一种无线访问接入点ap、通信系统及通信方法
【专利摘要】本发明公开一种通信系统和方法，所述系统包括AP、N个终端和数据处理模块，其中，AP包括无线收发模块和可见光接收模块，AP通过上述两模块对矿下终端提供无线电和可见光两种通信信号的覆盖。所述通信方法中，终端在接收到AP的请求信息时，依据光、电信道状态对应采用无线电方式或可见光通信方式或同时采用无线电和可见光通信方式向AP发送业务数据，后续AP对业务数据添加相应标识信息后，将其上报至数据处理模块，由数据处理模块对业务数据进行相应业务处理。从而，本发明可实现在其中一种通信链路断开或信号较弱时，采用另一种链路实现业务数据的及时传输，解决了现有单一通信方式中因通信链路断开而不能保证业务数据及时上传的问题。
【专利说明】一种无线访问接入点AP、通信系统及通信方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信【技术领域】,尤其涉及一种AP (Access Point,无线访问接入点)、通信系统及通信方法。
【背景技术】
[0002]矿下工作环境复杂、恶劣、瓦斯浓度较高易发生危险，从而需要随时了解矿下环境状况及工作人员信息，以方便后续开展矿下安全防控及调度控制等各项工作。基于此，承担着矿下业务数据传输功能的矿下通信系统成为矿下作业的必备系统。
[0003]目前，矿下通信系统均采用单一的通信方式。例如，河南飞广通信技术有限公司提出了一种基于3G/4G (3rd/4th Generation，第三/四代移动通信技术)网络的矿山通信系统，该系统利用3G/4G通信模块将通信基站与矿下通信终端相连接，并利用以太网将通信基站与矿上通信系统相连接，实现矿下作业时相关数据的传输；中国矿业大学提出的基于可见光通信的煤矿工作面通信系统，利用工作面已有的照明电缆作为传输介质，在工作面中增设基于LED (Light-Emitting Diode,发光二极管)照明灯的可见光基站，同时矿工佩戴具有信息收发功能的LED矿灯，作为移动节点，就近接入信号最强的可见光基站，实现数据传输。
[0004]上述通信系统中，3G/4G网络遇塌方或厚墙壁时信号不稳定，而光链路遇遮挡时链路易断开，从而现有通信系统由于采用单一的通信方式，而在因矿下环境复杂导致网络不稳定、通信链路断开时不能保证相关业务数据的及时、有效地上传。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无线访问接入点AP、通信系统及通信方法，通过光电协同的方式传输业务数据，已解决现有单一通信方式中由于通信链路断开而不能保证业务数据及时上传的问题。
[0006]为此，本发明公开如下技术方案:
[0007]—种无线访问接入点AP，所述AP包括无线收发模块和可见光接收模块，其中:
[0008]所述无线收发模块，用于以无线电方式收发数据；
[0009]所述可见光接收模块，用于以可见光通信方式接收数据；
[0010]所述可见光接收模块的可见光热点覆盖区域包含在所述第一无线收发模块的无线信号覆盖区域内。
[0011]上述AP，优选的，所述AP对应唯一的第一标识信息。
[0012]上述AP，优选的，所述可见光接收模块包括K个光电二极管PD，每个所述H)对应唯一的第二标识信息，所述K为大于I的自然数。
[0013]一种通信系统，包括如上所述的AP以及N个终端，所述终端与所述AP相互通信，还包括；
[0014]数据处理模块，用于接收所述AP发送的业务数据，并依据所述业务数据所属的业务类型对所述业务数据进行相应业务处理。
[0015]上述通信系统，优选的，所述业务类型具体包括定位业务、视频回传业务和传感器检测数据回传业务。
[0016]上述通信系统，优选的，所述终端包括可见光移动终端和环境传感器终端，所述可见光移动终端对应唯一的第三标识信息。
[0017]上述通信系统，优选的，所述可见光移动终端具体包括第一 W1-Fi收发器、第一可见光发射装置、摄像头以及第一环境传感器，其中:
[0018]所述第一W1-Fi收发器，用于以无线电方式与所述AP进行通信，以实现定位业务、视频回传业务和传感器检测数据回传业务下业务数据的传输；
[0019]所述第一可见光发送模块，用于以可见光通信方式与所述AP进行通信，以实现定位业务、视频回传业务和传感器检测数据回传业务下业务数据的传输；
[0020]所述定位业务的业务数据包括所述第三标识信息，所述视频回传业务的业务数据包括所述摄像头所记录的视频数据，所述传感器检测数据回传业务的业务数据包括所述第一环境传感器所检测的环境数据。
[0021]上述通信系统，优选的，所述第一 W1-Fi收发器还用于维护所述可见光移动终端经常到达的地点的位置信息和到达所述地点的频率信息，并广播所述位置信息和频率信
肩、O
[0022]上述通信系统，优选的，所述环境传感器终端具体包括第二 W1-Fi收发器、第二可见光发射装置以及第二环境传感器，其中:
[0023]所述第二 W1-Fi收发器，用于以无线电方式与所述AP进行通信，以实现所述传感器检测数据回传业务下业务数据的传输；
[0024]所述第二可见光发送模块，用于以可见光通信方式与所述AP进行通信，以实现所述传感器检测数据回传业务下业务数据的传输；
[0025]所述传感器检测数据回传业务的业务数据还包括所述第二环境传感器所检测的环境数据。
[0026]一种通信方法，基于如上所述的通信系统，包括:
[0027]若所述终端能够接收到AP的请求信息，则所述终端在接收到AP的请求信息时，依据光、电信道状态对应采用如下传输方式中的一种向所述AP发送业务数据:无线电方式、可将光通信方式、同时采用无线电和可见光通信协同的方式；
[0028]所述AP依据所述业务数据的传输方式对所述业务数据添加相应标识信息，并将添加标识信息后的业务数据发送至所述数据处理模块；
[0029]所述数据处理模块依据所述添加标识信息后的业务数据所属的业务类型对所述业务数据进行相应分析和业务处理，得到业务处理结果。
