一种仓库智能管理系统的制作方法

本发明涉及安全监控技术领域，尤其是一种仓库智能管理系统。

背景技术：

随着经济的发展,作为原材料、能源和消费品使用的易燃、易爆危险品的流通量和存储量越来越大。它的安全不仅关系到人民生命安全,更牵涉社会的安定。危险品仓储是储存有燃烧、爆炸、腐蚀、灼伤、中毒等危险的化工原料及农药、化肥、化学试剂、化学药品等物品的仓库。据统计,在易燃、易爆危险品事故中仓储造成的事故占有较大的比例。易燃、易爆危险品存储有很多安全条件,一旦安全条件超出阈值就极易引起燃烧、爆炸或中毒，甚至会造成恶性灾害事故。目前危险品仓储主要靠人工方式监控,存在监控准确度低、监控难度大等问题。

随着物联网技术的发展，近期出现了使用无线传感器网络技术，适合危险品仓库应用的无线传感网系统,可对易燃、易爆等危险品状态信息进行实时监控,有利于危险品的安全存储和进行预警,从而减少危险品安全事故的发生。

使用无线传感器网络对危险品仓储进行监控预警，与人工方式相比，监测精度高，实现了危险品仓储监测的数字化、网络化、智能化，对于提高危险品仓储监控预警的总体水平具有重要意义。但该方式也具有较大的局限性，主要表现在：

zigbee无线传感器网络标准规定了三种拓扑结构：星形、树形和网状网络。

星形网络是一种发散状的网络，如图1(a)所示，协调器负责组建网络并转发数据。星形网络的优点是：结构简单、设备成本低、没有路由管理。协调器是分布式处理的中心因此负担会比较重。缺点是：节点之间的灵活性差、网络的覆盖范围有限、节点数量较少，难以组成规模较大的网络。

树形网络如图1(b)所示，协调器的功能不是转发数据而是完成网络中节点的注册和网络管理的功能。树形网络的优点是：成本低、网络覆盖范围较大、路由方法简单。缺点是：结构相对固定，如果其中某个节点断开网络将会造成与其相关联的部分节点脱离网络，稳定性较差。在危险品仓储环境中，如果出现燃烧或爆炸，造成节点失效，则会造成部分节点脱离网络，严重时会造成网络瘫痪，网络将失去监控报警功能。

网状网络如图1(b)所示，在一个zigbee网状网络中只有一个协调器，但是可以有若干个路由器节点，它们的地位都是平等的，可以与其通信范围内的所有节点直接通信，网络内部任何节点都可以相互访问。可见网状网络的优点是：如果网络中有节点失效离开网络，与其相关联的节点会自动找寻其它路由节点加入网络，实现路由修复和更新网络拓扑，不会引起网络分立。节点可以通过多条路径传输数据，提高了网络的可靠性，同树形拓扑和星形拓扑相比，网状拓扑拥有更强的鲁棒性。缺点是：当节点数目增加时会加大消息传递的延迟和通信开销。网状网络要求路由器节点上运行复杂的应用程序，实现路由修复和最佳路径选择，这样就使得网状网络难以组成节点数目较多的中大型网络，其实现和维护也更加复杂。

此外，zigbee无线传感器网络网管能力很弱，维护难度较大也比较复杂，对信息通路的保护能力较弱，不能实现快速可靠的保护。综上所述，zigbee无线传感器网络在用于危险品仓储中，存在一定的局限性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于sdh和zigbee网状网的仓库智能管理系统，具有强大的网管能力，便于维护和快速实现告警；可以构建大型网络；在节点失效时，具有自愈功能，能在极短的时间内(50ms以内)快速进行保护倒换，使业务自动从故障中恢复传输。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种仓库智能管理系统，包括部署在远离危险品仓库的安全位置sdh网元以及部署在危险品仓库内的另外多个sdh网元/zigbee网关；所述的sdh网元分别与多个sdh网元/zigbee网关连接；所述的sdh网元通过以太网与监控服务器相连接；所述的监控服务器通过连接线接入到云计算与云存储平台进行数据的共享；所述的另外多个sdh网元/zigbee网关之间通过光纤或无线光网络相连接。

进一步的说，本发明所述的各个sdh网元/zigbee网关分别与周边的zigbee节点组成zigbee网状网；zigbee网关中包括zigbee模块；所述的zigbee模块做为每个zigbee网状网的协调器；组成的zigbee网状网的节点数目小于100个节点；网状网的传感器节点都为路由器节点。

