监控系统及其监控方法.pdf

本发明实施例公开了一种监控系统及其监控方法，属于通信技术领域。解决了现有的监控系统的安全性较低的问题。该监控系统，包括中央控制单元及若干个传感器节点，所述中央控制单元依次通过光纤线路终端、远端天线单元与所述传感器节点相连；所述中央控制单元与所述光纤线路终端之间，以及所述光纤线路终端与所述远端天线单元之间，通过光纤进行通信；所述远端天线单元与所述传感器节点之间通过毫米波进行通信。本发明可应用于飞机、船舶、火车等大型交通工具。

1.  一种监控系统，其特征在于：包括中央控制单元及若干个传感器节点，所述中央控制单元依次通过光纤线路终端、远端天线单元与所述传感器节点相连；
所述中央控制单元与所述光纤线路终端之间，以及所述光纤线路终端与所述远端天线单元之间，通过光纤进行通信；
所述远端天线单元与所述传感器节点之间通过毫米波进行通信。

2.  根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：还包括簇头节点，部分或全部所述传感器节点通过所述簇头节点与所述远端天线单元相连；
所述簇头节点与所述传感器子节点之间通过毫米波进行通信。

3.  根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述传感器节点包括高清视频传感器、温度传感器、振动传感器、气压传感器。

4.  根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述毫米波为60GHz毫米波。

5.  根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述中央控制单元产生RoF信号，所述RoF信号经所述光纤线路终端传输至所述远端天线单元，所述远端天线单元将所述RoF信号通过光电耦合转变为毫米波，并将所述毫米波向所述传感器节点发射。

6.  一种监控系统的监控方法，其特征在于：所述监控系统包括中央控制单元及若干个传感器节点，所述中央控制单元依次通过光纤线路终端、远端天线单元与所述传感器节点相连；
所述监控方法包括：
由所述传感器节点采集信息；
所述传感器节点将所述信息通过毫米波传输至所述远端天线单元；
所述远端天线单元将所述信息通过光纤传输至所述光纤线路终端；
所述光纤线路终端将所述信息通过光纤传输至所述中央控制单元。

7.  根据权利要求6所述的监控方法，其特征在于，还包括：
所述中央控制单元将配置命令通过光纤传输至所述光纤线路终端；
所述光纤线路终端将所述配置命令通过光纤传输至所述远端天线单元；
所述远端天线单元将所述配置命令通过毫米波传输至所述传感器节点。

8.  根据权利要求7所述的监控方法，其特征在于：所述监控系统还包括簇头节点，部分或全部所述传感器节点通过所述簇头节点与所述远端天线单元相连；
所述传感器节点将所述信息通过毫米波传输至所述远端天线单元，具体为：
所述传感器节点将所述信息通过毫米波传输至所述簇头节点；
所述簇头节点将所述信息通过毫米波传输至所述远端天线单元。

9.  根据权利要求8所述的监控方法，其特征在于：所述远端天线单元将所述配置命令通过毫米波传输至所述传感器节点，具体为：
所述远端天线单元将所述配置命令通过毫米波传输至所述簇头节点；
所述簇头节点将所述配置命令通过毫米波传输至所述传感器节点。