[0030]上述通信方法，优选的，所述终端在接收到AP的请求信息时，依据光、电信道状态对应采用如下传输方式中的一种向所述AP发送业务数据:无线电方式、可见光通信方式、同时采用无线电和可见光通信协同的方式，具体包括:
[0031]若光信道信号强度大于预设门限值，则所述终端采用可见光通信方式发送所述业务数据；
[0032]若电信道信号强度大于预设门限值，则所述终端采用无线电方式发送所述业务数据；
[0033]若光信道和电信道信号强度无效，或光、电信道信号强度同时大于预设门限值，则所述终端同时采用无线电方式和可见光通信方式协同发送所述业务数据。
[0034]上述通信方法，优选的，所述AP依据所述业务数据的传输方式对所述业务数据添加相应标识信息，并将添加标识信息后的业务数据发送至所述数据处理模块，具体包括:
[0035]若所述业务数据通过无线电方式传输，则无线收发模块在所述业务数据上添加所述第一标识信息，并将添加第一标识信息后的业务数据发送至所述数据处理模块；
[0036]若所述业务数据通过可见光通信方式传输，则接收所述业务数据的ro在所述业务数据上添加所述ro的第二标识信息，并将添加了第二标识信息的业务数据发送至所述数据处理模块；
[0037]若所述业务数据通过无线电方式和可见光通信方式重复传输，则接收所述业务数据的ro在所述业务数据上添加所述PD的第二标识信息，并将添加了第二标识信息的业务数据发送至所述数据处理模块。
[0038]上述通信方法，优选的，所述数据处理模块依据所述添加标识信息后的业务数据所属的业务类型对所述添加标识信息后的业务数据进行相应分析和业务处理，具体包括；
[0039]若添加第一标识信息后的业务数据所属的业务类型为定位业务，则所述数据处理模块依据所述业务数据中的第三标识信息和第一标识信息对相应终端进行定位；若添加第二标识信息后的业务数据所属的业务类型为定位业务，则所述数据处理模块依据所述业务数据中的第三标识信息和第二标识信息对相应终端进行定位；
[0040]若添加标识信息后的业务数据所属的业务类型为视频回传业务，则所述数据处理模块对所述业务数据进行视频业务处理；
[0041]若添加标识信息后的业务数据所属的业务类型为传感器检测数据回传业务，则所述数据处理模块对所述业务数据进行传感器数据业务处理。
[0042]上述通信方法,优选的,还包括:
[0043]若所述终端不能接收到AP的请求信息，则所述终端基于数据到达AP的概率最大化准则利用终端之间构建的机会网络，从所述机会网络中选择以其他终端为中继节点的最优中继路径，并通过所述最优中继路径向所述AP发送携带附加定位信息的业务数据，其中，所述附加定位信息包括所述终端的业务数据在中继路径的转发时间及所述终端所在小组的小组号；
[0044]所述AP依据对所述携带附加定位信息的业务数据的接收方式对所述业务数据添加相应标识信息，并将添标识信息后的所述业务数据发送至所述数据处理模块；
[0045]所述数据处理模块依据添标识信息后的所述携带附加定位信息的业务数据所述的业务类型，对所述业务数据进行相应分析和业务处理，得到业务处理结果。
[0046]上述通信方法，优选的，所述AP依据对所述携带附加定位信息的业务数据的接收方式对所述业务数据添加相应标识信息，并将添标识信息后的所述业务数据发送至所述数据处理模块，具体包括:
[0047]若所述AP通过无线电方式接收所述携带附加定位信息的业务数据，则AP的无线收发模块在所述业务数据中添加所述第一标识信息，并将添加第一标识信息后的所述业务数据发送至所述数据处理模块；[0048]若所述AP通过可见光方式接收所述携带附加定位信息的业务数据，则AP中接收所述业务数据的ro在所述业务数据中添加所述ro的第二标识信息，并将添加了第二标识信息的所述业务数据发送至所述数据处理模块；
[0049]若所述AP通过无线电方式和可见光通信方式重复接收携带附加定位信息的业务数据，则AP中接收所述业务数据的ro在所业务数据中添加所述ro的第二标识信息，并将添加了第二标识信息的所述业务数据发送至所述数据处理模块。
[0050]上述通信方法，优选的，所述数据处理模块依据添标识信息后的所述携带附加定位信息的业务数据所述的业务类型，对所述业务数据进行相应分析和业务处理，具体包括:
[0051]若添加第一标识信息后的所述携带附加定位信息的业务数据所属的业务类型为定位业务，则所述数据处理模块依据所述业务数据中的第一标识信息、第三标识信息、小组号以及转发时间对相应终端进行定位；若添加第二标识信息后的所述携带附加定位信息的业务数据所属的业务类型为定位业务，则所述数据处理模块依据所述业务数据中的第二标识信息、第三标识信息、小组号和转发时间对相应终端进行定位；
[0052]若添加标识信息后的携带附加定位信息的业务数据所属的业务类型为视频回传业务，则所述数据处理模块对所述业务数据进行视频业务处理；
[0053]若添加标识信息后的携带附加定位信息的业务数据所属的业务类型为传感器检测数据回传业务，则所述数据处理模块对所述业务数据进行传感器数据业务处理。
[0054]本发明实施例提供的通信系统包括AP、N个终端以及数据处理模块，其中，AP包括无线收发模块和可见光接收模块，AP可通过其包括的上述两种模块对矿下终端提供无线电和可见光两种通信信号的覆盖。基于该通信系统的通信方法中，终端在接收到AP的请求信息时，依据光、电信道状态对应采用无线电方式或可见光方式或同时采用无线电和可见光协同的方式向所述AP发送业务数据，后续AP对接收到的终端业务数据添加相应标识信息后，将其上报至数据处理模块，由数据处理模块实现对业务数据进行相应业务处理。从而，利用本发明的通信方法可实现在其中一种通信链路断开或信号较弱时，采用另一种通信链路实现业务数据的及时传输，例如当光链路遇遮挡断开时，可采用无线电方式在电信道传输数据，可见本发明通过光电协同的方式解决了现有单一通信方式中由于通信链路断开而不能保证业务数据及时上传的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0055]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0056]图1是本发明实施例一公开的无线访问接入点AP的结构示意图；