再进一步的说，本发明所述的zigbee网关由主控模块、zigbee模块、存储模块、gprs模块、外设接口模块、hdlc控制接口模块、时隙复用与e1成帧模块、e1帧头提取与时隙解复用模块、映射复用与开销处理模块以及光电转换模块组成；所述的主控模块与zigbee模块、存储模块、gprs模块、外设接口模块、hdlc控制接口模块、光电转换模块相连；所述的hdlc控制接口模块与主控模块、时隙复用与e1成帧模块、e1帧头提取与时隙解复用模块、映射复用与开销处理模块相连；所述的映射复用与开销处理模块与时隙复用与e1成帧模块、e1帧头提取与时隙解复用模块、映射复用与开销处理模块、光电转换模块相连；所述的主控模块为整个sdh网元/zigbee网关的核心模块，负责zigbee网络数据的收发、网间协议转换以及网间地址解析；zigbee模块作为各zigbee网状网的协调器，建立、维护和动态地升级整个网络的路由信息，将zigbee网状网节点的采集信息发送给主控模块，并将主控模块发送给zigbee网状网相应节点的命令或配置信息转发给相应节点；外设接口模块提供以太网、串口、usb等接口，进行参数设置、查询数据以及系统调试；存储模块包括flash存储器和sdram存储器；flash存储器用来存放已调试好的应用程序、嵌入式操作系统和其他在系统掉电后需要保存的用户数据；sdram为操作系统和用户应用程序提供运行的空间，并为系统通信提供发送和接收的数据缓存区；gprs模块用于当危险品仓库出现燃烧或爆炸，发送信息到相关人员手机通知进行救援；hdlc控制接口模块提供缓冲区给主控模块、时隙复用与e1成帧模块、e1帧头提取与时隙解复用模块、映射复用与开销处理模块，将缓冲区的待发送信息采用hdlc协议封装并通过缓冲区发送给相应模块，将从缓冲区接收到的相应模块发送的hdlc协议消息按照hdlc协议进行解析并通过缓冲区发送给主控模块；时隙复用与e1成帧模块对输出数据进行复用处理，将数据按照时隙要求填充到各个时隙中，并进行e1成帧处理；e1帧头提取与时隙解复用模块完成e1帧头提取，输出数据的解复用处理；映射复用与开销处理模块过映射、定位、复用等功能完成e1信号的分出和插入，以及完成开销的分出插入到stm-1中；光电转换模块完成光/电,电/光的转换。

在进行正常数据采集时，zigbee网状网采集得到的数据或报警信息通过协调器发送给sdh网元/zigbee网关的主控模块微处理器，主控模块微处理器将数据按照hdlc协议通过上行e1传递到业务主站网元；业务主站网元将命令按照hdlc协议通过下行e1发送到危险品仓库中各网元节点的主控模块微处理器；主控模块微处理器通过协调器将命令传递到各zigbee网状网的采集节点；

当危险品仓库出现意外情况，导致单个sdh网元节点失效或光纤断裂时，业务主站网元根据所收到的ais告警信号，判定是主环还是备用环所传送的e1业务传不过来；并根据判定立即进行保护倒换或报警；

当危险品仓库出现大规模燃烧或爆炸时，出现多个sdh网元节点失效或多段光纤断裂；业务主站网元根据所收到的ais告警信号进行判断，如果发现主环和备用环的业务都传不过来，或危险品仓库内多个网元节点的上行e1信号发生ais告警，则业务主站网元判断危险品仓库内多个sdh网元节点失效或多段光纤断裂；业务主站网元将立即进行声光报警，并同时通过gprs模块发送信息到相关人员手机通知进行救援，监控服务器启动智能决策过程生成最佳灭火方案。

本发明的有益效果是：1、本发明提出了基于sdh和zigbee网状网的仓库智能管理系统，系统具有强大的网管能力，便于维护和快速实现告警，可以构建大型网络；2、本发明提出的系统在节点失效时，具有自愈功能，能在极短的时间内(50ms以内)快速进行保护倒换，使业务自动从故障中恢复传输。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是zigbee无线传感器网络拓扑结构；

