地下矿山安全系统的制作方法
地下矿山安全系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地下矿山安全系统及其所采用的网络。
【背景技术】
[0002] 随着地下矿山安全六大系统在国内的应用推广，地下矿山安全网络建设引发了技 术专家们的讨论。地下矿山网络不同于地面网络，地面网络空间开阔，基站覆盖范围大，在 地面建立通信基站的方式就能够覆盖大部分地域。矿山地下空间有限，多是平巷，竖井和斜 坡道，平巷尺寸有限，弯道多，要求通信节点数也相对增多，节点的通信范围有限。
[0003] 安全六大系统中搭建的矿山安全网络，存在着诸多问题。矿山井巷的不规则性，导 致矿山网络存在着很多的盲点和死角；另外，在矿山掘进过程中，随着掘进距离的延长，矿 山网络如果不能快速覆盖到掘进工作面，人员寻找仍然不能通过矿山网络完成；而是从井 上派人到井底寻找工作人员，费时费力。已有的矿山安全网络没有大幅度提高矿山的安全 生产效率。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种地下矿山安全系统，能大幅度提高地下矿 山通信范围和通信效率，从而大幅度提高矿山的安全生产效率。
[0005] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是： 地下矿山安全系统，包括地面主控中也、地下监控分站、网络通信设备、环境监测设备 和人员监控设备，所述地面主控中也通过TCP^P网络连接地下监控分站，所述地下监控分 站通过ubiquitous网络连接所述网络通信设备，所述网络通信设备通过ubiquitous网络 连接所述环境监测设备和人员监控设备。
[0006] 本发明的安全系统连接多种感知设备，包括气体传感器，温度传感器，湿度传感 器，地压传感器，通风风速传感器，对矿山环境和人员物品进行监控，并且提供呼叫和报警 功能，在地下金属矿山布线，主干网络采用有线通信，RFID感知设备采用无线通信，气体传 感器设备采用无线通信，地压传感器采用无线通信，部分传感器采用ubiquitous网络的有 线通信，连接ubiquitous网络的多接口控制器，满足矿山空间狭小，地形复杂并且通信距 离长的通信要求。
[0007] 进一步地，所述ubiquitous网络采用有线网络通信配合无线网络通信的方式进 行布线，所述有线网络采用RS485网络，所述无线网络通信采用无线终端节点和sink节点 进行通信。
[0008] 进一步地，所述网络通信设备包括网络交换机、集中器、无线访问sink节点、 无线终端节点，所述网络交换机、集中器、无线访问sink节点、无线终端节点之间通过 ubiquitous网络建立通信。
[0009] 进一步地，所述环境监测设备包括地压检测传感器、温度湿度传感器、设备开停传 感器、气体监测传感器、通风风速传感器。
[0010] 进一步地，所述人员监控设备包括RFID标签和RFID读卡器。
[0011] 本发明的有益效果是：本发明的地下矿山安全系统符合矿山安全生产标准，让矿 山安全系统从无到有，纠正矿山管理者不重视矿山安全管理的现状。本发明的地下矿山的 网络建设采用有线通信配合无线节点的方式可W覆盖更多的区域，矿山安全网络建立W 后，可W监控各个环节的安全状况，监控安全避难洞石、地下油库、地下变电所、爆破器材 室、设备管理所等，跟踪人员和物品的移动履历，发生事故后，及时向井下工作人员指示避 难位置，向搜救队伍提供井下工作人员的位置和状况信息，改善安全管理现状，应用本发明 的安全系统对地下矿山进行监管后，可W在不增加安全管理人员的情况下，对各个安全监 控点进行实时监控，减少安全管理人员的无效移动距离，实现对矿山安全的全面细致的监 控。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明的ubiquitous网络的系统构成图。
[0013] 图2为本发明的网络的地面服务器构成图。
[0014] 图3为本发明的ubiquitous网络和RS485网络的连接示意图。