[0057]图2是本发明实施例二公开的通信系统的结构示意图；
[0058]图3是本发明实施例二公开的可见光移动终端的结构示意图；
[0059]图4是本发明实施例二公开的环境传感器终端的结构示意图；
[0060]图5是本发明实施例二公开的光电信道协同完成通信时两信道的占用状况示意图；
[0061]图6是本发明实施例二公开的数据帧结构示意图；
[0062]图7是本发明实施例四公开的通信方法的一种流程图；
[0063]图8是本发明实施例四公开的集中式协调通信过程；
[0064]图9是本发明实施例四公开的终端和AP间基于协议栈的通信过程；
[0065]图10是本发明实施例五公开的通信方法的另一种流程图；
[0066]图11是本发明实施例五公开的终端基于机会网络的通信原理图；
[0067]图12是本发明实施例六公开的某矿井综合通信系统的布设状况示意图；
[0068]图13是本发明实施例六公开的终端与AP间进行信道接入及向AP发送数据的信道占用不意图；
[0069]图14是本发明实施例六公开的聚合帧的结构示意图；
[0070]图15是本发明实施例六公开的块确认帧的结构示意图。
【具体实施方式】
[0071]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0072]本实施例公开一种无线访问接入点AP、通信系统及通信方法，用于实现环境较为复杂场景中(例如矿下)的数据通信功能。以下将通过各实施例对本发明进行详细介绍。
[0073]实施例一
[0074]本发明实施例一公开一种无线访问接入点AP，该AP对应唯一的第一标识信息，请参见图1，该AP包括无线收发模块101和可见光接收模块102。
[0075]无线收发模块101，用于以无线电方式收发数据。
[0076]其中，无线收发模块101的功能具体可采用W1-Fi (无线高保真)收发模块或无线基站实现其功能。
[0077]可见光接收模块102，用于以可见光通信方式接收数据。
[0078]该可见光接收模块102包括Kfro (Photo Diode，光电二极管)，每个H)对应唯一的第二标识信息，K为大于I的自然数。
[0079]为了对后续各种业务处理提供支持，本实施例为AP分配唯一的网络地址，即SSID(Service Set Identifier,服务集标识)号，为每个F1D分配唯一的短地址号。
[0080]可见光接收模块102的可见光热点覆盖区域包含在第一无线收发模块101的无线信号覆盖区域内。
[0081 ] 本实施例的AP通过其包括的无线基站及多个ro对矿下相应终端实现无线电和可将光两种通信信号的覆盖，进而为通过光电协同的方式传输业务数据提供支持。
[0082]实施例二
[0083]本实施例二公开一种通信系统，如图2所示，该通信系统包括实施例一公开的AP100以及N个终端200，所述终端200与所述AP100相互通信，还包括数据处理模块300。
[0084]本发明的通信系统可支持人员定位业务、视频回传业务、传感器监测数据回传业务以及报警业务等综合业务的数据传输需求。
[0085]其中，终端200包括可见光移动终端和环境传感器终端，所述可见光移动终端对应唯一的第三标识信息。。
[0086]如图3所示，可见光移动终端包括第一 W1-Fi收发器301、第一可见光发射装置302、摄像头303以及第一环境传感器304。其中，第一 W1-Fi收发器301用于以无线电方式与所述AP进行通信，以实现定位业务、视频回传业务和传感器检测数据回传业务下业务数据的传输；第一可见光发送模块302用于以可见光通信方式与所述AP进行通信，实现定位业务、视频回传业务和传感器检测数据回传业务下业务数据的传输；所述定位业务的业务数据包括可见光移动终端的第三标识信息，所述视频回传业务的业务数据包括摄像头303所记录的视频数据，所述传感器检测数据回传业务的业务数据包括第一环境传感器304所检测的环境数据。
[0087]本实施例中，将携带LED灯矿帽的矿工作为可见光移动终端，矿工通过其携带的矿帽与AP间进行无线电通信或可见光通信实现上述各种业务类型的业务数据传输，以方便矿上管理人员随时从多维度对矿工的工作状况进行了解。
[0088]为方便对矿工人员开展定位业务，实现对矿工进行定位，本实施例为每一矿工分配唯一的ID (IDentity,身份标识号码)。
[0089]具体地，将可将光发射装置集成在矿工矿帽上的LED头灯电源盒子内，以头灯作为可见光发射器，并将W1-Fi收发器和摄像头置于头灯，同时在矿帽上集成所需的各类传感器，例如温度传感器、湿度传感器和瓦斯传感器等。从而矿工可通过其携带的矿帽实现在矿下工作过程中对视频数据、各类环境数据进行采集，例如采集工作区域内的温度、湿度、瓦斯状况等，并可通过矿帽与AP间进行无线电或可见光通信实现采集数据及自身ID的上传，方便了矿上管理人员随时对矿工人员进行定位、以及了解矿工人员工作区域的温度、湿度、瓦斯状况等工作环境以方便后续开展安全防控等工作。
[0090]请参见图4，所述环境传感器终端具体包括第二 W1-Fi收发器401、第二可见光发射装置402以及第二环境传感器403。其中，第二 W1-Fi收发器401，用于以无线电方式与所述AP进行通信，以实现所述传感器检测数据回传业务下业务数据的传输；第二可见光发送模块402，用于以可见光通信方式与所述AP进行通信，以实现所述传感器检测数据回传业务下业务数据的传输；所述传感器检测数据回传业务的业务数据还包括第二环境传感器403所检测的环境数据。
