一种自组网通信装置及通信系统的制作方法

本实用新型涉及信息通信领域，特别是涉及一种自组网通信装置及通信系统。

背景技术：

台风、泥石流等自然灾害发生时，给社会交通、通信、电力等设备都造成了严重破坏。一些重灾区中心区域因道路中断、电力中断、通信中断，形成了信息孤岛，对抢险救灾、应急指挥带来极大影响。

移动基站BTS/Node分布广泛，传输和机房条件受当地环境影响较大，尤其因地震、水灾、雷击、人为破坏等原因常常会使移动基站的通信发生中断。通过对历次重大自然灾害和日常维护移动基站通信中断原因的统计发现，最容易受损的是供电系统和地面传输线路。供电系统可以通过增加蓄电池容量、延长工作时间或自备移动油机等提高保障能力。而地面传输线路主要通过光纤路由环路来增加抗灾性，但是在重大灾害发生时环路各方向往往都中断，使得基站成为信息孤岛。其次在一些地理环境复杂的边远地区，移动基站可能随时都要面临突发事件造成的通信中断，而相对恶劣的环境又导致中断线路迟迟无法修复。因此，如何使这些孤岛基站的正常工作，以及增强通信网络的抗灾能力就成通信技术人员所要面对的问题。

技术实现要素：

为此，引入更加适合极端天气和复杂环境下的通信保障能力的低频段通信手段，提供了一种自组网通信装置用于有线传输链路中断的情况下，快速建立无线非视距的传输通道，实现多种通信业务的恢复。

为实现上述目的，发明人提供了一种自组网通信装置，包括壳体和设置于壳体内的电路；

所述电路包括：电源电路模块、交换电路模块、VPN电路模块、E1通信电路模块、无线自组网电路模块以及WIFI通信电路模块；

所述电源电路模块分别与交换电路模块、VPN电路模块、E1通信电路模块、无线自组网电路模块以及WIFI通信电路模块连接，用于为自组网通信装置提供工作电源；

所述VPN电路模块用于VPN通信信号的收发，包括光纤交换模块，光纤交换模块设置有用于与光纤连接的光纤接口，光纤交换模块用于将光信号转换成电信号或将电信号转换成光信号；

所述E1通信电路模块设置有一对以上的数据接收口和数据发送口，用于E1通信信号的收发；

所述WIFI通信电路模块用于WIFI通信信号的收发；

所述交换电路模块分别与VPN电路模块、E1通信电路模块、无线自组网电路模块以及WIFI通信电路模块连接，用于E1通信电路模块、WIFI通信电路模块、VPN电路模块与自组网电路模块之间的IP数据交换；

所述无线自组网电路模块用于与其他自组网通信装置建立通信网络以及进行IP数据传输。

进一步的，所述电源电路模块包括第一开关和第二开关；

所述第一开关为电源总开关，串联于电源输出端干线上；

所述第二开关设置于VPN电路模块的电源输入端，用于控制VPN电路模块的电源接入。

进一步的，所述电源电路模块包括电流输入口、整流电路、变压电路、锂电池组和电流输出口；

所述电流输入口为AC/DC电源接口，可接入AC220V和DC48V两种电源输入；

所述电流输出口包括DC48V、DC12V和DC5V电流输出口；

所述整流电路连接于电流输入口，用于将交流电流整流成直流电流；

所述变压电路包括两个以上不同输出电压的变压芯片，用于改变电流电压值，变压电路的输入端分别连接于电流输入口的DC48V电源和变压电路的输出端，输出端为所述电流输出口。

