技术领域
[0001] 本发明涉及通信网络终端控制领域，涉及到一种自适应IP矿用电话通信网络终端智能控制系统。
相关背景技术
[0002] 随着科技的不断进步和矿业生产的发展，传统的矿用电话通信系统已难以满足现代矿山的需求。一方面，矿山作业环境复杂恶劣，存在着瓦斯、粉尘、高温、高湿度等诸多危险因素，对通信设备的稳定性和可靠性要求极高，另一方面，矿山规模不断扩大，生产过程日益复杂，各部门之间的协同作业需要高效、实时的通信支持，同时，互联网技术和IP通信技术的飞速发展，为矿用电话通信网络的升级改造提供了可能，使得自适应IP矿用电话通信网络应运而生。
[0003] 自适应IP矿用电话通信网络在确保安全生产、提高生产效率、适应复杂环境变化中发挥着重要作用。
[0004] 然而，现有的自适应IP矿用电话通信网络的控制在实际应用中仍存在一些局限性和不足之处，尤其是在自适应IP矿用电话通信网络的自适应调整方面。
[0005] 例如现有的公开号为CN101394447A的中国专利公开了矿用多媒体通讯系统，该系统包括井下设备和井上设备，所述井下设备包括矿用多媒体通信接入网关、本质安全型无线以太网移动通信终端、光纤和电源；所述井上设备包括话音调度控制台、网络交换机、服务器模块和电源；所述移动通信终端通过无线网络与网关互联；话音调度控制台通过以太网与网关连接；网关之间通过光纤互连组成冗余网络。移动通信终端、电子标签和无线摄像机分别通过无线网络与网关互连；网关通过其内部的以太网模块或视频服务器模块连接井下的有线摄像机。该系统实现了高带宽、高冗余，满足目前井下移动通信、人员定位、视频监控的生产、管理与应急救援需求。
[0006] 但是上述专利中存在：1.缺乏针对矿用电话终端的网络自适应功能，如根据网络状况自动调整矿用电话终端的通信参数和当网络出现故障时自动切换到备用网络或通信方式等，从而无法确保矿用电话终端通信不中断和使得矿用电话终端能够适应不同的网络环境。
[0007] 2.缺乏针对矿用电话终端的环境自适应功能，如根据矿用电话终端所在矿井区域的环境参数调整矿用电话终端的通信参数，进而不利于保障矿用电话终端通信的稳定性、可靠性和适应性，从而无法为矿井安全生产提供更加可靠的保障。
具体实施方式
[0023] 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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024] 请参阅图1所示，本发明提供一种自适应IP矿用电话通信网络终端智能控制系统，包括矿用电话终端网络状况监测模块、矿用电话终端网络自适应调整模块、矿用电话终端网络故障预警处理模块、矿用电话终端矿井环境监测模块、矿用电话终端环境自适应调整模块、数据库。
[0025] 所述矿用电话终端网络自适应调整模块分别与矿用电话终端网络状况监测模块和矿用电话终端网络故障预警处理模块连接，矿用电话终端矿井环境监测模块分别与矿用电话终端网络故障预警处理模块和矿用电话终端环境自适应调整模块连接，数据库分别与矿用电话终端网络自适应调整模块和矿用电话终端环境自适应调整模块连接。
[0026] 所述矿用电话终端网络状况监测模块用于对各矿用电话终端的网络状况进行监测，获取各矿用电话终端的网络状况信息，其中网络状况信息包括网络的信号强度、带宽、延迟量、丢包率、抖动量、吞吐量。
[0027] 进一步地，所述矿用电话终端网络状况监测模块的具体工作过程为：通过各矿用电话终端安装的信号强度检测设备，获取各矿用电话终端网络的信号强度，将其记为 ，表示第 个矿用电话终端的编号， 。
[0028] 作为一种优选方案，还可以通过矿用电话终端安装的专业的信号强度检测软件监测矿用电话终端接收信号的强度。
[0029] 在另一个具体实施例中，对于没有内置信号强度检测功能的矿用电话终端，可以通过监测矿用电话终端通话质量的间接方式来判断信号强度。
[0030] 通过网络分析仪测量各矿用电话终端网络的带宽、延迟量、丢包率，将其分别记为。
[0031] 作为一种优选方案，还可以在矿用电话终端和中心服务器之间发送测试数据包，并记录数据包往返的时间，以此来计算矿用电话终端网络的延迟。
