石墨烯傳感器數(shù)據(jù)采集方法和組網(wǎng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石墨烯傳感器數(shù)據(jù)采集方法和組網(wǎng)，包括一個多個節(jié)點的集合，該集合本身包括至少一個多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)(100，200)，在其中兩個鄰近節(jié)點通過無線電波在彼此間傳輸數(shù)據(jù)，其包括至少一個多個節(jié)點的其他網(wǎng)絡(luò)(300，400)，在其中兩個鄰近節(jié)點(311，312，…，31n，411，412，…，41n)在彼此間通過一線纜(321，322，…，32(n-1)，421，422，…，42(n-1))傳輸數(shù)據(jù)，在其中數(shù)據(jù)也被通過無線電波傳輸，所述至少一個其他網(wǎng)絡(luò)形成一個多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明大大降低了大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的維護成本，減少組網(wǎng)的能耗，適用范圍廣。
【專利說明】石墨烯傳感器數(shù)據(jù)采集方法和組網(wǎng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一個由節(jié)點(node)組成的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，其中部分節(jié)點通過無線連接(wireless link)交換數(shù)據(jù)，其他節(jié)點通過有線(wire)或線纜連接(cabled link)交換數(shù)據(jù)。
[0002]本發(fā)明尤其涉及一個石墨烯傳感器數(shù)據(jù)采集方法和組網(wǎng)，其中的節(jié)點由石墨烯傳感器組成。本發(fā)明還涉及一個由通過無線連接和/或有線連接來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的裝置組成的石墨烯氣體傳感器。本發(fā)明尤其應(yīng)用于煤礦安全監(jiān)控領(lǐng)域。在該應(yīng)用領(lǐng)域，布置于礦井下的石墨烯氣體傳感感器被用來接收礦井下各種氣體的成分與指標。對這些氣體的處理使得構(gòu)建一個被探測的礦井安全預(yù)警成為可能。
【背景技術(shù)】
[0003]本領(lǐng)域的技術(shù)人員知悉實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的多個設(shè)備。當該數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)由多個石墨烯傳感器的集合組成時，這些設(shè)備通常由以組的形式一起通過有線或線纜連接至該網(wǎng)絡(luò)的一個“節(jié)點”的傳感器組成。這些節(jié)點通常圍繞一個“集中器(concentrator) ”以組的形式所組織，一組節(jié)點，加上其所圍繞的集中器，構(gòu)成一個子網(wǎng)(subnetwork)，而在該集中器以及該等節(jié)點間的連接同樣是有線連接。該等集中器本地管理節(jié)點的子網(wǎng)，為該等節(jié)點提供能源供應(yīng)并集中數(shù)據(jù)。該等集中器連接于一個本地計算機網(wǎng)絡(luò)，其同樣是一個有線網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)連接于一個中央單元，該中央單元驅(qū)動該集合并記錄該子網(wǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
[0004]這些傳統(tǒng)解決方案被本領(lǐng)域的技術(shù)人員所眾所公知，下面不再詳細描述。這些解決方案具有缺點，即需要數(shù)目眾多的線纜以及相應(yīng)長度的線纜，而線纜難以移動并布置于一個操作點。已經(jīng)提出了通過無線連接(RF)采集數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)，尤其是用于有關(guān)礦井的應(yīng)用，因為這樣的網(wǎng)絡(luò)具有很多優(yōu)點。石墨烯傳感器的無線網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點配備至少一個傳感器。在每個節(jié)點級別所采集的數(shù)據(jù)被以低功率傳輸以便其可以至少到達一個鄰近節(jié)點(neighboring node)，該鄰近節(jié)點作為中繼使得該數(shù)據(jù)可以到達另一個鄰近節(jié)點以此類推直到該數(shù)據(jù)到達目的地，通常是該集中器。該項技術(shù)被稱為多跳技術(shù)(multihoptechnique)。
[0005]從網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點向另一個節(jié)點進行無線通信是困難的，甚至不可能實現(xiàn)。于是，在難以甚至無法通過RF波進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域，該RF波數(shù)據(jù)傳輸被有線傳輸所替代。為了做到這一點，每個數(shù)據(jù)采集設(shè)備都配備有一個自動切換至RF波或線纜中的一個或另一個的系統(tǒng)。為了通過RF波或線纜來傳輸數(shù)據(jù)，有必要實現(xiàn)兩個不同的用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，取決于該等傳輸方式的一個或另一個是否被采用。這樣的必要性特別是與所需要考慮的距離有關(guān)，即可能存在于一數(shù)據(jù)采集設(shè)備和該中央系統(tǒng)之間的距離。