进一步的，所述无线自组网电路模块包括Mesh模块。

进一步的，所述无线自组网电路模块包括用于信号接收的接收天线，用于信号发射的发射天线，以及与接收天线和发射天线连接用于信号放大的功率放大电路。

进一步的，所述壳体包括下盖和上盖；上盖铰接于下盖上。

进一步的，所述电源电路模块、交换电路模块、VPN电路模块、E1通信电路模块、以及WIFI通信电路模块设置于下盖内，所述无线自组网电路模块设置于上盖内。

进一步的，所述电源电路模块和WIFI通信电路模块设置于下盖的侧壁上；所述交换电路模块、E1通信电路模块、VPN电路模块下盖的底部向上依次层叠设置。

为解决上述技术问题，发明人提供了另一技术方案：

一种通信系统，包括两个以上的自组网通信装置，其中，所述自组网通信装置为以上技术方案所述的自组网通信装置，不同自组网通信装置之间无线通信连接组成通信网络。

区别于现有技术，上述技术方案自组网通信装置包括交换电路模块、VPN电路模块、E1通信电路模块、无线自组网电路模块以及WIFI通信电路模块，通过交换电路模块可将VPN电路模块、E1通信电路模块以及WIFI通信电路模块连接于无线自组网电路模块，实现自组网电路模块与各通信电路模块IP交换，快速搭建包含多种通信业务的无线自组网络。该自组网通信装置可作为通信终端应用于基站，使中断的孤岛基站恢复正常工作；也可应用于应急通信指挥，形成前端的救灾应急指挥系统，方便前后端的音视频联系，提升救灾指挥效率。

附图说明

图1为实施方式中自组网通信装置的模块框图；

图1a为故障发生前的Mesh拓扑图；

图1b为故障发生后的Mesh拓扑图；

图1c为实施方式中自组网通信装置应用于E1传输的示意图；

图1d为实施方式中自组网通信装置应用于光路传输的示意图；

图1e为实施方式中自组网通信装置应用于音视频调度指挥传输的示意图；

图2为自组网通信装置中电源电路模块的电路模块框图；

图3为自组网通信装置中电源电路模块的开关位置示意图；

图4、图5、图6为实施方式中自组网通信装置的壳体以及电路模块分布图；

图7为自组网通信装置应用于通信中断应急抢修中的示意图。

附图标记说明：

20、E1通信电路模块；

30、VPN电路模块；

40、电源电路模块；

50、WIFI通信电路模块；

60、交换电路模块；

70、无线自组网电路模块；

101、上盖；

102、下盖；

220：E1转换板；

310：光纤交换模块；

401：锂电池组；

710：功率放大电路；

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1至图7，本实施例提供了一种自组网通信装置，该自组网通信装置可有线传输链路中断的情况下，快速建立无线非视距的传输通道，实现2G、4G基站业务的恢复，也可形成自组网络，形成前端的救灾指挥系统，方便前后端的音视频联系，提升救灾指挥效率。

如图1所示，该自组网通信装置包括壳体和设置于壳体内的电路；所述电路包括：电源电路模块40、交换电路模块60、VPN电路模块30、E1通信电路模块20、无线自组网电路模块70以及WIFI通信电路模块50。

所述电源电路模块40分别与交换电路模块60、VPN电路模块30、E1通信电路模块20、无线自组网电路模块70以及WIFI通信电路模块50连接，用于为自组网通信装置提供工作电源。其中，交换电路模块60、VPN电路模块30、E1通信电路模块20、无线自组网电路模块70以及WIFI通信电路模块50，都是通信领域技术人员所熟知的电路，这里就不具体赘述各电路模块内部所采用的芯片以及连接方式，本领域技术人员可根据需要选择具体的电路实现方式。根据已提供的电路模块以及连接关系，已构成一个本领域技术人员能够实现的清楚完整的技术方案。

所述VPN电路模块30用于VPN通信信号的收发，包括光纤交换模块，光纤交换模块设置有用于与光纤连接的光纤接口，光纤交换模块用于将光信号转换成电信号或将电信号转换成光信号，所述光纤接口优选为GE光口。

其中VPN即为虚拟专用网络(Virtual Private Network，简称VPN)，指的是在公用网络上建立专用网络的技术。整个VPN网络的任意两个节点之间的连接并没有传统专网所需的端到端的物理链路，而是架构在公用网络服务商所提供的网络平台，如Internet、ATM(异步传输模式〉、Frame Relay(帧中继)等之上的逻辑网络，用户数据在逻辑链路中传输。VPN主要采用了隧道技术、加解密技术、密钥管理技术和使用者与设备身份认证技术。所述VPN电路模块系指实现虚拟专用网络通信的电路模块。

所述E1通信电路模块20设置有一对以上的数据接收口和数据发送口，用于E1通信信号的收发。其中，一条E1是2.048M的链路，用PCM编码；一个E1的帧长为256个bit,分为32个时隙，一个时隙为8个bit。每秒有8k个E1的帧通过接口，即8K*256＝2048kbps。每个时隙在E1帧中占8bit，8*8k＝64k，即一条E1中含有32个64K。