[0032] 在另一个具体实施例中，通过在矿用电话终端通话过程中分析语音数据包的传输时间来评估实时的矿用电话终端网络的延迟情况。
[0033] 作为一种优选方案，还可以使用网络监测工具在矿用电话终端和中心服务器之间发送一定数量的数据包，并统计丢失的数据包数量，从而计算矿用电话终端网络的丢包率。
[0034] 在另一个具体实施例中，通过在矿用电话终端通话过程中监测语音数据包的丢失情况来实时评估矿用电话终端网络的丢包率。
[0035] 通过网络监测软件测量各矿用电话终端网络的抖动量，将其记为 。
[0036] 作为一种优选方案，可以在与矿用电话终端连接的控制中心电脑上安装专业的网络监测软件，如Wireshark、NetIQ Chariot等监测矿用电话终端网络的抖动。
[0037] 通过网络测速工具测量各矿用电话终端网络的吞吐量，将其记为 。
[0038] 作为一种优选方案，可以利用网络测速工具如Speedtest、iPerf等测量矿用电话终端网络的吞吐量。
[0039] 所述矿用电话终端网络自适应调整模块用于根据各矿用电话终端的网络状况信息，分析各矿用电话终端的网络状况评价系数，判断各矿用电话终端的通信参数是否需要调整，其中通信参数包括发射功率、数据传输速率，进一步对各矿用电话终端的通信参数进行自适应调整。
[0040] 进一步地，参阅图2所示，所述矿用电话终端网络自适应调整模块的具体工作过程包括：提取数据库中存储的矿用电话终端网络的参考信号强度、参考带宽、参考吞吐量，将其分别记为 。
[0041] 通过分析公式 得到各矿用电话终端的网络状况评价系数 ，其中 分别表示预设的矿用电
话终端网络的信号强度、带宽和吞吐量的偏差阈值， 分别表示预设的
矿用电话终端网络的延迟量、丢包率和抖动量的阈值。
[0042] 作为一种优选方案，对于矿用电话终端网络，信号强度、带宽和吞吐量应根据实际需求适中为宜，延迟、丢包率和抖动则是越小越好。
[0043] 作为一种优选方案，矿用电话终端网络的信号强度过小会导致通话不清晰、断断续续，甚至无法连接，信号强度过大可能会带来电磁干扰等问题，同时也可能增加设备功耗和辐射风险。
[0044] 作为一种优选方案，矿用电话终端网络的带宽过小可能无法满足同时进行多个通话、数据传输等业务的需求，导致卡顿、延迟增加，带宽过大可能会造成资源浪费，同时也可能增加成本。
[0045] 作为一种优选方案，在矿用电话终端网络中，低延迟对于实时通信至关重要，能够确保指令的及时传达和反馈，高延迟可能导致通话不流畅、响应迟缓，影响生产安全和效率。
[0046] 作为一种优选方案，在矿用电话终端网络中，高丢包率会导致通话中断、数据丢失，严重影响通信质量。
[0047] 作为一种优选方案，矿用电话终端网络的抖动较大会导致通话质量不稳定，出现声音忽高忽低、断断续续等问题。
[0048] 作为一种优选方案，矿用电话终端网络的吞吐量过小可能无法满足大量数据传输的需求，吞吐量过大可能导致资源浪费和成本增加。
[0049] 进一步地，所述矿用电话终端网络自适应调整模块的具体工作过程还包括：将各矿用电话终端的网络状况评价系数与预设的网络状况评价系数阈值进行比较，若某矿用电话终端的网络状况评价系数小于预设的网络状况评价系数阈值，则该矿用电话终端的通信参数需要调整，反之，则该矿用电话终端的通信参数不需要调整。
[0050] 进一步地，所述矿用电话终端网络自适应调整模块中对各矿用电话终端的通信参数进行自适应调整的具体工作过程为：以对某矿用电话终端的通信参数进行自适应调整的分析过程为例：D1:获取该矿用电话终端网络的信号强度与参考信号强度之间差值的绝对值，将其记为该矿用电话终端网络的信号强度偏差，若该矿用电话终端网络的信号强度偏差大于预设的矿用电话终端网络的信号强度的偏差阈值，则该矿用电话终端的发射功率需要调整，并执行D2，反之，则该矿用电话终端的发射功率不需要调整。
[0051] D2：若该矿用电话终端网络的信号强度大于参考信号强度，则该矿用电话终端的发射功率的调整方向为减小，若该矿用电话终端网络的信号强度小于参考信号强度，则该矿用电话终端的发射功率的调整方向为增大。
[0052] 将该矿用电话终端网络的信号强度偏差代入预设的信号强度偏差与发射功率调整量之间的关系函数，得到该矿用电话终端的发射功率的调整量。