而且，這些不同的協(xié)議使用截然不同的硬件裝置。因此，這個設(shè)備提供了一個復(fù)雜的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決以上問題，本發(fā)明提供了一種石墨烯傳感器數(shù)據(jù)采集方法和組網(wǎng)，用于通過無線連接進行數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)，尤其是使用多跳技術(shù)的石墨烯傳感器的無線網(wǎng)絡(luò)必須被改善。這個目標在本發(fā)明的框架下予以實現(xiàn)，一個由節(jié)點的結(jié)合所組成的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，該節(jié)點的集合本身又由至少一個多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)(wireless network)組成，在其中兩個鄰近節(jié)點彼此之間通過無線電波(radio wave)傳輸數(shù)據(jù)，其包括至少一個多個節(jié)點的其他網(wǎng)絡(luò)，在其中兩個鄰近節(jié)點通過一個線纜在彼此間傳輸數(shù)據(jù)，在其中該數(shù)據(jù)也被通過無線電波傳輸，所述至少一個其他網(wǎng)絡(luò)組成一個多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)(cablednetwork)。
[0007]為達到以上目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種石墨烯傳感器數(shù)據(jù)采集方法和組網(wǎng)，包括一個多個節(jié)點的集合，該集合本身包括至少一個多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)(100，200)，在其中兩個鄰近節(jié)點通過無線電波在彼此間傳輸數(shù)據(jù)，其包括至少一個多個節(jié)點的其他網(wǎng)絡(luò)(300，400)，在其中兩個鄰近節(jié)點(311,312, -,31η,411, 412，-,41η)在彼此間通過一線纜(321，322，...，32(η-1)，421，422，…，42 (η_1))傳輸數(shù)據(jù)，在其中數(shù)據(jù)也被通過無線電波傳輸，所述至少一個其他網(wǎng)絡(luò)形成一個多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)。
[0008]本發(fā)明所述至少一個多個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)(100，200)的每個節(jié)點{ (111，112，…，11η)，(211，212，…，21η) }包括至少兩個天線{ (111a，111b)，(112a，112b)，…，(llna，llnb)，(211a，211b)，(212a，212b)，...，(21na，21nb) };分別位于該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)的末端之一的節(jié)點(311)和(31η)是基于一個節(jié)點而形成，該節(jié)點包括至少兩個天線且至少這些天線之一，該天線可以被移除，被分別設(shè)置于一個可以接收一線纜末端(321a)和(32(n-l) b)的固定裝 置之上；該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)(300)的節(jié)點(312)，-,31(n-l))是基于一個節(jié)點而形成，該節(jié)點包括至少兩個天線且至少這些天線中的兩個，該等天線可以被移除，被設(shè)置于可以接收線纜末端(321b，(322a, 322b),…，32 (n_l) a)的各自固定裝置之上；分別地位于該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)(400)的末端之一的節(jié)點(411，41n)是基于一個包括至少兩個天線{ (41 la, 41 lb), (41na,41nb) }以及至少一個可以接收一線纜末端(421a，42(n-l)b)的固定裝置的節(jié)點而形成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明可測定點網(wǎng)絡(luò)。
[0010]圖2為井下感應(yīng)器及無線網(wǎng)絡(luò)。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明一種石墨烯傳感器數(shù)據(jù)采集方法和組網(wǎng)，包括一個多個節(jié)點的集合，該集合本身包括至少一個多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)(100，200)，在其中兩個鄰近節(jié)點通過無線電波在彼此間傳輸數(shù)據(jù)，其包括至少一個多個節(jié)點的其他網(wǎng)絡(luò)(300，400)，在其中兩個鄰近節(jié)點(311，312，-,31η,411, 412，…，41η)在彼此間通過一線纜(321，322，...，32(η_1)，421，422，…，42(η-1))傳輸數(shù)據(jù)，在其中數(shù)據(jù)也被通過無線電波傳輸，所述至少一個其他網(wǎng)絡(luò)形成一個多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)。