10.  根据权利要求6所述的监控方法，其特征在于：所述毫米波为60GHz毫米波。

监控系统及其监控方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种监控系统及其监控方法。
背景技术
随着通信技术的不断发展，监控系统已经被越来越广泛的应用。例如，在飞机、船舶、火车等大型交通工具中，安全性是需要考虑的首要因素，交通工具中各个关键部位的正常运行，对于保证交通工具的整体安全尤其重要。
监控系统通常包括中央控制单元和若干个传感器节点，例如在飞机中，传感器节点分布在起落架、引擎、尾翼、副翼、襟翼等关键部位，并将采集到的数据上报至中央控制单元，由工作人员进行监控。目前，传感器节点与中央控制单元之间都是通过飞机的内部网络来进行数据传输，但是飞机的内部网络的带宽较低，不能为工作人员提供足够多的信息，特别是高清视频数据，因此限制了工作人员对突发事件的掌控和处理能力，导致监控系统的安全性较低的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种监控系统及其监控方法，解决了现有的监控系统的安全性较低的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明提供一种监控系统，包括中央控制单元及若干个传感器节点，所述中央控制单元依次通过光纤线路终端、远端天线单元与所述传感器节点相连；
所述中央控制单元与所述光纤线路终端之间，以及所述光纤线路终端与所述远端天线单元之间，通过光纤进行通信；
所述远端天线单元与所述传感器节点之间通过毫米波进行通信。
进一步，该监控系统还包括簇头节点，部分或全部所述传感器节点通过所述簇头节点与所述远端天线单元相连；
所述簇头节点与所述传感器子节点之间通过毫米波进行通信。
优选的，所述传感器节点包括高清视频传感器、温度传感器、振动传感器、气压传感器。
优选的，所述毫米波为60GHz毫米波。
优选的，所述中央控制单元产生RoF信号，所述RoF信号经所述光纤线路终端传输至所述远端天线单元，所述远端天线单元将所述RoF信号通过光电耦合转变为毫米波，并将所述毫米波向所述传感器节点发射。
本发明还提供一种监控系统的监控方法，所述监控系统包括中央控制单元及若干个传感器节点，所述中央控制单元依次通过光纤线路终端、远端天线单元与所述传感器节点相连；
所述监控方法包括：
由所述传感器节点采集信息；
所述传感器节点将所述信息通过毫米波传输至所述远端天线单元；
所述远端天线单元将所述信息通过光纤传输至所述光纤线路终端；
所述光纤线路终端将所述信息通过光纤传输至所述中央控制单元。
进一步，所述监控方法还包括：
所述中央控制单元将配置命令通过光纤传输至所述光纤线路终端；
所述光纤线路终端将所述配置命令通过光纤传输至所述远端天线单元；
所述远端天线单元将所述配置命令通过毫米波传输至所述传感器节点。
进一步，所述监控系统还包括簇头节点，部分或全部所述传感器节点通过 所述簇头节点与所述远端天线单元相连；
所述传感器节点将所述信息通过毫米波传输至所述远端天线单元，具体为：
所述传感器节点将所述信息通过毫米波传输至所述簇头节点；
所述簇头节点将所述信息通过毫米波传输至所述远端天线单元。
所述远端天线单元将所述配置命令通过毫米波传输至所述传感器节点，具体为：
所述远端天线单元将所述配置命令通过毫米波传输至所述簇头节点。
所述簇头节点将所述配置命令通过毫米波传输至所述传感器节点。
优选的，所述毫米波为60GHz毫米波。
与现有技术相比，本发明所提供的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的监控系统中，传感器节点通过毫米波将采集到的数据传输至远端天线单元，再通过光纤由远端天线单元经光纤线路终端传输至中央控制单元。由于本发明提供的监控系统利用毫米波和光纤进行数据传输，多以具有足够的带宽，向中央控制单元提供足够多的信息，提供了工作人员对突发事件的掌控和处理能力，从而也提高了监控系统的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的实施例所提供的监控系统的示意图；