所述WIFI通信电路模块50用于WIFI通信信号的收发。所述WIFI是一种允许电子设备连接到一个无线局域网(WLAN)的技术，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM射频频段。连接到无线局域网通常是有密码保护的；但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。

所述交换电路模块分别与VPN电路模块、E1通信电路模块、无线自组网电路模块以及WIFI通信电路模块连接，即无线自组网电路模块通过交换电路模块分别与VPN电路模块、E1通信电路模块以及WIFI通信电路模块连接。交换电路模块用于E1通信电路模块、WIFI通信电路模块、VPN电路模块与自组网电路模块之间的IP数据交换。

在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。HUB集线器就是一种共享设备，HUB集线器本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。在这种工作方式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽。而在本实施方式中，通过交换电路模块可将VPN电路模块、E1通信电路模块以及WIFI通信电路模块的IP数据传输给无线自组网电路模块，以及将无线自组网电路模块的IP数据传输给VPN电路模块、E1通信电路模块以及WIFI通信电路模块。

所述无线自组网电路模块70用于与其他自组网通信装置建立通信网络以及IP数据交换。自组网是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，网络的信息交换采用计算机网络中的分组交换机制，用户终端是可以移动的便携式终端，自组网中每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。自组网路由协议的目标是快速、准确和高效，要求在尽可能短的时间内查找到准确可用的路由信息，并能适应网络拓扑的快速变化，同时减小引入的额外时延和维护路由的控制信息，降低路由协议的开销，以满足移动终端计算能力、储存空间以及电源等方面的限制。

无线自组网电路模块包括有Mesh模块、接收天线、发射天线以及功率放大电路，接收天线用于信号接收，发射天线用于信号发射，功率放大电路连接于收天线和发射天线，用于信号的功率放大。所述Mesh模块用于组建Mesh网络，所述Mesh网络即“无线网格网络”，它是一个无线多跳网络，是由ad hoc网络发展而来，无线Mesh是面向基于IP接入的新型无线移动通信技术，适合于区域环境覆盖和宽带高速无线接入。无线Mesh网络基于呈网状分布的众多无线接入点间的相互合作和协同，具有宽带高速和高频谱效率的优势，具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点无线Mesh可以与其它网络协同通信。无线Mesh网络分为单频Mesh组网和双频Mesh组网。

Mesh模块具有自动配置能力，当网络节点启动后，该节点内的各模块互相自动发现并且自动确定各自的工作模式、智能扫描信道等功能，无需进行每个设备的手工配置。当网络中一个或者多个新加入的节点时，系统也可以自动发现新节点，通过管理界面对节点进行Mesh组网授权后，新节点会自动下载配置。Mesh系统自动配置和自动发现的能力降低了网络部署和管理运维的工作负荷。

无线网络连接建立后形成Mesh结构，每个网络节点以一定的时间间隔不断的执行决策算法。每个节点具有的分布式智能以信号强度和网络性能为指标，在多条无线链路中选取最优路径路由流量，并且不断动态调整数据路径，限制了广播并且消除了瓶颈。这保证了任何由于网络单元被增加或是移除导致的网络拓扑变化都可以立即被检测到并进行相关的措施，保证网络总是处于最优的性能和运行状态。这样，无线自组网具备了以下两个自组网特性:

Self-tuning性能自我调节；

Self-Healing链路自动修复；

请参阅图1a和图1b，在故障发生前，Mesh网络节点保持主链路、备选链路的信息，并且不断的动态的更新链路信息列表；当网络中的某一点由于供电、损毁等原因出现故障，其他周边设备会迅速的在备选链路表中，选取具有最优参数的备选链路作为主链路；Mesh系统的SMFR(Scalable Mesh Fast Re-route)算法提供迅速的链路修复，在毫秒级别即完成主备链路的切换，整个过程对于网络中的最终用户都是透明的，不会造成用户的数据、语音或视频等应用的中断。