图2是系统组网方式结构图；

图3是二纤单向通道保护环正常状态；

图4是二纤单向通道保护环倒换状态；

图5是zigbee网关节点组成zigbee网状网示意图；

图6是sdh网元/zigbee网关组成结构图；

图7是传感器采集节点结构图。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

一种基于sdh和zigbee网状网的仓库智能管理系统和方法。如图2，其组网方式为：

系统组成sdh二纤单向通道保护环,图中sdh网元节点1部署在远离危险品仓库的安全位置，监控服务器通过以太网与sdh网元节点1相连，通过监控服务器完成对整个网络的监控与管理。监控服务器可以通过专线接入到云计算与云存储平台，可以将数据共享给政府部门与其他用户，并分享使用政府部门与其他用户的数据系统、知识库等，有利于更好地进行数据挖掘与智能决策。图中虚线内的节点，如图所示，网元节点2、网元节点3、网元节点4、………、网元节点n-1、网元节点n部署在危险品仓库内,网元节点间通过光纤或或无线光网络等符合sdh物理层要求的介质相连。

sdh的网元节点都为分插复用器(adm)类型，线路信号为stm-1。配置在危险品仓库中的网元节点各分出和插入1路e1信号，用于上报各传感器节点采集的数据、告警信息和接收来自监控服务器的命令。网元1为业务主站，配置在危险品仓库中的各网元节点直接与主站互通业务，即网元2、网元3、网元4、………、网元n-1、网元n分别与网元1互通业务。

危险品仓库中各节点分别组成zigbee网状网，zigbee网关中的zigbee模块做为每个zigbee网状网的协调器。所组成的zigbee网状网的节点数目较小，一般小于100个节点。网状网的传感器节点节点都为路由器节点。通过上述各节点分别组建小规模zigbee网状网的方式，既吸收了zigbee网状网络抗节点失效能力强，能实现路由修复和更新网络拓扑，具有较好的鲁棒性和可靠性的特点，又避免了大型zigbee网状网实现和维护中的所面对的复杂情况和不确定性。

本系统通过使用sdh自愈网提高了系统的生存能力和可靠性。系统组成sdh二纤单向通道保护环。如图3所示，二纤通道保护环由两根光纤组成两个环，其中一个为主环s1；一个为备环p1。两环的业务流向是相反的。通道保护环的保护功能是通过网元支路板的“并发选收”功能来实现的，也就是支路板将支路上环业务“并发”到主环s1、备环p1上，两环上业务完全一样且流向相反，平时网元支路板“选收”主环下支路的业务。

若环网中网元a与c互通业务，网元a和c都将上环的支路业务“并发”到环s1和p1上，s1和p1上的所传业务相同且流向相反------s1逆时针，p1为顺时针。在网络正常时，网元a和c都选收主环s1上的业务。那么a与c业务互通的方式是a到c的业务经过网元d，由s1光纤传到c(主环业务)；由p1光纤经过网元b传到c(备环业务)。在网元c支路板“选收”主环s1上的a→c业务，完成网元a到网元c的业务传输。网元c到网元a的业务传输与此类似。

当b节点失效或bc段的光纤出现故障时，由网元c发往网元a的业务将发生保护倒换，如图4所示。网元c将到网元a的业务“并发”到sl环和p1环上，其中pl环上的c到a业务穿通网元d传到网元a，sl环上的c到a业务由于b节点失效或bc间光纤断，所以无法传到网元a，网元a默认是选收主环s1上的业务，由于sl环上的ca的业务传不过来，这时网元a就会收到s1环上的tu-ais告警信号(该tu帧为全“1”信号)。网元a收到sl光纤上的tu-ais告警后，立即切换到“选收”备用环pl光纤上的c到a的业务，于是c--->a的业务得以恢复，完成环上业务的通道保护。网元发生了通道保护倒换后，同时监测主环s1上业务的状态，当连续一段时间未发现tu-ais时，发生切换的网元将根据网管的设置状态决定是否自动将选收切回到主环业务，业务恢复成正常时的默认状态。)

本仓库智能管理系统的另一个重要优势就是充分发挥了sdh的强大网管能力。由于同步数字体系sdh的帧结构中插入了丰富的开销比特，使得sdh的网络运行、管理和维护能力大大增强。其中数据通信通路(dcc)开销字节用于传输sdh的管理网络信息，构成了统一的管理网络平台。本系统中各网元节点按照hdlc协议通过dcc通道传输sdh的管理网络信息，实现网络的快速分布式控制。