图2为本发明的实施例所提供的监控系统应用于飞机中的示意图。
具体实施方式
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、完整的描述。
如图1所示，本发明实施例所提供的监控系统，包括中央控制单元1及若干个传感器节点5，中央控制单元1依次通过光纤线路终端2、远端天线单元3与传感器节点5相连。中央控制单元1与光纤线路终端2之间，以及光纤线路终端2与远端天线单元3之间，通过光纤进行通信。远端天线单元3与传感器节点5之间通过毫米波进行通信，该毫米波优选为60GHz毫米波。
图2为本发明实施例提供的监控系统应用于飞机中的示意图，传感器节点设置于飞机的机翼、尾翼、油箱、引擎、起落架等各处，并通过簇头节点（CH）与远端天线单元（RAU）通信，再通过光纤线路终端（OLT）与中央控制单元通信。
本发明实施例还提供了该监控系统的监控方法，包括：
S11：由传感器节点5采集信息。
S12：传感器节点5将信息通过毫米波传输至远端天线单元3。
S13：远端天线单元3将信息通过光纤传输至光纤线路终端2。
S14：光纤线路终端2将信息通过光纤传输至中央控制单元1。
另一方面，该监控方法还包括：
S21：中央控制单元1将配置命令通过光纤传输至光纤线路终端2。
S22：光纤线路终端2将配置命令通过光纤传输至远端天线单元3。
S23：远端天线单元3将配置命令通过毫米波传输至传感器节点5。
作为一个优选方案，该监控系统还包括簇头节点4，部分或全部传感器节点5通过簇头节点4与远端天线单元3相连，簇头节点4与传感器子节点5之间通过毫米波进行通信。
传感器节点和簇头节点之间传输带宽为1Mb/s-3Gb/s，簇头节点与远端天线单元之间的传输带宽为6Gb/s-12Gb/s，光纤总线的带宽为40Gb/s-100Gb/s。
则上述步骤S12具体为：
S121：传感器节点5将信息通过毫米波传输至簇头节点4。
S122：簇头节点4将信息通过毫米波传输至远端天线单元3。
另一方面，上述步骤S23具体为：
S231：远端天线单元3将配置命令通过毫米波传输至簇头节点4。
S232：簇头节点4将配置命令通过毫米波传输至传感器节点5。
中央控制单元作为整个系统的处理和控制单元，对由传感器网络采集的各种信息，尤其是高清晰度是视频监控信息，进行相关的处理并且显示给相关工作人员。同时，由工作人员或者系统缺省设定整个高速传感器网络的参数并下发给传感器网络的每个网络单元，比如上报时间，休眠间隔等。工作人员可以通过中央控制单元将系统的配置命令传递到每一个网络单元，对整个传感器网络实施管理和控制。
光纤线路终端作为光纤传输网络的节点，其主要作用是：在下行链路中，将光纤传输网中的采用IEEE802.5令牌环（Token Ring）协议传输的载有传感器节点和簇头节点配置信息的光信号传输至远端天线单元。在上行链路中，将远端天线单元收集的来自各个簇头节点和节点的大数据量信息按照IEEE802.5Token Ring协议标准经过光纤传输网发送至中央控制单元。
远端天线单元是毫米波传感网络和光纤传输网的接口，在下行链路中其功能是将向簇头节点或传感器节点发送来自中央控制单元的配置信息。
其中，中央控制单元至远端天线单元的下行传输的具体传输方式优选为，中央控制单元采用单边带（Single Side Band，简称SSB）或者载波抑制（Optical Carrier Suppression，简称OCS）方式产生60GHz光纤无线电（Radio-over-Fibe，简称RoF）信号，RoF信号经光纤线路终端传输至远端天线单元，远端天线单 元将RoF信号直接通过光电耦合转变为60GHz毫米波，并将毫米波向传感器节点发射，这样就而无需60GHz本地振荡器。
或者，也可以采用基带数字信号传输。由中央控制单元所发出的基带数据信号通过电光调制器完成电光变换，再由光载波传送到指定的远端天线单元。光信号在远端天线单元利用光电耦合器件变换成基带信号，再由60GHz本地振荡器变频到毫米波进行发射。