[0091]其中，环境传感器终端为安置于矿下固定地点的固定终端，其集成了温度传感器、湿度传感器和瓦斯传感器等各类所需的环境传感器，用于对矿下固定地点的环境数据进行采集，具体实施时，可通过在矿下布设足够密度的环境传感器终端，实现对矿下区域环境数据的较为全面的采集。环境传感器终端同时具有W1-Fi能力和可见光的发送能力，可通过与AP间进行无线电或可见光通信实现将所采集的环境数据进行上报。
[0092]可见光移动终端中的环境传感器旨在对移动着的、随时可能更换工作场地的矿工人员的工作区域环境数据进行采集，而环境传感器终端旨在对矿下固定区域进行环境数据采集，两者相结合可以使管理人员对全矿状况进行更为全面的了解。
[0093]本实施例针对矿工人员随时移动的特点，对可见光移动终端开展定位业务。因此，针对可见光移动终端开展的业务有定位业务、视频回传业务和传感器监测数据回传业务；而针对环境传感器终端仅开展视频回传业务和传感器监测数据回传业务即可。
[0094]数据处理模块300，用于接收所述AP发送的业务数据，并依据所述业务数据所属的业务类型对业务数据进行相应处理。例如，对定位数据进行分析实现对矿工人员进行定位，对传感器所测的环境数据进行分析，获取矿下的环境状况等。
[0095]其中，数据处理模块300具体可以采用处理板、服务器等，实现对不同业务数据的处理功能。
[0096]利用本发明的系统，针对以矿下主巷道为代表的照明设施良好的场景，可采用有中心的光电混合网络，即采用AP作为中心协调器基于预先制定的有中心协议对进入其光电覆盖范围的终端进行信道接入控制，利用可见光和W1-Fi协同的方式完成矿下各类业务数据的传输，确保在其中一种信道(如光信道)信号不好时能够采用另一种信道正常通信，有中心网络能够实现数据的实时回传、业务时延小、网络效率高。
[0097]有中心(AP)的光电混合网络的中心控制式工作主要分为下行和上行两个过程:
[0098]下行即由AP发起的与终端间的通信，在电信道上完成，采用完整的W1-Fi协议。具体可根据所采用的W1-Fi的版本，对应采用分布式协调功能或集中式协调功能进行通信，也可将分布式协调和集中式协调功能结合起来进行通信。
[0099]上行即由终端发起的与AP间的通信，采用完整的W1-Fi协议，由光电信道协同完成。具体在数据发送时需根据信道状态决定仅采用电信道(光信道质量不好时)、仅采用光信道(电信道质量不好时)、采用光电信道同时发送(无信道质量报告时)。请参见图5，图5为光电信道共同完成通信时两信道的占用状况。
[0100]其中，以信道质量高低作为信道状态判别的依据，信道质量主要是指信道接收信号的强度。本实施例中，在可见光移动终端和ro接收器中分别安装信道质量检测模块，并设定门限值threshold，通过检测接收信号强度RSI是大于还是小于threshold来判断信道质量的高低。具体地，电信道质量可由终端接收下行业务时测量，光信道质量可在终端上传数据，由H)接收数据时对信道质量进行检测，检测结果由AP通过下行业务广播发送给终端，以方便终端选择相应的通信信道上传数据。
[0101]利用本发明系统完成数据通信的过程中，各类业务数据的传输均采用数据帧的形式，各类数据帧采用W1-Fi的已有帧结构，如图6所示，数据帧包括帧控制、终端ID、FCS(帧校验序列)等字段。
[0102]本实施例的通信系统中，终端和AP间可采用无线电和可将光两种通信方式进行数据传输，从而可以克服现有单一通信方式中因通信链路断开而不能保证业务数据及时上传的问题。
[0103]实施例三
[0104]本发明实施例三对实施例二的通信系统进行补充，具体地，本实施例中，可见光移动终端包括的第一 W1-Fi收发器还用于维护该可见光移动终端经常到达的地点的位置信息和到达所述地点的频率信息，并广播所述位置信息和频率信息。
[0105]在矿下侧巷道、采掘面等场景下，没有照明用电力线或是仅有有限照明电力线，且该场景下环境恶劣，巷道不平坦，时有塌方等状况发生，导致有线布设非常不便，W1-Fi基站也不易安装，因此该场景下可见光移动终端无法直接接入中心AP实现将其业务数据进行上报，为解决这一问题，本实施例中，可见光移动终端增设上述功能，在不易布设中心AP的场景采用机会网络的分布式网络架构，即每个可见光移动终端在一定时间内维护自己经常到达地点的位置新和到达所述地点的频率信息，并将维护的信息周期性广播出去，有通信需求的终端接收到各相邻终端的广播后，从中选择到达有中心光电混合区域的频率最大的终端作为中继节点进行数据转发，数据的转发具体利用终端间的无线W1-Fi链路完成，转发的数据包含视频、环境监测值等数据，保证数据到达中心AP的概率最大。
[0106]分布式网络能够实现原来无法回传的数据的滞后回传，针对矿下的具体场景，本发明采用有中心的光电混合网络和基于机会网络的分布式网络共同实现了矿下通信信号的全覆盖，两种网络为互补关系，有中心和机会网络的切换可通过协议自动完成，终端无需进行任何人工切换，从而，相比于现有技术本发明解决了数据盲区的问题。
[0107]实施例四
[0108]本实施例四公开一种通信方法，基于以上实施例公开的通信系统。本实施例中，该通信方法具体采用5GHz的无线电工作频段(MX2BCM4330芯片)及可见光信道完成所需的通
信工作。
[0109]请参见图7，上述通信方法包括如下步骤:
[0110]S1:若所述终端能够接收到AP的请求信息，则所述终端在接收到AP的请求信息时，依据光、电信道状态对应采用如下传输方式中的一种向所述AP发送业务数据:无线电方式、可见光通信方式、同时采用无线电和可见光通信协同的方式。
[0111]具体地，如图8所示，AP通过W1-Fi信道(无线电信道)以广播的形式向其信号覆盖区域的各终端广播信标帧Beacon，以询问终端是否有数据发送。
[0112]作为可见光移动终端的矿工人员进入工作环境后，其携带的LED灯开始照明，传感器及摄像头对周围环境参数进行采集，同时终端包括的W1-Fi收发装置进行电信道监听，若其能够监听到AP发送的请求信息，即具体地，W1-Fi收发装置在一个超帧周期内监听到AP发送的信标帧Beacon，即表示该终端处于有中心的光电混合网络中，可采用有中心协议与AP进行通信，W1-Fi信道和光信道可协同使用。
