专利名称：基于电力线载波通信的地下Wi-Fi通信系统的制作方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，特别涉及一种基于电力线载波通信的地下W1-Fi通信系统，可用于矿井等地下场所的高速通信，实现地下与地上的实时通信。
背景技术：
电力线载波Power Line Carrier-PLC是电力系统特有的通信方式，电力线载波通信是指利用现有的电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大的特点是不用重新架设网络，只要有电线，就能够进行数据传输。W1-Fi英文全称为wireless fidelity,指“无线相容性认证”,同时也是一种无线连网的技术，以前电脑通过网线连接网络，现在可以通过无线电波来连网，普通W1-Fi在空旷地区覆盖范围可达50米。DD-WRT是一种可用于某些无线路由器的非商业的第三方固件。它功能强大，具有友好的Web管理和配置界面，可以提供很多“原版”路由器不支持的功能，如流量管理、接入控制、调整无线发射功率等。定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围的辐射，也就是平常所说的有方向性。定向天线在通信系统中一般应用于通信距离远、频带利用率高的环境。原有地下通信系统以光纤为网络骨干，在其基础之上扩展网络节点或者W1-Fi节点。有人尝试的地下W1-Fi系统大都沿袭普通商用或者家用W1-Fi接入点，就地下的具体环境缺乏深入定制，使得W1-Fi通信距离很短。需要每隔10到20米就对光纤进行熔接，安装十分麻烦，维护也是困难重重。下面选取几种现有技术中典型的地下通信系统，对它们所存在的缺点进行具体说明。专利号为201010288660.6的中国发明专利“地下通信系统”每隔5到IOm就要部署一个定制插座，每当用户需要通信时，用户需将输入输出设备与他最接近的插座相配合，以实现地上与地下的有线通信。此系统没有实现地下与地上的无线通信。随着通信的发展和移动终端的广泛应用，如何更好地实现地下与地上无线通信是当前的一个研究热点。专利号为91100496.3的中国发明专利“地下通道通信方法及设备”采用端站和中继站的方式来实现长距离通信，当距离很长时需设置多个中继站，就地下的具体环境缺乏深入定制，而且移动终端接入网络时没有进行认证，安全性较低。专利号为200610098097.X的中国发明专利“地下通信电缆远程监控系统及其监控方法”只是将充气机的运行状态和告警信息以及地下电缆各个监测点的气压信号及时回传，没有考虑地下移动终端和地上设备的实时通信。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点，提出一种基于电力线载波通信的地下W1-Fi通信系统，以实现地下高速通信。为实现上述目的:本发明包括:专用电力线载波模块、地下定制W1-Fi模块、地下移动终端、管理服务器，应用电脑，其中:专用电力线载波模块，包括电力线载波芯片、以太网物理层模块，该电力线载波芯片用于对数据进行OFDM调制或解调并进行数模转换，通过耦合变压器与电力线之间互相传输数据；该以太网物理层模块用于完成电力线载波芯片INT5200与以太网接口 RJ45间的有效连接。地下定制W1-Fi模块，包括DD-WRT路由器和平板天线，该DD-WRT路由器用于实现移动终端通过W1-Fi接入网络并实现网络接入认证；该平板天线用于实现天线的定向，延长通信距离，增强抗干扰性。地下移动终端，包括依靠W1-Fi通信的手机和笔记本电脑等便携式终端，这些终端设备安装有特定的软件来检测当前最优的W1-Fi接入点接入网络，以实现在不同接入点间的平滑切换，保持移动过程中通信的连续性，并和地上通信设备通信。