[0015] 图4为无线节点网络送信和受信的示意图。
【具体实施方式】
[0016] 本发明的包括地面主控中也1、地下监控分站2、网络通信设备、环境监测设备和 人员监控设备，地面主控中也1通过TCP^P网络连接地下监控分站2。地下监控分站通过 ubiquitous网络连接网络通信设备，网络通信设备通过ubiquitous网络连接环境监测设 备和人员监控设备。
[0017] 网络通信设备包括网络交换机3、集中器4、无线访问sink节点5、无线终端节点 6,网络交换机3、集中器4、sink节点5W及无线终端节点6之间通过ubiquitous网络连 接并建立通信，环境监测设备包括地压检测传感器7、温度湿度传感器8、设备开停传感器 9、气体监测传感器10、通风风速传感器11，集中器4通过ubiquitous网络与地压检测传感 器7、温度湿度传感器8、设备开停传感器9、气体监测传感器10、通风风速传感器11该些环 境监测设备之间建立连接并进行通信，人员监控设备包括RFID标签12和RFID读卡器13， RFID标签和RFID读卡器之间通过无线通信建立连接，RFID读卡器13通过ubiquitous网 络连接集中器4并能够通过集中器4与地下监控分站2和地面主控中也1联络并接收和发 送信息，从而对RFID标签12进行监控，也即对地下矿山工作人员和物品进行监控，确保安 全。
[0018]ubiquitous网络采用有线网络和无线网络相结合的综合布线方式。化iquitous 的本意是无论何时无论何地无论何人都能接入网络的意思，ubiquitousnetwork framework是ubiquitous网络设备的开发平台，包括ubiqiutousKernel(开源代码），网 络协议找，W及其他的周边协议群。主要应用在嵌入式设备开发。应用领域包括网络计算 环境（LTE，FemtoCell,Wimax，动画，内容);家庭计算环境(智能家电，复合家电，P0S机，智 能空调）;终端设备计算环境(智能手机，功能手机，智能手持式设备）;汽车计算环境（电动汽 车，汽车导航仪，汽车音响)。本申请附有自己的网络协议找代码。该网络结构应用在嵌入 式开发，为嵌入式设备在有限的RAM/ROM容量，有限的CPU性能的网络开发环境提供开发平 台。在本发明中，中也控制主机和地下监控分站采用TCP^P网络通信，地下监控分站和交 换机，交换机和集线器，交换机和无线访问点，集线器和各个感知设备之间采用ubiquitous 网络架构通信，人员物品定位系统采用自有的RFID感知设备，ubiquitous网络系统总体构 成图参见图1。
[0019]ubiquitous网络采用有线网络通信配合无线网络通信的方式进行布线，有线网络 采用RS485网络，无线网络通信采用无线终端节点和sink节点进行通信。
[0020] 无线终端节点和sink节点之间的通信要通过中间节点的转接和路由，无线节点 是使用电源供电的设备，为了延长设备的使用寿命，需要减少发送兀余报文来节省通信过 程的电力消耗。如下H个原则可W减少数据通信量： (1) 节点根据距离sink节点（有源网络节点）的跳数分层，丢弃同层节点的消息； (2) 终端节点主动发送的握手报文采用短报文； (3) 目的地址明确的数据报文采用长报文，避免长报文的多径传输。
[0021] 无线节点注册的通信过程如下： 1)无线节点初始状态的节点跳数为OxFF，路由表为空。
[002引 2)节点向邻居节点发送Negotiation握手报文，附加自己的跳数值OxFF。
[0023] 3)邻居节点接收到握手报文后，比较握手报文内的跳数和自己的跳数值，若小于 等于自己的跳数值，丢弃该报文，不做应答。若大于自己的跳数值，发送应答报文告诉自己 的跳数值。
[0024] 4)节点在超时时间段内没有接收到应答报文(其他节点的跳数值为OxFF或该节 点处在信息孤岛），退避一个时间段，然后重新发送Negotiation握手报文。返回步骤3。
