顶螺栓和第二矿顶螺栓;具有开口的袋,通过该开口,所述多个节点中的一个节点被 放在该袋中;从所述袋延伸出来的第一带,具有与从所述矿井顶板延伸出来的所述第一矿 顶螺栓相连接的第一接合部分;从所述袋延伸出来的第二带,具有与从所述矿井顶板延伸 出来的所述第二矿顶螺栓相连接的第二接合部分,当有力施加到所述袋上时,该袋在所述 第一带和所述第二带间摆动。
10. 根据权利要求9所述的系统,其特征在于,所述封闭空间是防水的,具有前面和背 面,该前面和该背面的各自至少一部分由金属制成,以便允许RF能量穿透。
11. 根据权利要求10所述的系统,其特征在于,所述第一无线电通信装置和所述第二 无线电通信装置支持800 MHz到2. 5 GHz间的频率。
12. 根据权利要求11所述的系统,其特征在于,所述第一无线电通信装置和所述第二 无线电通信装置支持IEEE 802. 11 b/g/n标准以及所需的通信标准。
13. 根据权利要求12所述的系统,其特征在于,所述第一天线在所述第一方向上具有 它的大部分增益并且引导RF辐射在聚焦光束中,而所述第二天线在所述第二方向上具有 它的大部分增益并且引导RF辐射在聚焦光束中。
14. 根据权利要求13所述的系统,其特征在于,所述电源允许所述第一无线电通信装 置和所述第二无线电通信装置从以太网供电(POE)源获得电能。
15. 根据权利要求14所述的系统,其特征在于,所述电源支持12-50VDC (伏直流电压) 的输入电压范围。
16. 根据权利要求15所述的系统,其特征在于,所述第一无线电通信装置和所述第二 无线电通信装置在MESH配置下或点对点配置下工作。
17. 根据权利要求16所述的系统,其特征在于,所述第一无线电通信装置和所述第二 无线电通信装置工作所处的配置可以在安装后的任意时刻改变。
18. 根据权利要求17所述的系统,其特征在于,所述第一无线电通信装置设置在带有 第一金属板的第一电路板上,所述第二无线电通信装置设置在带有第二金属板的第二电路 板上,其中,所述第二金属板与所述第一金属板用螺栓安装在一起形成夹层板,该夹层板设 置在封闭空间中并与所述壳体用螺栓安装在一起。
19. 根据权利要求18所述的系统,其特征在于,所述第一天线与所述第二天线小于12 英寸隔开。
20. 根据权利要求19所述的系统,其特征在于,在所述第一无线电通信装置的频道和 所述第二无线电通信装置的频道间至少有30Mhz。
21. 根据权利要求20所述的系统,其特征在于,所述第一天线被垂直极化,并且所述第 一无线电通信装置具有水平极化的第三天线,该第三天线放在该第一天线的毗邻位置,平 行于该第一天线,且位于该第一天线下方,并长于该第一天线;所述第二天线被垂直极化, 并且所述第二无线电通信装置具有水平极化的第四天线,该第四天线放在该第二天线的毗 邻位置,平行于该第二天线,且位于该第二天线下方,并长于该第二天线。
22. 根据权利要求21所述的系统,其特征在于,所述系统包括运载工具,以及设置在该 运载工具上的所述多个节点中的另一节点。
23. -种带有隧道的矿井的通讯系统的方法,包括步骤: 提供多个设置在矿井中的隧道中的节点,这些节点使用矿井中的设备通过WIFI提供 通信,每个节点都包括:限定了封闭空间的壳体;针对在相对该节点的第一方向上通信的 完全设置在该壳体中的封闭空间中的带有第一天线的第一无线电通信装置;针对在实质上 与该第一方向相反的第二方向上通信的完全设置在该壳体中的封闭空间中的带有第二天 线的第二无线电通信装置;以及与该第一和第二无线电通信装置电连接的电源,用于向该 第一和第二无线电通信装置供电。
24. 根据权利要求23所述的方法,包括以下步骤: 在所述矿井的險道中移动运载工具; 通过所述多个节点中位于所述运载工具上的节点接收来自矿井中的WIFI设备的信 号; 将所述信号传输给另一节点。
25. -种带有隧道的矿井的WIFI节点的方法,包括以下步骤: 在矿井中放置所述节点,该节点包括:限定了封闭空间的壳体,针对在相对该节点的第 一方向上通信的完全设置在该壳体中的封闭空间中的带有第一天线的第一无线电通信装 置,针对在实质上与该第一方向相反的第二方向上通信的完全设置在该壳体中的封闭空间 中的带有第二天线的第二无线电通信装置,以及与该第一和第二无线电通信装置电连接的 电源,用于向该第一和第二无线电通信装置供电; 通过所述节点接收来自矿井中的WIFI设备的信号; 通过所述节点向另一节点传输所述信号。
26. -种带有隧道的矿井的WIFI节点,包括: 限定了封闭空间的壳体; 针对在相对该节点的第一方向上通信的完全设置在该壳体中的封闭空间中的带有第 一天线的第一无线电通信装置; 针对在实质上与该第一方向相反的第二方向上通信的完全设置在该壳体中的封闭空 间中的带有第二天线的第二无线电通信装置; 以及与该第一和第二无线电通信装置电连接的电源,用于向该第一和第二无线电通信 装置供电。
【文档编号】H04W84/12GK104244460SQ201410248064
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2013年6月7日
【发明者】托马斯·米查德, 理查德·赫斯特, 迈克尔·W.·伯托什 申请人:斯特塔产品全球公司
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