在上行信息采集链路中，远端天线单元的主要功能是利用60GHz毫米波接收机将来自簇头节点或传感器节点的毫米波信号下变频至基带，之后利用激光器和马赫任德调变器（Mach-Zenhder Modulator）调制成光信号，经光纤传输网传输至光纤线路终端。
簇头节点汇总来自多个传感器节点的数据，按照中央控制单元的命令完成信息同步、数据发送、数据接收、休眠等状态。其中，信息同步状态，具体为簇头节点建立与传感器节点以及远端天线单元之间的无线通信信道；数据发送状态，具体为簇头节点按照协议分配的时隙上报数据至远端天线单元以及发送配置和命令信息至各个传感器节点；数据接收状态，具体为簇头节点接收来自各个传感器节点的数据以及来至远端天线单元的配置和命令信息；休眠状态，具体为簇头节点在空闲时进入休眠状态以节省其能量消耗，等待下一个状态的到来。
簇头节点将来自同一个传感器子网中不同节点的数据转发至远端天线模块或者暂时缓存在簇头节点的板载存储芯片中。该功能由设定在微控制单元（Micro Controller Unit，简称MCU）中的命令决定。由于60GHz毫米波的传输特性，对于某些空间有限的部位（例如飞机的机翼、引擎等关键部位）或者远端部位（例如飞机的机翼末端），传感器节点不能直接将数据传输到远端天线模 块的情况下，簇头节点是必不可少的网络单元。如果在传感器节点能将采集的数据直接传输到远端天线单元的情况下，簇头节点可以省略，其功能由远端天线单元完成，以简化网络结构。
由于本发明实施例提供的监控系统一般会应用在飞机、铁路、公路车辆以及大型船舶的安全部件的监控，所以为保证其运行的稳定性和可靠性，其物理层（Physical Layer，简称PHY）传输协议和媒介接入控制层（Medium Access Control，简称MAC）协议特征如下：
禁止传感器节点随意接入系统。每个传感器节点按照协议安排进入数据采集，数据上传，配置和管理命令接收和休眠等网络状态。采用时分和频分混合型复用接入方式。每个传感器节点使用专用的传输时隙与簇头节点进行数据传输，并且与空间上相邻的节点使用不同的传输频点，从而避免同频干扰。
传感器节点可以包括高清视频传感器、温度传感器、振动传感器、气压传感器。传感器节点按照中央控制单元的配置完成信息采集、信息同步、数据发送、数据接收和休眠等状态。其中，信息采集状态，具体为传感器节点利用板载传感器芯片收集外部视频，音频，温度，震动、气压等信息；信息同步状态，具体为传感器节点建立与簇头节点之间的无线通信信道；数据发送状态，具体为传感器节点按照协议分配的时隙上报数据至簇头节点；数据接收状态，具体为传感器节点接收来自簇头节点的配置和命令信息；休眠状态，具体为传感器节点在空闲时进入休眠状态以节省其能量消耗，等待下一个状态的到来。
传感器节点利用60GHz毫米波将所采集的信息传送至簇头节点，其中，所采集的信息可以包括各个待监控部位的温度参数、震动参数、气压参数等。在本实施例中，无线传感器子网使用60GHz毫米波进行通信，因此具有较大的传输带宽。可以支持高清监控的视频/音频信号。高清摄像监控器能支持无压缩高 清数据的采集和发送，例如在飞机中，可以对引擎、油箱等关键部位采集高清的监控视频。
本发明实施例提供的监控系统中，传感器节点通过60GHz毫米波将采集到的数据传输至远端天线单元，再通过光纤由远端天线单元经光纤线路终端传输至中央控制单元。由于本发明提供的监控系统利用毫米波和光纤进行数据传输，多以具有足够的带宽，向中央控制单元提供足够多的信息，提供了工作人员对突发事件的掌控和处理能力，从而也提高了监控系统的安全性。
此外，现有的监控系统是基于交通工具的内部网络实现，因此扩展性能较差，当需要增加监控部位时，需要对交通工具的整体进行较大的改造。相比于现有技术，本发明实施例提供的监控系统充分发挥光纤通信和毫米波的超大传输带宽，传送各类型的监控数据。系统在边缘基于毫米波无线技术进行监控信息传送，可以方便的扩大监控范围，不受传输介质的约束，提高监控系统的延展性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。