[0025] 5)节点在超时时间段内若接收到多个应答报文，比较所有应答报文的跳数值，选 择其中最小跳数值加1作为自己的跳数值保存到RAM,同时把跳数值最小报文的地址保存 到自己的上向路由表中作为主上向路由地址；若跳数值最小报文有两个 或两个W上，依据 RSSI或者电池电量等参数确定主上向路由地址和备份上向路由地址。
[0026] 6)节点向上层节点发送数据报文，通告自己的跳数值和位置信息，上层节点在收 到下层节点的数据报文后，把自己的节点地址和跳数值附加到该报文，查询上向路由表传 送消息给上层节点，一直传递到sink节点。Sink保存该节点的地址，跳数信息和按照跳数 分配的路由信息，完成节点的登记注册。
[0027] 7)sink节点传送所有节点信息给地表服务器，注册登记sink节点下属节点的地 址，路由信息到地面中也服务器。
[002引节点查询报文通信过程如下： 1)sink节点查找目标节点的路由信息，组织查询报文。
[0029] 2)sink节点生成发送给目标节点的报文，源地址是sink节点地址，目标地址是要 查询节点地址，数据正文包含该节点的分层路由信息。Sink节点发送该报文给第1层节点。
[0030] 3)第一层节点受到该报文后分析路由信息，找到该路由信息包含的第2层节点， 向该节点转送该报文，依次执行，直到该报文传递到目标节点，完成查询操作的报文通信。
[0031] 终端节点的查询应答如下： 1)终端节点组织应答保温，目标地址是sink节点地址，源地址是该终端节点地址。
[0032] 2)终端节点查询上向路由表，向上向路由节点发送该报文。
[0033] 3)上向路由节点查找自己的上向路由表，向更上层的中间节点传送该报文，直到 保温达到sink节点。
[0034] 终端节点状态信息传递如下： 1)终端节点组织状态信息保温，目标地址是sink节点地址，源地址是该终端节点地 址。
[00巧]2)终端节点查询上向路由表，向上向路由节点发送该报文。
[0036] 3)上向路由节点查找自己的上向路由表，向更上层的中间节点传送该报文，直到 保温达到sink节点。
[0037] sink节点的状态信息应答如下： 1)sink节点查找目标节点的路由信息，组织状态应答报文。
[0038] 2)sink节点生成发送给目标节点的报文，源地址是sink节点地址，目标地址是要 查询节点地址，数据正文包含该节点的分层路由信息。Sink节点发送该报文给第1层节点。
[0039] 3)第一层节点受到该报文后分析路由信息，找到该路由信息包含的第2层节点， 向该节点转送该报文，依次执行，直到该报文传递到目标节点，完成查询操作的报文通信。
[0040] 上述无线通信的通信数据格式包含W下报文格式。
[0041] (1)节点主动发送消息的握手报文Negotiation(用于路由查询）； (2) Sink节点查询节点信息的查询报文I叫uire; (3) 节点状态信息通信报文DATA。
[0042] (4)应答报文ACK。
[0043] Negotiation握手报文格式如下：
一般节点跳数的初始值为OxFF，Sink节点的初始跳数值为0。网络路由完成之后，和sink节点能够直接通信的下层节点的跳数为1，和1层节点直接通信的下层节点跳数为2， 依次类推。
[0044] 握手信息的应答如下：
查询消息一般有sink节点发起，向某一个节点查询其观测到的环境信息。
[004引Sink节点的跳数为0。接收到该报文的节点把跳数值加1之后向跳数值大于自己 的节点继续转发该报文，保存修改后的跳数值。一般节点在收到跳数值大于自己跳数值的 查询报文消息时，丢弃该报文。
[0046] 查询应答方式如下：
无线路由机能采用两个方式节省通信流量。
[0047] 1)无线节点依据距离sink节点的跳数值分层，丢弃同层节点传输的报文。
[0048] 2)无线节点内部维护一个上向路由表(上向路由表保存一个主上层节点和备份上 层节点)，节点之间传输的数据报文传输路径单一。减少兀余报文。