[0113]仍请参见图8，各终端在接收到AP的信标帧后，解析信标帧，获得允许发送的业务类型，并向AP发送自身ID竞争通信权限；之后，AP依据接收到的ID队列依次向覆盖范围内的终端发送轮询帧poll，各终端节点在接收到该轮询帧后依次发送自身数据帧data。具体地，终端查询广播的信道质量，若光信道信号强度大于门限值，则由可见光信道发送全部数据；若电信道信号强度大于预设门限值，则由电信道发送数据；若光信道和电信道信号强度无效，或光、电信道信号强度同时大于预设门限值，则由光信道和电信道同时发送数据。
[0114]S2:所述AP分别依据所述业务数据的传输方式对所述业务数据添加相应标识信息，并将添加标识信息后的业务数据发送至所述数据处理模块。
[0115]该步骤S2具体包括:
[0116]若所述业务数据通过无线电方式传输，则无线收发模块在所述业务数据上添加所述第一标识信息，并将添加第一标识信息后的业务数据发送至所述数据处理模块；
[0117]若所述业务数据通过可见光通信方式传输，则接收所述业务数据的ro在所述业务数据上添加所述ro的第二标识信息，并将添加了第二标识信息的业务数据发送至所述数据处理模块；
[0118]若所述业务数据通过无线电方式和可见光通信方式重复传输，则接收所述业务数据的ro在所述业务数据上添加所述ro的第二标识信息，并将添加了第二标识信息的业务数据发送至所述数据处理模块。
[0119]具体地，接收到终端发送的数据帧后，针对电信道收到的数据，AP通过电信道向发送该数据的终端回复确认1，同时由无线基站在接收的数据帧中添加AP的SSID号，并将添加了 SSID号的数据帧上传至数据处理模块；针对光信道收到的数据，则AP由电信道向终端回复确认2，同时接收该数据帧的ro在数据帧中添加ro短地址，并将添加了 ro短地址的数据帧上传至数据处理模块；若两信道都收到数据帧，则AP在电信道上回复确认12，同时比对两路径的数据信息是否有重复，对于在两路径传输数据存在重复的情况，针对重复数据帧，在该数据帧上添加相应的ro短地址，并将添加短地址后的数据帧上传至数据处理模块。
[0120]各PD及无线基站采用数据线连接至数据处理模块(例如处理板)，并通过时分复用方式共享信道。
[0121]S3:所述数据处理模块依据所述添加标识信息后的业务数据所属的业务类型对所述业务数据进行相应分析和业务处理，得到业务处理结果。
[0122]上述步骤S3具体包括:
[0123]若添加第一标识信息后的业务数据所属的业务类型为定位业务，则所述数据处理模块依据所述业务数据中的第三标识信息和第一标识信息对相应终端进行定位；若添加第二标识信息后的业务数据所属的业务类型为定位业务，则所述数据处理模块依据所述业务数据中的第三标识信息和第二标识信息对相应终端进行定位；
[0124]若添加标识信息后的业务数据所属的业务类型为视频回传业务，则所述数据处理模块对所述业务数据进行视频业务处理；
[0125]若添加标识信息后的业务数据所属的业务类型为传感器检测数据回传业务，则所述数据处理模块对所述业务数据进行传感器数据业务处理。
[0126]具体地，本实施例中，定位业务采用业务传输捎带传输的方式，即通过视频数据的数据帧或传感器环境数据的数据帧携带终端定位业务所需的定位信息(终端ID)。
[0127]若数据处理模块接收的数据帧为AP中的无线基站上传的数据，则数据处理模块依据数据帧中携带的SSID号以及终端ID，对终端进行定位；若数据帧为H)上传的数据，则数据处理模块依据数据帧中携带的ro短地址和终端id对终端进行定位。
[0128]除此之外，若数据帧中数据为视频数据，则数据处理模块对视频数据进行处理、分析终端的动态工作状况、工作轨迹等，若数据帧中数据为环境数据，则数据处理模块依据环境数据分析终端的周边环境。具体地，数据处理模块可依据预先所设定的处理逻辑对其接收的数据进行各种处理，以方便开展各项后续工作，例如开展安全防控、调度控制等。
[0129]本实施例的方法与实施例二公开的通信系统相对应，即本实施例仅对终端处于有中心光电混合网络时的通信过程进行说明。
[0130]以上以可见光终端为例，对光电混合网络的中心控制式通信过程进行了详细介绍，环境传感器终端与可见光移动终端的数据上传过程类似，两者的区别仅在于针对可见光移动终端开展了定位业务，而环境传感器终端由于布设在矿下固定位置，无需进行定位。
[0131]需要说明的是，具体实施时，仍需要为各固定的环境传感器终端分配相应ID，并预先将传感器ID与其所在的位置一一对应，从而在处理板接收到传感器终端的数据时，综合传感器终端所在位置对数据进行分析，了解矿下环境。
[0132]应用本发明时，可预先制定终端协议栈和AP协议栈，基于协议栈实现终端和AP间的数据通信，请参见图9，图9为终端和AP间基于协议栈的通信过程。终端中传感器采集的环境参数及摄像头录下的视频信息经处理后被分解为数据包，在网络层中以数据包+网络地址+报头形式形成数据帧,之后,数据链路层加密数据帧,将网络地址转换为MAC (MediaAccess Control，媒体介入控制层)地址，物理层经无线发射模块及可见光发射模块将数据调制为物理层信号并传送至AP，AP以相反的步骤获得终端传送的数据信息，其中AP的网络层运行固定路由，将数据信息统一发送到某个固定的处理板，由处理板对数据信息进行后续处理，例如根据所获取数据信息中的终端ID、PD短地址(或AP网络地址)获得终端的位