其工作过程为：

在进行正常数据采集时，zigbee网状网采集得到的数据或报警信息通过协调器发送给sdh网元/zigbee网关的主控模块微处理器，主控模块微处理器将数据按照hdlc协议通过上行e1传递到业务主站网元1。业务主站网元1将命令按照hdlc协议通过下行e1发送到危险品仓库中各网元节点的主控模块微处理器。主控模块微处理器通过协调器将命令传递到各zigbee网状网的采集节点。

当危险品仓库出现意外情况，发生小规模燃烧或爆炸时并导致单个sdh网元节点失效或光纤断裂时，业务主站网元1会根据所收到的ais告警信号，判定是主环还是备用环所传送的e1业务传不过来。如果是主环业务传不过来，立即进行保护倒换。业务主站网元1并根据所收到的ais告警信号判断是危险品仓库内哪一个网元节点发生了意外情况，立即进行声光报警，同时通过gprs模块发送信息到相关人员手机通知进行救援。

当危险品仓库出现大规模燃烧或爆炸时，可以会出现多个sdh网元节点失效或多段光纤断裂。业务主站网元1根据所收到的ais告警信号进行判断，如果发现主环和备用环的业务都传不过来，或危险品仓库内多个网元节点的上行e1信号发生ais告警,则业务主站网元1判断危险品仓库内多个sdh网元节点失效或多段光纤断裂，危险品仓库可能出现了大规模燃烧或爆炸。业务主站网元1将立即进行声光报警，并同时通过gprs模块发送信息到相关人员手机通知进行救援，监控服务器启动智能决策过程，根据当前所拥有的灭火能力数据、消防方式方法数据、危险品的类型和性质等情况，结合当前火场的情况，基于智能决策过程生成最佳灭火方案。对于重大危险源仓库，监控服务器应通过专线接入到政府云计算与云存储平台，当重大危险源仓库发生大规模燃烧或爆炸时，启动重大事故救援预案组织救援工作，政府组织安全生产监管部门、公安消防部门以及环保等多个政府相关部门进行救援，最大限度地减少国家资产的损失和对环境的破坏，保证人民生命的安全。

仓库内每个sdh网元/zigbee网关与周边zigbee节点组成中小规模的zigbee网状网，其组网结构图如图5，

每个网元节点的协调器通过广播和一系列的路由查询和维护命令来建立、维护和动态地升级整个网络的路由信息。zigbee网状路由协议采用aodv路由算法。由于采用网状网拓扑结构，少数失效节点不对整个网络造成影响。通过设定各zigbee网状网路由节点的最大数目(如100)，限定了各zigbee网状网的规模。每个采集节点都是路由节点，最大限度地增加了系统的可靠性和鲁棒性。采集节点供电采取混合供电模式，既可通过电池供电，也可通过电源适配器通过市电进行供电。对于重要位置的采集节点，还可采用ups进行后备供电。

sdh网元/zigbee网关组成结构如图6，zigbee网关主要由主控模块、zigbee模块、存储模块、gprs模块、外设接口模块、hdlc控制接口模块、时隙复用与e1成帧模块、e1帧头提取与时隙解复用模块、映射复用与开销处理模块、光电转换模块组成。其特征为：主控模块与zigbee模块、存储模块、gprs模块、外设接口模块、hdlc控制接口模块、光电转换模块相连；hdlc控制接口模块与主控模块、时隙复用与e1成帧模块、e1帧头提取与时隙解复用模块、映射复用与开销处理模块相连；映射复用与开销处理模块与时隙复用与e1成帧模块、e1帧头提取与时隙解复用模块、映射复用与开销处理模块、光电转换模块相连。

主控模块为整个sdh网元/zigbee网关的核心模块，负责zigbee网络数据的收发、网间协议转换、网间地址解析等；zigbee模块作为各zigbee网状网的协调器，建立、维护和动态地升级整个网络的路由信息，将zigbee网状网节点的采集信息发送给主控模块，并将主控模块发送给zigbee网状网相应节点的命令或配置信息转发给相应节点；外设接口模块提供以太网、串口、usb等接口，进行参数设置、查询数据以及系统调试等。存储模块包括flash存储器和sdram存储器。flash存储器用来存放已调试好的应用程序、嵌入式操作系统和其他在系统掉电后需要保存的用户数据等；sdram为操作系统和用户应用程序提供运行的空间，并为系统通信提供发送和接收的数据缓存区。gprs模块用于当危险品仓库出现燃烧或爆炸，发送信息到相关人员手机通知进行救援。