[0049] 无线节点依据和sink节点的通信关系分层管理，和sink节点直接通信的无线节 点被认为处在第一层，其跳数值为1。和跳数值为1的节点直接通信的次级节点为二层节 点，依此类推。从sink节点发送到终端节点的报文根据报文内制定的路由向下分层传递。 无线节点依据跳数和距离其最近的上层节点的通信信号强度RSSI和电池电量建立一个上 向路由表，上向路由表只保存两个上层节点的地址，一个是主上层路由节点，一个是备份上 层路由节点，备份节点不存在时为空。当该终端节点有报文向sink节点传递时，该终端节 点依据上层路由表发送消息给上层主路由节点，该上层主路由节点依据它自己的上层路由 表传送数据给上层路由节点，直到最后传递给sink节点。
[0050]Sink节点保存有所有节点的路由信息表，发送给终端节点报文包括报文的分层路 由信息，接收sink节点报文的中间节点分析报文的路由信息，依据路由信息制定的分层结 构向节点传输报文，直到该应答报文传输到终端节点。终端节点在发送状态信息给sink节 点过程中，若中间节点在超时时间内（节点的通信超时时长按照层数递增）没有收到上层 路由节点的应答，则认为其上层主路由节点损坏或者电源耗尽，若存在备份路由节点，其发 送的消息通过备份路由节点再次发送给sink节点，同时升级该备份路由节点为主上层路 由节点。备份路由不存在时，中间节点在数据报文通信超时后，修改自己的跳数值位OxFF， 发送Negotiation消息给其他节点重新寻找上层路由节点。依次类推，维持整个网络的节 点路由表。路由机能参见图4。
[0051]RS485是有线网络，ubiquitous网络和RS485网络通过有线网络互联。其通信报 文分为化iquitous网络发给RS485网络的查询报文和RS485网络发送给ubiquitous网络 的状态报文W及两类报文的应答报文。
[0052] 1)ubiquitous网络传输给RS485主设备的报文格式如下：
【主权项】
1. 地下矿山安全系统，其特征在于：所述系统包括地面主控中心、地下监控分站、网络 通信设备、环境监测设备和人员监控设备，所述地面主控中心通过TCP/IP网络连接地下监 控分站，所述地下监控分站通过ubiquitous网络连接所述网络通信设备，所述网络通信设 备通过ubiquitous网络连接所述环境监测设备和人员监控设备。2. 如权利要求1所述的地下矿山安全系统，其特征在于：所述ubiquitous网络采用有 线网络通信配合无线网络通信的方式进行布线，所述有线网络采用RS485网络，所述无线 网络通信采用无线终端节点和sink节点进行通信。3. 如权利要求1所述的地下矿山安全系统，其特征在于：所述网络通信设备包括网络 交换机、集中器、无线访问sink节点、无线终端节点，所述网络交换机、集中器、无线访问 sink节点、无线终端节点之间通过ubiquitous网络建立通信。4. 如权利要求1所述的地下矿山安全系统，其特征在于：所述环境监测设备包括地压 检测传感器、温度湿度传感器、设备开停传感器、气体监测传感器、通风风速传感器。5. 如权利要求1所述的地下矿山安全系统，其特征在于：所述人员监控设备包括红外 监控设备、RFID标签和RFID读卡器。
【专利摘要】本发明提供一种地下矿山安全系统，包括地面主控中心、地下监控分站、网络通信设备、环境监测设备和人员监控设备，所述地面主控中心通过TCP/IP网络连接地下监控分站，所述地下监控分站通过ubiquitous网络连接所述网络通信设备，所述网络通信设备通过ubiquitous网络连接所述环境监测设备和人员监控设备。本发明的地下矿山的网络建设采用有线通信配合无线节点的方式可以覆盖更多的区域，矿山安全网络建立以后，可以监控各个环节的安全状况，监控安全避难洞石、地下油库、地下变电所、爆破器材室、设备管理所等，跟踪人员和物品的移动履历，改善安全管理现状。
【IPC分类】H04L29/08, H04L12/28, E21F17/18
【公开号】CN104901854
【申请号】CN201410236216
【发明人】胡名标
【申请人】胡名标
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年5月29日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地下矿山安全系统及其所采用的网络。