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[0133]综上，本发明实施例提供的通信系统包括ΑΡ、N个终端以及数据处理模块，其中，AP包括无线收发模块和可见光接收模块，AP可通过其包括的上述两种模块对矿下终端提供无线电和可见光两种通信信号的覆盖。基于该通信系统的通信方法中，终端在接收到AP的请求信息时，依据光、电信道状态对应采用无线电方式或可见光方式或同时采用无线电和可见光协同的方式向所述AP发送业务数据，后续AP对接收到的终端业务数据添加相应标识信息后，将其上报至数据处理模块，由数据处理模块实现对业务数据进行相应业务处理。从而，利用本发明的通信方法可实现在其中一种通信链路断开或信号较弱时，采用另一种通信链路实现业务数据的及时传输，例如当光链路遇遮挡断开时，可采用无线电方式在电信道传输数据，可见本发明通过光电协同的方式解决了现有单一通信方式中由于通信链路断开而不能保证业务数据及时上传的问题。
[0134]实施例五
[0135]实施例四的通信方法可应用在矿下主巷道及分巷道等采用中心控制的光电混合网络的场景，终端可在中心AP的协调下接入网络，并通过与AP直接通信完成其业务数据的传输。
[0136]本实施例五对实施例四的通信方法进行扩充，针对侧巷道、采掘面等矿下不易布设中心AP的场景，可采用终端之间构建的机会网络进行数据的转发，当作为中继节点的终端进入采掘面与分巷道的入口处，即进入有中心AP的光电混合网络的覆盖区域内时，利用中心控制的光电混合网络将缓存数据转发至ΑΡ。
[0137]请参见图10，扩充后的通信方法还包括
[0138]S4:若所述终端不能接收到AP的请求信息，则所述终端基于数据到达AP的概率最大化准则利用终端之间构建的机会网络，从所述机会网络中选择以其他终端为中继节点的最优中继路径，并通过所述最优中继路径向所述AP发送携带附加定位信息的业务数据，其中，所述附带定位信息包括所述终端的业务数据在中继路径的转发时间及所述终端所在小组的小组号。
[0139]首先，由于侧巷道、采掘面等环境不具备中心ΑΡ，为实现此种环境下终端的定位问题，本实施例预先将矿工按电钳工、爆破工、监测工、瓦斯检查工等不同工种分成不同小组，并分别为每个小组编号，组内每个成员会在一定时间内维护自己经常到达地点的位置信息和到达所述地点的频率信息，且每个成员将自己维护的信息周期性广播出去。后续可将终端所在的小组号以及终端转发数据所占用的时间作为机会网络中终端定位的依据。[0140]当作为可见光移动终端的矿工人员进入侧巷道、采掘面等环境条件极其恶劣的区域时，该终端不能接收到中心AP广播的信标帧，此时，有数据上传需求的终端采用基于机会网络的光电混合网络接入机制。即具体地，基于预测的机会网络转发路由机制。每个终端节点维持一个与目标节点(中心控制节点)相遇的预测概率，具体可通过节点运动轨迹预测该概率，即利用节点的移动模型估计相遇的概率，选择最优节点转发数据。
[0141]如图11所示，其中，以源节点表示有数据上传需求的终端，中继节点表示数据转发路径上的终端。有数据上传需求的源节点在接收到附近节点的广播后，从中选择最优节点，即选择到达有中心的光电混合区域频率最大的节点作为中继节点进行数据转发，如图11所示，源节点首先选择中继节点I作为第一个最优节点，并通过握手方式实现数据从源节点到中继节点I的传输，同时中继节点I缓存源节点的数据，之后，中继节点I采用同样的方式将数据传输并缓存在第二个最优节点即中继节点2，如果中继节点2可以实现同无线基站和ro接收器的连接，则由中继节点2将缓存的源节点数据通过光电混合网络上传到中心AP，从而实现了采掘面与中心AP间的数据连接，保证了采掘面处终端数据到达中心节点的概率最大。
[0142]具体地，中继节点2可依据光电信道的质量选择合适的通信方式向AP上传源节点的数据。
[0143]终端转发的数据包含视频或环境检监测值等数据，同时包含源节点的终端ID号，小组号以及数据转发时间。
[0144]S5:所述AP依据对所述携带附加定位信息的业务数据的接收方式对所述业务数据添加相应标识信息，并将添标识信息后的所述业务数据发送至所述数据处理模块。
[0145]若所述AP通过无线电方式接收所述携带附加定位信息的业务数据，则AP的无线收发模块在所述业务数据上添加第一标识信息，并将添加第一标识信息后的所述业务数据发送至所述数据处理模块；
[0146]若所述AP通过无线电方式接收所述携带附加定位信息的业务数据，则AP中接收所述业务数据的ro在所述业务数据中添加所述ro的第二标识信息，并将添加了第二标识信息后的所述业务数据发送至所述数据处理模块；
[0147]若所述AP通过无线电方式和可见光通信方式重复接收携带附加定位信息的业务数据，则AP中接收所述业务数据的ro在所述业务数据上添加所述ro的第二标识信息，并将添加了第二标识信息的业务数据发送至所述数据处理模块。
[0148]S6:所述数据处理模块依据添标识信息后的所述携带附加定位信息的业务数据所述的业务类型，对所述业务数据进行相应分析和业务处理，得到业务处理结果。
[0149]其中，针对无线基站上传的数据，后端处理模块依据所接收数据帧中的SSID、终端id、终端所在小组号依及数据数据转发时间对终端进行定位；针对ro上传的数据，后端处理模块依据所接收数据帧中的ro短地址、终端id、终端所在小组号依及数据数据转发时间对终端进行定位，从而解决了采掘面、侧巷道等不易布设中心AP的场景中终端的定位问题。
[0150]其他业务类型的数据(视频数据、环境数据)处理过程与对主巷道中终端相应业务数据的处理相同，不再详述。
[0151]本实施例在采掘面、侧巷道采用基于机会网络的光电混合网络接入机制，利用机会网络对有中心的光电混合网络进行补充，两种网络形态相互融合可实现对矿下通信网络进行全覆盖，解决了数据通信盲区的问题。
[0152]实施例六
[0153]现实应用场景中，可依据实际需求通过布设足够密度的AP实现通信网络的全覆盖，如图12所示，图12为基于本发明的某矿井综合通信系统的布设状况示意图。
[0154]接下来，本实施例六公开本发明的一实际应用场景。
[0155]该场景中，矿下主巷道以70m为单位划分为多个小区，每个小区都由一个网元负责本小区的通信工作，每个网元布设一个AP，该AP由一个无线基站和10个可见光接收ro构成(即平均7m布设一个ro接收器)。