[0012]本發(fā)明所述至少一個多個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)(100，200)的每個節(jié)點{ (111，112，…，11η)，(211，212，…，21η) }包括至少兩個天線{ (111a，111b)，(112a，112b)，…，(llna,llnb), (211a，211b)，(212a，212b)，...，(21na，21nb) };分別位于該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)的末端之一的節(jié)點(311)和(31η)是基于一個節(jié)點而形成，該節(jié)點包括至少兩個天線且至少這些天線之一，該天線可以被移除，被分別設(shè)置于一個可以接收一線纜末端(321a)和(32(n-l) b)的固定裝置之上；該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)(300)的節(jié)點(312)，-,31(n-l))是基于一個節(jié)點而形成，該節(jié)點包括至少兩個天線且至少這些天線中的兩個，該等天線可以被移除，被設(shè)置于可以接收線纜末端(321b，(322a, 322b),…，32 (n_l) a)的各自固定裝置之上；分別地位于該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)(400)的末端之一的節(jié)點(411，41n)是基于一個包括至少兩個天線{ (41 la, 41 lb), (41na,41nb) }以及至少一個可以接收一線纜末端(421a，42(n-l)b)的固定裝置的節(jié)點而形成。
[0013]根據(jù)圖1所示，本發(fā)明一種石墨烯傳感器數(shù)據(jù)采集方法和組網(wǎng)，所述網(wǎng)絡(luò)由多個節(jié)點的集合組成，該集合本身至少包括一個多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)100，200，其分別由節(jié)點111，112，-,11η以及211，222，…，21η組成，在其中所述網(wǎng)絡(luò)100，200的兩個鄰近節(jié)點通過RF連接彼此通信。這個節(jié)點的集合也包括至少一個多個節(jié)點的其他網(wǎng)絡(luò)300，其由節(jié)點311，312，…，31η組成，在其中所述網(wǎng)絡(luò)300的兩個連續(xù)節(jié)點通過一個線纜321，322，…，32(η-1)在彼此之間傳輸數(shù)據(jù)，該等線纜組成一個多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)。
[0014]一個多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)100，200由節(jié)點組成，每個節(jié)點分別包括至少兩個天線(111a, 111b), (112a, 112b),…，(llna, llnb)以及(211a，211b)，(212a, 212b),...，(21na,21nb)。
[0015]一個節(jié)點的天線以及該無線網(wǎng)絡(luò)100，200的同樣節(jié)點的天線通過一個連接器(coupler,圖中未示出)電連接，從而在發(fā)送和接收時提供空間分集的同時使得減少所接收到信號消失的可能性成為可能。代替設(shè)于兩個天線間的電連接，根據(jù)本發(fā)明的一個可替換的實施例，可以使用一個天線轉(zhuǎn)換器，其使得在傳輸和接收中選擇兩個天線中的一個或另一個成為可能，從而作為在每個天線上檢測連接質(zhì)量的一個功能。
[0016]該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)300由連續(xù)分布的節(jié)點311，312，…，31(n_l)的集合組成。該等節(jié)點311和31η使得分別在多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)100和多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)300間，以及在多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)200和多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)300間完成中繼成為可能。
[0017]用于在多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)300內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議與用于在多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)100和200內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議相同，即一無線電類型的協(xié)議。在更加普遍的方式中，多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)100，200在節(jié)點間通過無線電波傳輸數(shù)據(jù)。當這些數(shù)據(jù)到達該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)300的輸入端時，一個多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)100，200產(chǎn)生的數(shù)據(jù)仍然通過無線電波傳輸，但現(xiàn)在是在一個線纜內(nèi)傳輸而不是由RF來傳播。在該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通過無線電波進行數(shù)據(jù)傳輸是可能的，因為在該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的兩個鄰近節(jié)點的距離是很短的。