【背景技术】
[0002] 随着地下矿山安全六大系统在国内的应用推广，地下矿山安全网络建设引发了技 术专家们的讨论。地下矿山网络不同于地面网络，地面网络空间开阔，基站覆盖范围大，在 地面建立通信基站的方式就能够覆盖大部分地域。矿山地下空间有限，多是平巷，竖井和斜 坡道，平巷尺寸有限，弯道多，要求通信节点数也相对增多，节点的通信范围有限。
[0003] 安全六大系统中搭建的矿山安全网络，存在着诸多问题。矿山井巷的不规则性，导 致矿山网络存在着很多的盲点和死角；另外，在矿山掘进过程中，随着掘进距离的延长，矿 山网络如果不能快速覆盖到掘进工作面，人员寻找仍然不能通过矿山网络完成；而是从井 上派人到井底寻找工作人员，费时费力。已有的矿山安全网络没有大幅度提高矿山的安全 生产效率。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种地下矿山安全系统，能大幅度提高地下矿 山通信范围和通信效率，从而大幅度提高矿山的安全生产效率。
[0005] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是： 地下矿山安全系统，包括地面主控中也、地下监控分站、网络通信设备、环境监测设备 和人员监控设备，所述地面主控中也通过TCP^P网络连接地下监控分站，所述地下监控分 站通过ubiquitous网络连接所述网络通信设备，所述网络通信设备通过ubiquitous网络 连接所述环境监测设备和人员监控设备。
[0006] 本发明的安全系统连接多种感知设备，包括气体传感器，温度传感器，湿度传感 器，地压传感器，通风风速传感器，对矿山环境和人员物品进行监控，并且提供呼叫和报警 功能，在地下金属矿山布线，主干网络采用有线通信，RFID感知设备采用无线通信，气体传 感器设备采用无线通信，地压传感器采用无线通信，部分传感器采用ubiquitous网络的有 线通信，连接ubiquitous网络的多接口控制器，满足矿山空间狭小，地形复杂并且通信距 离长的通信要求。
[0007] 进一步地，所述ubiquitous网络采用有线网络通信配合无线网络通信的方式进 行布线，所述有线网络采用RS485网络，所述无线网络通信采用无线终端节点和sink节点 进行通信。
[0008] 进一步地，所述网络通信设备包括网络交换机、集中器、无线访问sink节点、 无线终端节点，所述网络交换机、集中器、无线访问sink节点、无线终端节点之间通过 ubiquitous网络建立通信。
[0009] 进一步地，所述环境监测设备包括地压检测传感器、温度湿度传感器、设备开停传 感器、气体监测传感器、通风风速传感器。
[0010] 进一步地，所述人员监控设备包括RFID标签和RFID读卡器。
[0011] 本发明的有益效果是：本发明的地下矿山安全系统符合矿山安全生产标准，让矿 山安全系统从无到有，纠正矿山管理者不重视矿山安全管理的现状。本发明的地下矿山的 网络建设采用有线通信配合无线节点的方式可W覆盖更多的区域，矿山安全网络建立W 后，可W监控各个环节的安全状况，监控安全避难洞石、地下油库、地下变电所、爆破器材 室、设备管理所等，跟踪人员和物品的移动履历，发生事故后，及时向井下工作人员指示避 难位置，向搜救队伍提供井下工作人员的位置和状况信息，改善安全管理现状，应用本发明 的安全系统对地下矿山进行监管后，可W在不增加安全管理人员的情况下，对各个安全监 控点进行实时监控，减少安全管理人员的无效移动距离，实现对矿山安全的全面细致的监 控。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明的ubiquitous网络的系统构成图。
[0013] 图2为本发明的网络的地面服务器构成图。
[0014] 图3为本发明的ubiquitous网络和RS485网络的连接示意图。
[0015] 图4为无线节点网络送信和受信的示意图。