[0156]终端进入主巷道后，在其活动范围内不断通过其包括的传感器、摄像头获取周围温湿度、瓦斯浓度及视频等数据信息，并缓存获取的数据信息，当终端接收到AP的轮询请求后，查询物理层上报的信道质量，根据信道质量选择合适的通信信道上传将其获取的环境或视频信息至AP，请参见图13，图13示出了终端首次通过W1-Fi信道预约并通过光电信道完成数据传输的过程。其中，若是无线基站接收到数据信息，则在数据信息上添加AP的SSID并上报，若是ro接收到数据信息则添加ro短地址并上报，以实现终端定位。其中，AP的轮询列表根据终端的不断移动持续更新。
[0157]通信过程中，终端采用帧聚合方式(A-MPDU聚合帧)发送数据，其帧结构如图14所示，并采用块确认帧(具体为BA块确认帧)集中确认，如图15所示。
[0158]其中，终端的LED头灯与H)接收器间的通信采用开关键控(00K，On-Off Keying)的调制方式，移动终端利用LED灯的高频闪烁特性以灯光的明灭发射信号，将信号发送到PD接收器，其传输的信号为“O”和“I”。PD接收器接收到信号后用解码器对信号进行解调，获得终端发送的数据信息。
[0159]在侧巷道或采掘面等较为恶劣、不方便布设中心AP的环境，采用分布式网络架构，且在侧巷道根据巷道具体环境条件缩短网元之间的间隔并在必要的地段采取增加ro接收器密度的方法来保证侧巷道的通信覆盖。
[0160]当终端进入侧巷道或采掘面时，采用基于相遇概率预测路由机制的机会网络通信方式，源节点在有数据传输需求时先寻找附近的最优节点作为第一个中继节点，且源节点与第一个中继节点之间通过握手利用无线W1-Fi链路实现数据传输并缓存；第一个中继节点采用同样的方式将数据传输并缓存在下一中继节点，直到最后传输的中继节点可以实现同无线基站和ro接收器的连接时，由该中继节点将数据通过光电混合网络上传到服务器中，实现采掘面终端与中心服务器间的数据连接。
[0161]综上所述，本发明利用中心网组和机会网络两种网络形态相互补充，完成了矿井下主巷道、侧巷道、采掘面等不同环境下的网络全覆盖，解决了由于通信网络布设困难而导致的通信盲区的问题；同时本发明利用可见光和无线电两种媒体资源相互协同，当其中一种通信链路断开时，采用另一链路传输数据，实现了数据的实时回传、业务时延小、网络效率高；除此之外本发明还具有定位精确高、传输速率快等优点。
[0162]需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0163]为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
[0164]通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如R0M/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0165]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种无线访问接入点AP，其特征在于，所述AP包括无线收发模块和可见光接收模块，其中: 所述无线收发模块，用于以无线电方式收发数据； 所述可见光接收模块，用于以可见光通信方式接收数据； 所述可见光接收模块的可见光热点覆盖区域包含在所述第一无线收发模块的无线信号覆盖区域内。
2.根据权利要求1所述的AP，其特征在于，所述AP对应唯一的第一标识信息。
3.根据权利要求1所述的AP，其特征在于，所述可见光接收模块包括K个光电二极管PD，每个所述ro对应唯一的第二标识信息，所述K为大于1的自然数。
4.一种通信系统，其特征在于，包括如权利要求1-3任意一项所述的AP以及N个终端，所述终端与所述AP相互通信，还包括； 数据处理模块，用于接收所述AP发送的业务数据，并依据所述业务数据所属的业务类型对所述业务数据进行相应业务处理。
5.根据权利要求4所述的通信系统，其特征在于，所述业务类型具体包括定位业务、视频回传业务和传感器检测数据回传业务。
6.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，所述终端包括可见光移动终端和环境传感器终端，所述可见光移动终端对应唯一的第三标识信息。
7.根据权利要求6所述的通信系统，其特征在于，所述可见光移动终端具体包括第一W1-Fi收发器、第一可见光发射装置、摄像头以及第一环境传感器，其中: 所述第一 W1-Fi收发器，用于以无线电方式与所述AP进行通信，以实现定位业务、视频回传业务和传感器检测数据回传业务下业务数据的传输； 所述第一可见光发送模块，用于以可见光通信方式与所述AP进行通信，以实现定位业务、视频回传业务和传感器检测数据回传业务下业务数据的传输； 所述定位业务的业务数据包括所述第三标识信息，所述视频回传业务的业务数据包括所述摄像头所记录的视频数据，所述传感器检测数据回传业务的业务数据包括所述第一环境传感器所检测的环境数据。
8.根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，所述第一W1-Fi收发器还用于维护所述可见光移动终端经常到达的地点的位置信息和到达所述地点的频率信息，并广播所述位置信息和频率信息。
9.根据权利要求6所述的通信系统，其特征在于，所述环境传感器终端具体包括第二W1-Fi收发器、第二可见光发射装置以及第二环境传感器，其中: 所述第二 W1-Fi收发器，用于以无线电方式与所述AP进行通信，以实现所述传感器检测数据回传业务下业务数据的传输； 所述第二可见光发送模块，用于以可见光通信方式与所述AP进行通信，以实现所述传感器检测数据回传业务下业务数据的传输； 所述传感器检测数据回传业务的业务数据还包括所述第二环境传感器所检测的环境数据。