在实施方式中，所述VPN电路模块通过所述光纤交换模块以及其上所设置的光纤接口与光纤连接。所述E1通信电路模块以及WIFI通信电路模块与交换电路模块之间的连接，以及无线自组网电路模块与交换电路模块的连接，是属于三层网络连接，VPN电路模块与交换电路模块之间的连接也是属于三层网络连接(即网络层连接)，而光纤交换模块与VPN电路模块之间的连接属于二层网络连接(即数据链路层连接)。在现有技术中，光纤与VPN电路模块之间无法实现三层网络连接，因此无法实现数据透传；而在本技术方案中，光纤通过光纤交换模块与VPN电路模块连接，光纤与光纤交换模块实现二层网络，光纤交换模块与VPN电路模块实现三层网络的连接，从而可实现数据的透传。所述透传即是透明传送，也就是传送网络不管传输的业务如何，只负责将需要传送的业务传送到目的节点，同时保证传输的质量即可，而不对传输的业务进行处理。假设有数据s要通过一个网络，这个网络的入口为a，出口为b，数据s到达a处，由a负责对s进行封装，比如s是ip数据，a就用二层格式进行封装，在整个网络中，都是利用二层进行传输，到了出口b，再把封装解开，还原成s本来的ip结构。对于s来说，通过这个网络，没有改变它的任何结构和数据，因此对于s，这个通过的网络是“透明”的，这就是透传。

其中上述二层网络连接和三层网络连接，是根据七层网络协议中将网络连接划分成七个网络层，由顶层至底层依次为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层以及物理层。

应用层是与其它计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。例如，一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码，从事字处理工作的程序员也不关心OSI的第7层。但是，如果添加了一个传输文件的选项，那么字处理器的程序员就需要实现OSI的第7层。示例:telnet，HTTP，FTP，NFS，SMTP等。

表示层的主要功能是定义数据格式及加密。例如，FTP允许你选择以二进制或ASCII格式传输。如果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择ASCII格式，发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASCII后发送数据。在接收方将标准的ASCII转换成接收方计算机的字符集。示例：加密，ASCII等。

会话层定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向消息的控制和管理，以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用，从而使表示层看到的数据是连续的，在某些情况下，如果表示层收到了所有的数据，则用数据代表表示层。示例：RPC，SQL等。

传输层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。

网络层对端到端的包传输进行定义，它定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例：IP，IPX等。

数据链路层定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的各种介质有关。示例：ATM，FDDI等。

物理层规范是有关传输介质的特性标准，这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、帧、帧的使用、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例:Rj45，802.3等。

在本实施方式中，所述自组网通信装置包括有交换电路模块、VPN电路模块、E1通信电路模块、无线自组网电路模块以及WIFI通信电路模块，通过无线自组网电路模块可与其他自组网设备或通信基站建立自组网络；通过交换电路模块可实现VPN电路模块、E1通信电路模块以及WIFI通信电路模块，与无线自组网电路模块之间的IP数据交换，通过无线自组网电路模块所组建的自组网络可进行不同自组网通信装置间的数据传输。该自组网通信装置在实现无线链路两端设备之间IP互通的基础上，采用TDM over Ethernet技术实现链路传输仿真，提供E1电路接口实现2G基站传输代通。同时，再通过光电转换技术，将电路通信转换成光路通信，提供GE光口实现4G基站的传输。从而可以有效的实现2G、4G基站在传输光缆中断时，迅速进行应急部署，实现有线光缆传输的链路代通。

请参阅图1c～图1e，一实施方式公开了一种通信系统，该通信系统包括两个以上的自组网通信装置，其中，所述自组网通信装置为以上实施方式中所述的自组网通信装置，不同自组网通信装置之间无线通信连接组成通信网络。所述通信系统通过所组建的自组网可实现包含E1通信、光路传输以及音视频调度指挥传输，在图1e所示的音视频调度指挥传输中手机设定固定IP，通过WIFI通信电路接入自组网通信装置，组成现场音视频临时指挥系统。

请参阅图2，在一实施方式中，所述自组网通信装置的电源电路模块可有两种不同的电源输入，一种是AC220V电源，另一种是DC48V电源，其中AC220V电源常用的市电，而DC48V电源则是通信机房内使用的电源，因此通过设置两种不现的输入电源，可该自组网通信装置在其中一电源停电的情况下仍然可选用另一电源供电。所述电源电路模块还具有多种不同电压的直流电源输出，以供应不同通信电路的供电需求。