【具体实施方式】
[0016] 本发明的包括地面主控中也1、地下监控分站2、网络通信设备、环境监测设备和 人员监控设备，地面主控中也1通过TCP^P网络连接地下监控分站2。地下监控分站通过 ubiquitous网络连接网络通信设备，网络通信设备通过ubiquitous网络连接环境监测设 备和人员监控设备。
[0017] 网络通信设备包括网络交换机3、集中器4、无线访问sink节点5、无线终端节点 6,网络交换机3、集中器4、sink节点5W及无线终端节点6之间通过ubiquitous网络连 接并建立通信，环境监测设备包括地压检测传感器7、温度湿度传感器8、设备开停传感器 9、气体监测传感器10、通风风速传感器11，集中器4通过ubiquitous网络与地压检测传感 器7、温度湿度传感器8、设备开停传感器9、气体监测传感器10、通风风速传感器11该些环 境监测设备之间建立连接并进行通信，人员监控设备包括RFID标签12和RFID读卡器13， RFID标签和RFID读卡器之间通过无线通信建立连接，RFID读卡器13通过ubiquitous网 络连接集中器4并能够通过集中器4与地下监控分站2和地面主控中也1联络并接收和发 送信息，从而对RFID标签12进行监控，也即对地下矿山工作人员和物品进行监控，确保安 全。
[0018]ubiquitous网络采用有线网络和无线网络相结合的综合布线方式。化iquitous 的本意是无论何时无论何地无论何人都能接入网络的意思，ubiquitousnetwork framework是ubiquitous网络设备的开发平台，包括ubiqiutousKernel(开源代码），网 络协议找，W及其他的周边协议群。主要应用在嵌入式设备开发。应用领域包括网络计算 环境（LTE，FemtoCell,Wimax，动画，内容);家庭计算环境(智能家电，复合家电，P0S机，智 能空调）;终端设备计算环境(智能手机，功能手机，智能手持式设备）;汽车计算环境（电动汽 车，汽车导航仪，汽车音响)。本申请附有自己的网络协议找代码。该网络结构应用在嵌入 式开发，为嵌入式设备在有限的RAM/ROM容量，有限的CPU性能的网络开发环境提供开发平 台。在本发明中，中也控制主机和地下监控分站采用TCP^P网络通信，地下监控分站和交 换机，交换机和集线器，交换机和无线访问点，集线器和各个感知设备之间采用ubiquitous 网络架构通信，人员物品定位系统采用自有的RFID感知设备，ubiquitous网络系统总体构 成图参见图1。
[0019]ubiquitous网络采用有线网络通信配合无线网络通信的方式进行布线，有线网络 采用RS485网络，无线网络通信采用无线终端节点和sink节点进行通信。
[0020] 无线终端节点和sink节点之间的通信要通过中间节点的转接和路由，无线节点 是使用电源供电的设备，为了延长设备的使用寿命，需要减少发送兀余报文来节省通信过 程的电力消耗。如下H个原则可W减少数据通信量： (1) 节点根据距离sink节点（有源网络节点）的跳数分层，丢弃同层节点的消息； (2) 终端节点主动发送的握手报文采用短报文； (3) 目的地址明确的数据报文采用长报文，避免长报文的多径传输。
[0021] 无线节点注册的通信过程如下： 1)无线节点初始状态的节点跳数为OxFF，路由表为空。
[002引 2)节点向邻居节点发送Negotiation握手报文，附加自己的跳数值OxFF。
[0023] 3)邻居节点接收到握手报文后，比较握手报文内的跳数和自己的跳数值，若小于 等于自己的跳数值，丢弃该报文，不做应答。若大于自己的跳数值，发送应答报文告诉自己 的跳数值。
[0024] 4)节点在超时时间段内没有接收到应答报文(其他节点的跳数值为OxFF或该节 点处在信息孤岛），退避一个时间段，然后重新发送Negotiation握手报文。返回步骤3。
[0025] 5)节点在超时时间段内若接收到多个应答报文，比较所有应答报文的跳数值，选 择其中最小跳数值加1作为自己的跳数值保存到RAM,同时把跳数值最小报文的地址保存 到自己的上向路由表中作为主上向路由地址；若跳数值最小报文有两个 或两个W上，依据 RSSI或者电池电量等参数确定主上向路由地址和备份上向路由地址。