[0018]位于該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)的末端的節(jié)點311和31η都基于一個節(jié)點而形成，該節(jié)點包括至少兩個天線且至少這些天線之一，該天線是可移動的，被裝置于一個可以接收一個線纜末端的固定裝置上。而其他的，除了至少該等天線之一是可以被移除的差別以外，這些節(jié)點311和31η與用于該多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)100和200中的節(jié)點相一致，以便一個線纜可以插入在節(jié)點311，31η內(nèi)提供的固定裝置中。
[0019]該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)300的節(jié)點312至31 (η-1)，對于它們的部分而言，是基于一個節(jié)點而形成，該節(jié)點至少包括兩個天線且至少這些天線中的兩個，該等天線是可移除的，被分別裝配在可以分別接收線纜末端321a，321b, 322a,…，32 (n_2) b，32 (n_l) a，32(n-l)b的固定裝置上。除了該兩個天線以可移除的方式裝配至一個固定裝置上的差別以外，這些節(jié)點312至31(n-l)與用于該多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)100，200內(nèi)的節(jié)點相一致。
[0020]該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)300的連續(xù)節(jié)點311，312，…，31η被通過線纜321，322，…，32 (η-1)分別地成對地一起連接至為該目的提供的固定裝置上，線纜通過它們各自的末端(321a，321b)，322a，".，32(η-2) b，(32 (η_1) a，32 (η_1) b)，而不是天線被固定的。
[0021]對于多個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)100，200，如同多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)300 —樣，一個無線電協(xié)議的使用，在分為兩個連續(xù)的多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)300的節(jié)點的距離是小的范圍內(nèi)是可行的。特別地，對于無線電波的衰減曲線非常適合于短距離上的波導(waveguide)。因此沒有必要提供一個線纜特定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，并且通過同樣的信令來在節(jié)點311和31η的級別提供可以改變數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的特定裝置。
[0022]圖2描述了符合本發(fā)明并根據(jù)一個優(yōu)選實施例實現(xiàn)的一個數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。該數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)由一個多個節(jié)點的集合所組成，該等節(jié)點包括至少一個多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)100，200以及至少一個多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)400。該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)400由一個連續(xù)分布的節(jié)點的集合411，412，…，41 (η-1)，41η組成并被通過線纜421，422，…，42(η_1)成對地分別地連接在一起。
[0023]該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)400的末端節(jié)點，即節(jié)點411和41η，作為在這個多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)400和多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)100之間，以及和多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)200之間分別地用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^。該等節(jié)點411和41η各自分別包括兩個天線(41a，41b)和(41na,41nb),且各自分別包括至少一個可以接收線纜末端,421a和42 (n-l)b,的固定裝置。除了還包括一個可以接收一個線纜末端的固定裝置的差別以外，這些節(jié)點411和41η與用于多個節(jié)點的無線網(wǎng) 絡(luò)100和200的節(jié)點相一致。
[0024]該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)400的節(jié)點412，…，41 (η-1)分別地基于一個包括至少兩個天線(412a,412b),..., (41 (n_l)a,41 (n_l)b)的節(jié)點而形成，并且該等節(jié)點至少包括兩個可以接收線纜末端(421b，422a)，…，(42 (n_2)b，42 (n_l) a)的固定裝置。