管理服务器，用于对接入网络的设备进行认证，防止非法用户接入网络。应用电脑，用于与地下移动终端通信，监控地下实况，并对数据进行记录。所述的电力线载波芯片包括I/O接口、MAC模块、PHY模块、ADC和DAC模块、BPF模块，该I/o接口用于与以太网物理层模块连接实现数据的收发，该MAC模块用于传输以太网数据包，该PHY模块用于对数据流进行OFDM调制并进行传输，该ADC和DAC用于实现模拟信号和数字信号的相互转换，该BPF模块用于对信号进行带通滤波防止对其他部分产生干扰。所述的以太网物理层模块包括以太网控制器KS8721SL、隔离变压器和RJ45接口，该以太网控制器KS872ISL用于与INT5200连接通过MII和RMII实现数据的收发，该隔离变压器用于实现RJ45接口和KS8721SL之间的数据传输，并起到良好的电磁隔离作用，该RJ45接口用于连接地上主机设备。所述的DD-WRT路由器包括交换机芯片、MCU、无线网模块、FLASH模块、RAM模块，该交换机芯片用于实现LAN 口和WAN 口与MCU的连接，该MCU用于从FLASH中读取程序和配置数据进行初始化、控制交换机芯片和无线网模块，该无线网模块用于连接天线和MCU以实现无线通信，该FLASH模块用于存储数据，该RAM模块用于为程序运行和数据处理提供临时存储空间。此DD-WRT路由器经过修改DD-WRT固件已具备接入控制的功能。所述的平板天线是针对地下环境设计的PCB定向天线，用于实现天线的定向、延长通信距离。本发明基于电力线载波通信技术和W1-Fi无线通信技术之上，利用现有地下电力线，通过载波方式高速传输模拟或数字信号。由于使用坚固可靠的电力线作为载波信号的传输介质，因此具有信息传输稳定可靠、路由合理等特点。此处的W1-Fi通信采用设计的PCB定向天线和针对地下高湿复杂衰减环境的优化通信协议，延长了通信距离，可获得稳定的通信速率，而且抗高湿复杂衰减性能强。另外，此处的DD-WRT路由器经过设计具备接入认证控制的功能，对于想要通过其接入网络的用户，将其信息转交至服务器，核实其是否具有接入网络的权力，防止非法用户通过其接入网络。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明的整体结构拓扑图；图2是本发明中的专用电力线载波模块结构图；图3是本发明中的INT5200耦合电路原理图；图4是本发明中的地下定制W1-Fi模块结构框图；图5是本发明中的DD-WRT路由器结构图；图6是本发明中的PCB定向天线结构图。
具体实施例方式参照图1，本发明主要由专用电力线载波模块、地下定制W1-Fi模块、地下移动终端、管理服务器和应用电脑组成。专用电力线载波模块用于管理区光纤或双绞线网络与地下的电力线相连，调制解调两边信号；地下定制W1-Fi模块用于作为地下专用的基于电力线载波通信的W1-Fi接入点；地下移动终端用于与地上设备通信，将地下实况反映给地上设备；管理服务器用于对接入网络的用户进行认证，核实其是否具有接入网络的权力；应用电脑用于与地下移动终端通信，监控地下实况，并进行记录。参照图2，专用电力线载波模块由电力线载波芯片、以太网物理层模块组成。网络设备发来的数据由RJ45接口，经过隔离变压器传输给以太网控制器KS8721SL。该隔离变压器主要将以太网控制器和局域网间的连接隔离，其内部有扼流圈可以消除共模信号，减少由共模干扰造成的信号错误。在KS8721SL中，曼彻斯特编码的数据流被分离成为时钟信号和NRZ信号，并通过串并变换将其转换成为四位的并行数据输出给INT5200，数据在INT5200中进行OFDM调制，然后对OFDM信号进行10位DAC变换将数字信号变换成模拟信号，接下来采用带通滤波器对信号进行滤波，防止对其它部分产生干扰，然后经过自动增益放大电路将信号放大到适合在电力线上传输的幅度，经过耦合变压器将调制的信号耦合到电力线上发送出去。