[0026] 6)节点向上层节点发送数据报文，通告自己的跳数值和位置信息，上层节点在收 到下层节点的数据报文后，把自己的节点地址和跳数值附加到该报文，查询上向路由表传 送消息给上层节点，一直传递到sink节点。Sink保存该节点的地址，跳数信息和按照跳数 分配的路由信息，完成节点的登记注册。
[0027] 7)sink节点传送所有节点信息给地表服务器，注册登记sink节点下属节点的地 址，路由信息到地面中也服务器。
[002引节点查询报文通信过程如下： 1)sink节点查找目标节点的路由信息，组织查询报文。
[0029] 2)sink节点生成发送给目标节点的报文，源地址是sink节点地址，目标地址是要 查询节点地址，数据正文包含该节点的分层路由信息。Sink节点发送该报文给第1层节点。
[0030] 3)第一层节点受到该报文后分析路由信息，找到该路由信息包含的第2层节点， 向该节点转送该报文，依次执行，直到该报文传递到目标节点，完成查询操作的报文通信。
[0031] 终端节点的查询应答如下： 1)终端节点组织应答保温，目标地址是sink节点地址，源地址是该终端节点地址。
[0032] 2)终端节点查询上向路由表，向上向路由节点发送该报文。
[0033] 3)上向路由节点查找自己的上向路由表，向更上层的中间节点传送该报文，直到 保温达到sink节点。
[0034] 终端节点状态信息传递如下： 1)终端节点组织状态信息保温，目标地址是sink节点地址，源地址是该终端节点地 址。
[00巧]2)终端节点查询上向路由表，向上向路由节点发送该报文。
[0036] 3)上向路由节点查找自己的上向路由表，向更上层的中间节点传送该报文，直到 保温达到sink节点。
[0037] sink节点的状态信息应答如下： 1)sink节点查找目标节点的路由信息，组织状态应答报文。
[0038] 2)sink节点生成发送给目标节点的报文，源地址是sink节点地址，目标地址是要 查询节点地址，数据正文包含该节点的分层路由信息。Sink节点发送该报文给第1层节点。
[0039] 3)第一层节点受到该报文后分析路由信息，找到该路由信息包含的第2层节点， 向该节点转送该报文，依次执行，直到该报文传递到目标节点，完成查询操作的报文通信。
[0040] 上述无线通信的通信数据格式包含W下报文格式。
[0041] (1)节点主动发送消息的握手报文Negotiation(用于路由查询）； (2) Sink节点查询节点信息的查询报文I叫uire; (3) 节点状态信息通信报文DATA。
[0042] (4)应答报文ACK。
[0043] Negotiation握手报文格式如下：
一般节点跳数的初始值为OxFF，Sink节点的初始跳数值为0。网络路由完成之后，和sink节点能够直接通信的下层节点的跳数为1，和1层节点直接通信的下层节点跳数为2， 依次类推。
[0044] 握手信息的应答如下：
查询消息一般有sink节点发起，向某一个节点查询其观测到的环境信息。
[004引Sink节点的跳数为0。接收到该报文的节点把跳数值加1之后向跳数值大于自己 的节点继续转发该报文，保存修改后的跳数值。一般节点在收到跳数值大于自己跳数值的 查询报文消息时，丢弃该报文。
[0046] 查询应答方式如下：
无线路由机能采用两个方式节省通信流量。
[0047] 1)无线节点依据距离sink节点的跳数值分层，丢弃同层节点传输的报文。
[0048] 2)无线节点内部维护一个上向路由表(上向路由表保存一个主上层节点和备份上 层节点)，节点之间传输的数据报文传输路径单一。减少兀余报文。