[0053] 作为一种优选方案，当信号强度良好时，可以降低矿用电话终端的发射功率，以节省能源并减少对其他设备的干扰，当信号强度较弱时，可以适当提高矿用电话终端的发射功率，以增强信号的传输距离和强度，但考虑到能源消耗、电磁辐射等因素，矿用电话终端的发射功率不能无限制地提高、应低于设定的上限值。
[0054] D3：将该矿用电话终端网络的延迟量、丢包率分别与预设的矿用电话终端网络的延迟量、丢包率的阈值进行比较，若该矿用电话终端网络的延迟量、丢包率均小于或等于其对应的阈值，则该矿用电话终端的数据传输速率不需要调整，反之，则该矿用电话终端的数据传输速率需要调整，且该矿用电话终端的数据传输速率的调整方向为减小，并执行D4。
[0055] D4：获取该矿用电话终端网络延迟量与预设的矿用电话终端网络延迟量阈值之间的差量，将其记为该矿用电话终端网络的延迟量超量。
[0056] 同理，获取该矿用电话终端网络的丢包率超量。
[0057] 将该矿用电话终端网络的延迟量超量和丢包率超量代入预设的网络的延迟量超量和丢包率超量与数据传输速率的调整量之间的关系函数，得到该矿用电话终端的数据传输速率的调整量。
[0058] 作为一种优选方案，若矿用电话终端网络的延迟较高或丢包率较大，可降低矿用电话终端的数据传输速率，以保证数据的可靠性。
[0059] D5：将该矿用电话终端的发射功率和数据传输速率的调整方向和调整量反馈至矿用电话终端远程控制中心，对该矿用电话终端的通信参数进行自适应调整。
[0060] 同理，根据D1‑D5的分析步骤，对各矿用电话终端的通信参数进行自适应调整。
[0061] 所述矿用电话终端网络故障预警处理模块用于对通信参数调整后各矿用电话终端的网络状况进行监测，分析通信参数调整后各矿用电话终端的网络改善效果指数，判断各矿用电话终端的通信网络是否故障，并进行预警和处理。
[0062] 进一步地，所述矿用电话终端网络故障预警处理模块的具体工作过程为：对通信参数调整后各矿用电话终端的网络状况进行监测，获取通信参数调整后各矿用电话终端网络的状况信息，进一步分析通信参数调整后各矿用电话终端的网络状况评价系数，将通信参数调整后各矿用电话终端的网络状况评价系数除以通信参数调整前各矿用电话终端的网络状况评价系数，得到通信参数调整后各矿用电话终端的网络改善效果指数。
[0063] 将通信参数调整后各矿用电话终端的网络改善效果指数与预设的网络改善效果指数阈值进行比较，若通信参数调整后某矿用电话终端的网络改善效果指数小于预设的网络改善效果指数阈值，则该矿用电话终端的通信网络故障，进行预警，并反馈至矿下通信网络远程监控中心。
[0064] 作为一种优选方案，分析通信参数调整后各矿用电话终端的网络状况评价系数的方法与分析各矿用电话终端的网络状况评价系数的方法，原理相同。
[0065] 作为一种优选方案，矿用电话终端的通信网络故障后，矿下通信网络远程监控中心将自动切换到备用网络或通信方式，或者更换IP地址，以确保通信不中断。
[0066] 需要说明的是，本发明通过对矿用电话终端的网络状况进行监测，判断矿用电话终端的通信参数是否需要调整并进行自适应调整，进一步监测通信参数调整后矿用电话终端的网络状况，判断矿用电话终端的通信网络是否故障，进行预警和处理，进而实现矿用电话终端的网络自适应调整的功能，从而确保矿用电话终端通信不中断，使得矿用电话终端能够适应不同的网络环境。
[0067] 所述矿用电话终端矿井环境监测模块用于对各矿用电话终端所在矿井区域的环境进行监测，获取各矿用电话终端所在矿井区域的环境参数，其中环境参数包括温度、湿度、气压、瓦斯浓度。
[0068] 进一步地，所述矿用电话终端矿井环境监测模块的具体工作过程为：通过各矿用电话终端所在矿井区域内布设的温度传感器、湿度传感器、压力传感器、瓦斯浓度传感器，获取各矿用电话终端所在矿井区域的温度、湿度、气压、瓦斯浓度，将其分别记为。
[0069] 所述矿用电话终端环境自适应调整模块用于根据各矿用电话终端所在矿井区域的环境参数，分析各矿用电话终端所在矿井区域环境的影响通信程度系数，判断各矿用电话终端的发射功率是否需要调整，进一步对各矿用电话终端的发射功率进行自适应调整。