10.一种通信方法，基于如权利要求4-9任意一项所述的通信系统，其特征在于，包括: 若所述终端能够接收到AP的请求信息，则所述终端在接收到AP的请求信息时，依据光、 电信道状态对应采用如下传输方式中的一种向所述AP发送业务数据:无线电方式、可将光通信方式、同时采用无线电和可见光通信协同的方式； 所述AP依据所述业务数据的传输方式对所述业务数据添加相应标识信息，并将添加标识信息后的业务数据发送至所述数据处理模块； 所述数据处理模块依据所述添加标识信息后的业务数据所属的业务类型对所述业务数据进行相应分析和业务处理，得到业务处理结果。
11.根据权利要求10所述的通信方法，其特征在于，所述终端在接收到AP的请求信息时，依据光、电信道状态对应采用如下传输方式中的一种向所述AP发送业务数据:无线电方式、可见光通信方式、同时采用无线电和可见光通信协同的方式，具体包括: 若光信道信号强度大于预设门限值，则所述终端采用可见光通信方式发送所述业务数据； 若电信道信号强度大于预设门限值，则所述终端采用无线电方式发送所述业务数据； 若光信道和电信道信号强度无效，或光、电信道信号强度同时大于预设门限值，则所述终端同时采用无线电方式和可见光通信方式协同发送所述业务数据。
12.根据权利要求10所述的通信方法，其特征在于，所述AP依据所述业务数据的传输方式对所述业务数据添加相应标识信息，并将添加标识信息后的业务数据发送至所述数据处理模块，具体包括: 若所述业务数据通过无线电方式传输，则无线收发模块在所述业务数据上添加所述第一标识信息，并将添加第一标识信息后的业务数据发送至所述数据处理模块； 若所述业务数据通过可见光通信方式传输，则接收所述业务数据的ro在所述业务数据上添加所述ro的第二标识信息，并将添加了第二标识信息的业务数据发送至所述数据处理模块； 若所述业务数据通过无线电方式和可见光通信方式重复传输，则接收所述业务数据的PD在所述业务数据上添加所述ro的第二标识信息，并将添加了第二标识信息的业务数据发送至所述数据处理模块。
13.根据权利要求12所述的通信方法，其特征在于，所述数据处理模块依据所述添加标识信息后的业务数据所属的业务类型对所述添加标识信息后的业务数据进行相应分析和业务处理，具体包括； 若添加第一标识信息后的业务数据所属的业务类型为定位业务，则所述数据处理模块依据所述业务数据中的第三标识信息和第一标识信息对相应终端进行定位；若添加第二标识信息后的业务数据所属的业务类型为定位业务，则所述数据处理模块依据所述业务数据中的第三标识信息和第二标识信息对相应终端进行定位； 若添加标识信息后的业务数据所属的业务类型为视频回传业务，则所述数据处理模块对所述业务数据进行视频业务处理； 若添加标识信息后的业务数据所属的业务类型为传感器检测数据回传业务，则所述数据处理模块对所述业务数据进行传感器数据业务处理。
14.根据权利要求9-13任意一项所述的通信方法，其特征在于，还包括: 若所述终端不能接收到AP的请求信息，则所述终端基于数据到达AP的概率最大化准则利用终端之间构建的机会网络，从所述机会网络中选择以其他终端为中继节点的最优中继路径，并通过所述最优中继路径向所述AP发送携带附加定位信息的业务数据，其中，所述附加定位信息包括所述终端的业务数据在中继路径的转发时间及所述终端所在小组的小组号； 所述AP依据对所述携带附加定位信息的业务数据的接收方式对所述业务数据添加相应标识信息，并将添标识信息后的所述业务数据发送至所述数据处理模块； 所述数据处理模块依据添标识信息后的所述携带附加定位信息的业务数据所述的业务类型，对所述业务数据进行相应分析和业务处理，得到业务处理结果。
15.根据权利要求14所述的通信方法，其特征在于，所述AP依据对所述携带附加定位信息的业务数据的接收方式对所述业务数据添加相应标识信息，并将添标识信息后的所述业务数据发送至所述数据处理模块，具体包括: 若所述AP通过无线电方式接收所述携带附加定位信息的业务数据，则AP的无线收发模块在所述业务数据中添加所述第一标识信息，并将添加第一标识信息后的所述业务数据发送至所述数据处理模块； 若所述AP通过可见光方式接收所述携带附加定位信息的业务数据，则AP中接收所述业务数据的ro在所述业务数据中添加所述ro的第二标识信息，并将添加了第二标识信息的所述业务数据发送至所述数据处理模块； 若所述AP通过无线电方式和可见光通信方式重复接收携带附加定位信息的业务数据，则AP中接收所述业务数据的ro在所业务数据中添加所述ro的第二标识信息，并将添加了第二标识信息的所述业务数据发送至所述数据处理模块。
16.根据权利要求15所述的通信方法，其特征在于，所述数据处理模块依据添标识信息后的所述携带附加定位信息的业务数据所述的业务类型，对所述业务数据进行相应分析和业务处理，具体包括: 若添加第一标识信息后的所述携带附加定位信息的业务数据所属的业务类型为定位业务，则所述数据处理模块依据所述业务数据中的第一标识信息、第三标识信息、小组号以及转发时间对相应终端进行定位；若添加第二标识信息后的所述携带附加定位信息的业务数据所属的业务类型为定位业务，则所述数据处理模块依据所述业务数据中的第二标识信息、第三标识信息、小组号和转发时间对相应终端进行定位； 若添加标识信息后的携带附加定位信息的业务数据所属的业务类型为视频回传业务，则所述数据处理模块对所述业务数据进行视频业务处理； 若添加标识信息后的携带附加定位信息的业务数据所属的业务类型为传感器检测数据回传业务，则所述数据处理模块对所述业务数据进行传感器数据业务处理。
【文档编号】H04W24/04GK103945438SQ201410152489
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】李青, 邹艳芳, 邬江兴, 于宏毅, 张效义, 刘建辉, 郭伟, 张剑, 朱义君, 刘洛琨, 徐文艳 申请人:中国人民解放军信息工程大学