[0049] 无线节点依据和sink节点的通信关系分层管理，和sink节点直接通信的无线节 点被认为处在第一层，其跳数值为1。和跳数值为1的节点直接通信的次级节点为二层节 点，依此类推。从sink节点发送到终端节点的报文根据报文内制定的路由向下分层传递。 无线节点依据跳数和距离其最近的上层节点的通信信号强度RSSI和电池电量建立一个上 向路由表，上向路由表只保存两个上层节点的地址，一个是主上层路由节点，一个是备份上 层路由节点，备份节点不存在时为空。当该终端节点有报文向sink节点传递时，该终端节 点依据上层路由表发送消息给上层主路由节点，该上层主路由节点依据它自己的上层路由 表传送数据给上层路由节点，直到最后传递给sink节点。
[0050]Sink节点保存有所有节点的路由信息表，发送给终端节点报文包括报文的分层路 由信息，接收sink节点报文的中间节点分析报文的路由信息，依据路由信息制定的分层结 构向节点传输报文，直到该应答报文传输到终端节点。终端节点在发送状态信息给sink节 点过程中，若中间节点在超时时间内（节点的通信超时时长按照层数递增）没有收到上层 路由节点的应答，则认为其上层主路由节点损坏或者电源耗尽，若存在备份路由节点，其发 送的消息通过备份路由节点再次发送给sink节点，同时升级该备份路由节点为主上层路 由节点。备份路由不存在时，中间节点在数据报文通信超时后，修改自己的跳数值位OxFF， 发送Negotiation消息给其他节点重新寻找上层路由节点。依次类推，维持整个网络的节 点路由表。路由机能参见图4。
[0051]RS485是有线网络，ubiquitous网络和RS485网络通过有线网络互联。其通信报 文分为化iquitous网络发给RS485网络的查询报文和RS485网络发送给ubiquitous网络 的状态报文W及两类报文的应答报文。
[0052] 1)ubiquitous网络传输给RS485主设备的报文格式如下：
【主权项】
1. 地下矿山安全系统，其特征在于：所述系统包括地面主控中心、地下监控分站、网络 通信设备、环境监测设备和人员监控设备，所述地面主控中心通过TCP/IP网络连接地下监 控分站，所述地下监控分站通过ubiquitous网络连接所述网络通信设备，所述网络通信设 备通过ubiquitous网络连接所述环境监测设备和人员监控设备。2. 如权利要求1所述的地下矿山安全系统，其特征在于：所述ubiquitous网络采用有 线网络通信配合无线网络通信的方式进行布线，所述有线网络采用RS485网络，所述无线 网络通信采用无线终端节点和sink节点进行通信。3. 如权利要求1所述的地下矿山安全系统，其特征在于：所述网络通信设备包括网络 交换机、集中器、无线访问sink节点、无线终端节点，所述网络交换机、集中器、无线访问 sink节点、无线终端节点之间通过ubiquitous网络建立通信。4. 如权利要求1所述的地下矿山安全系统，其特征在于：所述环境监测设备包括地压 检测传感器、温度湿度传感器、设备开停传感器、气体监测传感器、通风风速传感器。5. 如权利要求1所述的地下矿山安全系统，其特征在于：所述人员监控设备包括红外 监控设备、RFID标签和RFID读卡器。
【专利摘要】本发明提供一种地下矿山安全系统，包括地面主控中心、地下监控分站、网络通信设备、环境监测设备和人员监控设备，所述地面主控中心通过TCP/IP网络连接地下监控分站，所述地下监控分站通过ubiquitous网络连接所述网络通信设备，所述网络通信设备通过ubiquitous网络连接所述环境监测设备和人员监控设备。本发明的地下矿山的网络建设采用有线通信配合无线节点的方式可以覆盖更多的区域，矿山安全网络建立以后，可以监控各个环节的安全状况，监控安全避难洞石、地下油库、地下变电所、爆破器材室、设备管理所等，跟踪人员和物品的移动履历，改善安全管理现状。
【IPC分类】H04L29/08, H04L12/28, E21F17/18
【公开号】CN104901854
【申请号】CN201410236216
【发明人】胡名标
【申请人】胡名标
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年5月29日
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