[0070] 进一步地，参阅图3所示，所述矿用电话终端环境自适应调整模块的具体工作过程包括：提取数据库中存储的矿井环境适宜的温度、湿度、气压，将其分别记为 。
[0071] 通过分析公式 得到各矿用电话终端所在矿井区域环境的影响通信程度系数 ，其中 表示预设的影响通信程度系数的修正因子， 表示自然常数， 分别表示预设的矿井区域的温度、湿度、气压的允许波动量， 表示预设的矿井区域瓦斯浓度的预警值。
[0072] 进一步地，所述矿用电话终端环境自适应调整模块的具体工作过程还包括：将各矿用电话终端所在矿井区域环境的影响通信程度系数与预设的影响通信程度系数阈值进行比较，若某矿用电话终端所在矿井区域环境的影响通信程度系数大于预设的影响通信程度系数阈值，则该矿用电话终端的发射功率需要调整，反之，则该矿用电话终端的发射功率不需要调整，统计发射功率需要调整的各矿用电话终端，将其记为各指定矿用电话终端。
[0073] 进一步地，所述矿用电话终端环境自适应调整模块的具体工作过程还包括：根据各矿用电话终端所在矿井区域的温度、湿度、气压、瓦斯浓度，筛选得到各指定矿用电话终端所在矿井区域的温度、湿度、气压、瓦斯浓度。
[0074] 设定矿井环境各温度范围、各湿度范围、各气压范围、各瓦斯浓度范围对应的匹配发射功率，根据各指定矿用电话终端所在矿井区域的温度、湿度、气压、瓦斯浓度，筛选得到各指定矿用电话终端所在矿井区域的温度、湿度、气压、瓦斯浓度对应的匹配发射功率，将其分别记为 ， 表示第 个指定矿用电话终端的编号， 。
[0075] 作为一种优选方案，矿井环境各温度范围、各湿度范围、各气压范围、各瓦斯浓度范围对应的匹配发射功率是根据历史经验得到的。在一个具体实施例中，根据历史数据建立矿用电话终端发射功率与环境参数之间的关系模型，当环境变化时，根据模型预测最佳的矿用电话终端的发射功率。
[0076] 作为一种优选方案，高温环境下，可通过降低矿用电话终端的发射功率来减少设备发热，低温环境下，可适当提高矿用电话终端的发射功率以补偿信号衰减。
[0077] 作为一种优选方案，高湿度环境下，信号衰减加剧，可适当提高矿用电话终端的信号发射功率，以增强信号的强度和传输距离，但不能过度提高发射功率、超过其上限值，以免对其他设备造成干扰或超出安全标准。
[0078] 作为一种优选方案，当气压变化时，调整矿用电话终端的发射功率，以保证信号的覆盖范围和通信质量。
[0079] 作为一种优选方案，当瓦斯浓度超过安全阈值时，降低矿用电话终端的发射功率，确保设备的安全运行。
[0080] 通过分析公式 得到各指定矿用电话终端的适宜发射功率 ，其中 分别表示预设的温度、湿度、气压、瓦斯浓度的权值， 。
[0081] 将各指定矿用电话终端的发射功率与其适宜发射功率进行比较，获取各指定矿用电话终端的发射功率的调整方向和调整量，将其反馈至矿用电话终端远程控制中心，进而对各矿用电话终端的发射功率进行自适应调整。
[0082] 作为一种优选方案，获取指定矿用电话终端的发射功率的调整方向和调整量，具体方法为：若指定矿用电话终端的发射功率大于其适宜发射功率，则指定矿用电话终端的发射功率的调整方向为减小，若指定矿用电话终端的发射功率小于其适宜发射功率，则指定矿用电话终端的发射功率的调整方向为增大。
[0083] 将指定矿用电话终端的发射功率与其适宜发射功率之间差值的绝对值作为指定矿用电话终端的发射功率的调整量。
[0084] 需要说明的是，本发明通过对矿用电话终端所在矿井区域的环境进行监测，获取矿用电话终端所在矿井区域的环境参数，判断矿用电话终端的通信参数是否需要调整并进行自适应调整，进而实现矿用电话终端的环境自适应调整的功能，从而提高矿用电话终端通信的稳定性、可靠性和适应性，为矿井安全生产提供更加可靠的保障。
[0085] 所述数据库用于存储矿用电话终端网络的参考信号强度、参考带宽、参考吞吐量，并存储矿井环境适宜的温度、湿度、气压。
[0086] 以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本发明所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