hdlc控制接口模块的功能为提供缓冲区给主控模块、时隙复用与e1成帧模块、e1帧头提取与时隙解复用模块、映射复用与开销处理模块，将缓冲区的待发送信息采用hdlc协议封装并通过缓冲区发送给相应模块，将从缓冲区接收到的相应模块发送的hdlc协议消息按照hdlc协议进行解析并通过缓冲区发送给主控模块。时隙复用与e1成帧模块对输出数据进行复用处理，将数据按照时隙要求填充到各个时隙中，并进行e1成帧处理。e1帧头提取与时隙解复用模块完成e1帧头提取，输出数据的解复用处理。映射复用与开销处理模块过映射、定位、复用等功能完成e1信号的分出和插入，以及完成开销的分出插入到stm-1中。光电转换模块完成光/电,电/光的转换。

其工作原理为：

zigbee网状网的采集信息经协调器发送给主控模块，主控模块将所得到的消息进行应用地址适配，即网关应用程序建立统一的应用地址适配层，将各个不同网状网的zigbee地址与应用层地址形成映射关系，将不同网状网的zigbee地址适配到应用地址上来，使得节点在应用层同属于一个网络，为节点间数据的透明交换提供了基础。主控模块将消息转换成应用层地址和应用层协议格式后，通过缓冲区将消息发送给hdlc控制接口模块，hdlc控制接口模块将缓冲区的待发送信息采用hdlc协议封装后经时隙复用与e1成帧模块进行复用与成帧处理，经映射复用与开销处理模块进行映射和复用，消息经上行e1传递到业务主站网元1。对于业务主站网元1发送给各zigbee网状网的命令或配置信息，经下行e1通路、映射复用与开销处理模块、e1帧头提取与时隙解复用模块处理后，送给hdlc控制接口模块按照hdlc协议进行解析，得到命令或配置信息数据后通过缓冲区发送给主控模块，主控模块将应用层地址和应用层协议格式转换成zigbee协议格式，通过协调器将命令或配置信息发送给相应的采集节点进行处理。上行的sdh的网管信息由主控模块通过缓冲区将消息发送给hdlc控制接口模块，hdlc控制接口模块在采用hdlc协议封装后，通过映射复用与开销处理模块进行开销处理，依次插入stm-1帧相应的开销字节。接收到的sdh的网管信息由映射复用与开销处理模块进行开销提取后，发送给hdlc控制接口模块按照hdlc协议进行解析，然后通过缓冲区发送给主控模块，主控模块根据接收到的网管信息进行相应的管理操作。

具体实施方式：

主控模块选取基于arm920t内核的s3c2410芯片，运行频率为400mhz；存储模块配置64m字节sdram和256m字节nandflash。外设接口模块的以太网接口选取dm9000控制芯片；zigbee模块的射频收发芯片选用cc2530；gprs模块选取西门子公司提供的mc52igprs模块。hdlc控制接口模块、时隙复用与e1成帧模块、e1帧头提取与时隙解复用模块采用altera公司的cyclone1c12q240c8完成；映射复用与开销处理模块由西安深亚科技的se0111来实现，对于业务主站网元1，采用3片se0111级联可实现63路e1的分出和插入。对于危险品仓库内的网元节点，采用1片se0111即可实现1路e1的分出与插入。开销处理模块采用transwitch公司生产的txc-06103。

光电转换模块采用深圳飞通公司生产的pt7327光收发一体化模块。该模块可以完成155mbpsstm-1电信号与光信号之间的互相转换,并可对光线路信号进行监测，当线路光信号丢失时会发出告警信号。

网关软件主要由硬件设备底层驱动、linux操作系统与协议栈的裁剪与移植和网关应用程序三大部分构成。通过系统的软件设计可以完成sdh网络管理、zigbee网络数据采集与管理、各模块控制等功能。

传感器采集节点由处理单元、通信单元、传感器模块单元、电源单元等组成，如图7所示。传感器模块单元用来获取危险品仓库内指定位置的信息。根据危险品种类和性质不同，传感器模块可以灵活配置为温湿度传感器、气体传感器、光照强度传感器、烟感传感器，监测温湿度、气体浓度、光照强度、烟浓度等数据在危险品仓库内的变化情况；处理单元负责控制和协调整个传感器采集节点的工作；通信单元负责通过zigbee协议与网络内各个功能设备之间进行数据交换和传输，与协调器进行数据传递；电源单元用于为整个节点提供电源，并监测节点电池电压来判断是否需要维护。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。