[0025]每個成對地連接該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)400的連續(xù)節(jié)點411，412，…，41η的線纜421,422,…，42 (η-1)在它們各自的末端包括一個天線(431a，431b), 432a, -,43(n-2)b, (43 (n_l) a, 43 (n_l)b),所述天線 431a, 431b, 432a,..., 43 (n_2)b，43 (n_l) a, 43 (n_l)b通過線纜421，422，…，42 (n-1)的末端固定至節(jié)點411，412，…，41η。根據(jù)本實施例，于是，在該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸被部分通過一個在天線411b和431a之間，天線431b和421a之間......依此類推直到天線43 (n-l)b和41na之間的電磁連接而完成。
[0026]所使用的線纜321，322，-,32 (η-1)以及 421，422，-,42 (η-1)是波導。優(yōu)選地，同軸電纜將被使用。
[0027]本發(fā)明并不限于上述描述的實施例，而且延伸至任何根據(jù)本發(fā)明精神的實施例。
[0028]特別地而且優(yōu)選地，實現(xiàn)的所有節(jié)點是基于一個同樣的節(jié)點而形成的，該節(jié)點需要以單一模式進行生產(chǎn)。根據(jù)這個生產(chǎn)的單一模式，一個在節(jié)點111，112,..., 11η, 211,212，…，21η，311，312，…，411，412，…，41η之外的節(jié)點被基于一個包括兩個可移除的天線以及進一步包括兩個分布于傳感器500的該實體530之上的固定裝置的線纜末端的節(jié)點而形成，以便可交換地使用。[0029]在本發(fā)明的框架內(nèi)，可以理解借助一種類別的節(jié)點412，…，41 (η-1)使用一種類別的節(jié)點311，31η。在這種情況下，有必要使用特定的、在其末端具有一個天線、在其他末端不具有天線的線纜。也可以理解，借助一種類別的節(jié)點312，…，31 (η-1)使用一種類別的節(jié)點411，41η。再次地，連接節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)的兩個連續(xù)節(jié)點的特定線纜必須包括一個在線纜一末端的天線，線纜的其他末端不包括天線。最后，以一個通常的方式，可以理解，可交換地使用在如上描述的不同類別節(jié)點中的一簇(cluster)節(jié)點，即節(jié)點311, 312,...,31(n-l)，31n，411， 412，-,41 (η-1), 41η，來形組成線纜節(jié)點網(wǎng)絡(luò)。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯傳感器數(shù)據(jù)采集方法和組網(wǎng)，包括一個多個節(jié)點的集合，該集合本身包括至少一個多個節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)(100，200)，在其中兩個鄰近節(jié)點通過無線電波在彼此間傳輸數(shù)據(jù)，其特征在于，其包括至少一個多個節(jié)點的其他網(wǎng)絡(luò)(300，400)，在其中兩個鄰近節(jié)點(311,312, -,31η,411, 412，-,41η)在彼此間通過一線纜(321,322,...，32(η_1)，421，422，…，42(η-1))傳輸數(shù)據(jù)，在其中數(shù)據(jù)也被通過無線電波傳輸，所述至少一個其他網(wǎng)絡(luò)形成一個多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯傳感器數(shù)據(jù)采集方法和組網(wǎng)，其特征在于，所述至少一個多個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)(100，200)的每個節(jié)點{ (111，112，…，11η)，(211，212，…，21η) }包括至少兩個天線{ (111a，111b)，(112a，112b)，…，(llna, llnb), (211a, 211b),(212a, 212b),...，(21na，21nb) }。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯傳感器數(shù)據(jù)采集方法和組網(wǎng)，其特征在于，分別位于該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)的末端之一的節(jié)點(311)和(31η)是基于一個節(jié)點而形成，該節(jié)點包括至少兩個天線且至少這些天線之一，該天線可以被移除，被分別設(shè)置于一個可以接收一線纜末端(321a)和(32(n-l) b)的固定裝置之上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯傳感器數(shù)據(jù)采集方法和組網(wǎng)，其特征在于，該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)(300)的節(jié)點(312)，…，31(n-l))是基于一個節(jié)點而形成，該節(jié)點包括至少兩個天線且至少這些天線中的兩個，該等天線可以被移除，被設(shè)置于可以接收線纜末端(321b，(322a，322b)，…，32(n_l)a)的各自固定裝置之上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種石墨烯傳感器數(shù)據(jù)采集方法和組網(wǎng)，其特征在于，分別地位于該多個節(jié)點的線纜網(wǎng)絡(luò)(400)的末端之一的節(jié)點(411，41n)是基于一個包括至少兩個天線{ (411a,411b), (41na,41nb) }以及至少一個可以接收一線纜末端(421a,42(n-l)b)的固定裝置的節(jié)點而形成。
【文檔編號】H04W84/18GK103729994SQ201310731703
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】王東宇 申請人:王東宇