反过来，从`电力线接收过来的OFDM信号经过耦合变压器传输给INT5200, INT5200对其进行相关的转换及解调处理后传输给以太网控制器KS8721SL，以太网控制器最终将其转换好的信号通过RJ45接口送至网络设备。参照图3，INT5200和电力线之间通过耦合变压器实现数据的传输，信号耦合变压器的前端连同C213组成一个高通滤波器，它将削弱低频的电力线电压信号，而让高频的通信信号通过。当移走电源时，R200和R208将用于消耗仍然集结在C213两端的电荷。参照图4，地下定制W1-Fi模块由DD-WRT路由器和平板天线组成。DD-WRT路由器采用的型号是wrt54g，但不局限于此型号，只要能支持DD-WRT的路由器都可以，经过修改DD-WRT固件已使其具备接入控制功能，若有用户想要通过其接入网络，则其将用户信息转交至服务器处进行核实，看其是否具有接入网络的权力；该平板天线用于实现天线的定向，延长通信距离，增强抗干扰性。参照图5，DD-WRT路由器由交换机芯片、MCU、无线网模块、FLASH模块、RAM模块组成。MCU通过系统总线连接FLASH和RAM，路由器上电后，MCU从FLASH中读取程序和配置数据进行初始化，RAM为程序运行和数据处理提供临时存储空间。MCU通过交换机芯片控制LAN 口和WAN 口，来实现局域网和广域网之间的通信，通过控制无线网模块来实现无线通 目。参照图6，PCB定向天线针对地下的环境而设计，将路由器原来的天线拆掉，并把PCB定向天线的馈线连接到路由器上，这样便可实现天线的定向，把信号集中传输到指定的方向，在这个方向上可以达到很满意的接收信号强度，延长了通信距离，增强了抗干扰性。
权利要求
1.一种基于电力线载波通信的地下W1-Fi通信系统，，包括:专用电力线载波模块、地下定制W1-Fi模块、地下移动终端、管理服务器，应用电脑，其特征在于:地下移动终端通过地下定制W1-Fi接入网络，并通过电力线载波通信实现与地上设备的通信，其中专用电力线载波模块用于实现网络设备和电力线的相连，调制解调两边信号。在移动终端移动的过程中，其不断检测当前最优的W1-Fi接入点并接入，以实现不同接入点间的平滑切换，保持移动过程中通信的连续性。
2.根据权利要求1所述的地下电力线载波W1-Fi通信系统，其特征在于:地下定制W1-Fi模块采用DD-WRT路由器，经过修改DD-WRT固件使路由器具备接入控制的功能，防止非法用户访问网络，而且路由器的天线采用PCB定向天线，用于实现天线的定向、延长通信距离。
全文摘要
本发明公开了一种基于电力线载波通信的地下Wi-Fi通信系统，它属于通信技术领域。其包括专用电力线载波模块、地下定制Wi-Fi模块、地下移动终端、管理服务器，应用电脑，专用电力线载波模块用于实现网络设备与电力线相连，调制解调两边信号；地下移动终端在移动过程中检测当前最优的Wi-Fi接入点接入网络，以实现在不同接入点间的平滑切换，保持移动过程中通信的连续性，并通过电力线载波通信与地上的应用电脑进行通信，将地下的实况反映至地上；DD-WRT路由器经过修改DD-WRT固件已具备接入控制功能，将通过其接入网络的用户信息转交至管理服务器进行认证，核实其是否具有接入网络的权力。本发明有效地利用电力线载波通信、Wi-Fi通信及DD-WRT固件和PCB定向天线，且具有通信距离长、通信速率高、抗干扰能力强、抗高湿复杂衰减性能强、安全性高的优点，可用于实现矿井等地下场所的移动监控、可视或语音电话的功能。
文档编号H04B3/54GK103078664SQ201210548708
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者刘乃安, 孙海建, 冀琼, 田刚旗, 尚渭萍, 李竹杨, 张龙, 王卓, 傅灵忠, 柳娜 申请人:刘乃安