自组网通信装置的电源电路模块包括电流输入口、整流电路、变压电路、锂电池组和电流输出口。

其中，所述电流输入口为AC/DC电源接口，即在一个电流输入口内设置了多个接插口，其中一些接插口用于直流电输入，另外一种接插口用于交流电输入，从而使其可同时可接入AC220V和DC48V两种电源输入。优选的，所述电流输入口为航空接头。所述电流输出口连接于自组网通信装置内不同的电路模块，用于为其供电，由于不同的电路模块的电压是不同的，因此所述电流输出口包括DC48V、DC12V和DC5V电流输出口。

所述整流电路的输入端连接于电流输入口中AC220V电源，输出端连接于变压电路，电流输入口中DC48V电源可直接连接于变压电路，整流电路用于将AC220V电流整流成直流电流。通过在整流电路前还会设置交流变压器，先将AC220V电源降压成电压较低的交流电，然后再进行整流。

变压电路的输入端分别连接于电流输入口的DC48V电源和变压电路的输出端，输出端为所述电流输出口。为了实现不同的直流电压输出，所述变压电路包括两个以上不同输出电压的变压芯片，用于改变电流电压值，每一个变压芯片对应一个电压值，其中，每个变压芯片的输入值具有较大的范围，而其输出值确是固定的。在本实施方式中，至少具有输出电压为DC48V、DC12V和DC5V的三个变压芯片，其中，DC48V、DC12V和DC5V三个变压芯片的输入端输出端依次串联。

所述锂电池为备用电池，用于在输入电源断电时为自组网通信装置供电，锂电连接于DC48V电源或整流电路与变压电路之间，因此通过DC48V电源或AC220V电源可对锂电池进行充电，当电源断电时则可通过锂电池供电。在锂电池的输入端设置有充电保护电路，用于对锂电池进行充电保护。

如图3所示，在一实施方式中，所述自组网通信装置的电源电路模块还设置有第一开关和第二开关；其中，所述第一开关为图3中的设备总开关，串联于电源输出端干线上，用于控制整个自组网通信装置与电源电路模块的连接，当第一开关断开时，自组网通信装置就断电关机。

所述第二开关设置于VPN电路模块的电源输入端，用于控制VPN电路模块的电源接入，为图3中的光口部分节能开关，通过第二开关可控制VPN电路模块是否工作。在一些情况下，并不是自组网通信装置内所有的通信电路模块都需要，因此通过设置第二开关可关闭一些电路模块，从而降低整体的功耗。在本实施方式中，所述第二开关设置于VPN电路模块的电源输入端，而在一些实施方式中，第二开关可以设置于WIFI通信电路模块或E1通信电路模块上。

如图4至图6所示，所述自组网通信装置壳体包括有下盖101和上盖102；上盖102铰接于下盖101上，并可绕铰接轴开启或关闭，所述电路设置于上盖与下盖所围成的空间内，所述壳体可以为PVC材质。

具体的，所述电源电路模块40、交换电路模块60、VPN电路模块30、E1通信电路模块20、以及WIFI通信电路模块50设置于下盖内，所述无线自组网电路模块70设置于上盖内。所述电源电路模块40和WIFI通信电路模块50设置于下盖的侧壁上，电源电路模块40中的锂电池组设置于上盖内；所述交换电路模块、E1通信电路模块、VPN电路模块下盖的底部向上依次层叠设置。

光纤交换模块310设置于VPN电路模块30的电路板的侧面，E1通信电路模块20的侧面设置有与E1网络连接的E1转换板220，无线自组网电路模块的功率放大电路710设置于无线自组网电路模块电路板外。

为了保证上盖与下盖配合的密封性，在盖与下盖的拼接处设置有防水密封圈。

该自组网通信装置可应用于通信中断应急抢修、无线应急指挥通信、抢险救灾应急指挥通信等多种不同的应用场景。

如图7所示，为该自组网通信装置应用于通信中断应急抢修中的示意图。在台风、泥石流等自然灾害发生运营商光纤中断导致传输链路故障，基站成为信息孤岛时，抢修环境复杂，无法快速完成修复，可该自组网通信装置搭建无线传输通道，完成应急抢修，保障正常的通信。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。