用于智能矿山的网络系统与组网方法

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113078952A(43)申请公布日2021.07.06(21)申请号202110291830.4(22)申请日2021.03.18(71)申请人中国恩菲 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 技术有限公司地址100038北京市海淀区复兴路12号(72)发明人刘微　蔡硕　倪森　(74)专利代理机构北京律智知识产权代理有限公司11438代理人孙宝海　袁礼君(51)Int.Cl.H04B10/275(2013.01)H04B10/032(2013.01)H04Q11/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称用于智能矿山的网络拓扑结构与组网方法(57)摘要本公开提供一种用于智能矿山的网络拓扑结构与组网方法，网络拓扑结构包括：主核心交换机，设置于地面数据中心；主光缆，包括多条光纤，所述多条光纤的第一端均连接所述核心交换机；位于井下的多个信息节点组，每个所述信息节点组对应一个中段平面，每个所述信息节点组包括多个信息节点，每个所述信息节点包括多台交换机，所述多个信息节点构成多个环网，每个所述环网通过两台所述交换机分别连接两条所述光纤的第二端。本公开实施例可以实现根据不同矿山开拓系统提供适合智能矿山持续开采过程中经济实用、易于维护的网络拓扑结构，降低矿山开发过程中新增联网需求带来的网络改造成本。CN113078952ACN113078952A权　利　要　求　书1/2页1.一种用于智能矿山的网络拓扑结构，其特征在于，包括：主核心交换机，设置于地面数据中心；主光缆，包括多条光纤，所述多条光纤的第一端均连接所述核心交换机；位于井下的多个信息节点组，每个所述信息节点组对应一个中段平面，每个所述信息节点组包括多个信息节点，每个所述信息节点包括多台交换机，所述多个信息节点构成多个环网，每个所述环网通过两台所述交换机分别连接两条所述光纤的第二端。2.如权利要求1所述网络拓扑结构，其特征在于，每个所述信息节点组的所述多个环网分别用于传输不同数据种类的数据，所述数据种类至少包括语音数据、定位数据、控制数据、视频数据。3.如权利要求1所述网络拓扑结构，其特征在于，每个所述信息节点组还包括光纤配线架，所述主光缆中的各光纤连接所述光纤配线架，所述交换机通过所述光纤配线架与所述光纤连接。4.如权利要求1所述网络拓扑结构，其特征在于，所述主光缆中的所述多条光纤包括主光纤与备用光纤，所述备用光纤与所述主光纤的连接方式相同，数量相等。5.如权利要求1所述网络拓扑结构，其特征在于，还包括：至少一台备用核心交换机，设置于所述地面数据中心，与所述主交换机通过聚合方式通信；至少一条备用光缆，每条所述备用光缆包括多条光纤，所述备用光缆与所述主光缆连接方式相同，铺设路径不同。6.如权利要求5所述网络拓扑结构，其特征在于，所述主光缆与所述备用光缆的铺设路径包括混合井、副井、进风井、采准斜坡道中的至少两条。7.一种用于智能矿山的组网方法，其特征在于，包括：确定允许联网的中段平面的数量以及每个所述中段平面传输的数据种类的数量；根据所述每个所述中段平面传输的数据种类的数量、所述中段平面的数量确定主光缆中光纤的最小数量，其中一个中段平面的一个数据种类对应两条光纤；从主核心交换机引出所述主光缆；设置所述中段平面的信息节点组并通过所述信息节点组中各信息节点的交换机构建环网，将每个所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机与所述主光缆中对应的光纤连接。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将每个所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机与所述主光缆中对应的光纤连接包括：从其他环网的光纤配线架或核心交换机处续接本中段平面光缆；将所述本中段平面光缆连接到本中段平面的光纤配线架上，使所述本中段平面光缆成为所述主光缆的一段；确定所述主光缆中对应本中段平面的各环网的光纤；通过所述光纤配线架将每个所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机与所述主光缆中对应的光纤连接。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述主光缆中包括主光纤与备用光纤，所述将每个所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机与所述主光缆中对应的光纤连接还2CN113078952A权　利　要　求　书2/2页包括：通过所述光纤配线架将每个所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机与所述主光缆中对应的主光纤和备用光纤连接。10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：从备用核心交换机引出至少一条备用光缆，所述备用光缆与所述主光缆的铺设路径不同；通过各中段平面的光纤配线架将所述备用光缆中的光纤与各所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机进行连接，所述备用光缆与所述主光缆的连接方式相同。3CN113078952A说　明　书1/6页用于智能矿山的网络拓扑结构与组网方法技术领域[0001]本公开涉及网络技术领域，具体而言，涉及一种用于智能矿山的网络拓扑结构与组网方法。背景技术[0002]矿山井下传统的数据通信工业以太网 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 形式主要为单一环网,此种网络形式为：数据传输路径从井下沿着单一路径(副井或者混合井)传输至矿山数据中心，井下信息节点交换机与矿山数据中心核心交换机构建成单一干线(冗余)环网后，其余支线网络采用树型、星型或小环套大环的结构形式延伸网络拓扑。单一干线环网搭载了矿山井下所有的语音数据、定位数据、控制数据、视频数据。当企业对井下资源深部开采、改/扩建时，需要进行网络改造，在环网干线上增加支线网络，在支线网络上增加网络拓扑结构。[0003]矿山井下工作年限较长，一般采矿开拓工程分多期(基建期、一期、二期、深部等)建设，在持续开采工程建设过程中，所需传输的数据量相较建设初期有大规模的增加，因此采取单一冗余环网形式组网，后期需要进行多次大规模的网络升级改造，才能适应智能矿山的发展需求。[0004]需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。发明内容[0005]本公开的目的在于提供一种用于智能矿山的网络拓扑结构和组网方法，用于至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的矿山开发过程中网络拓扑结构复杂、改/扩建成本高等缺陷。[0006]根据本公开的第一方面，提供一种用于智能矿山的网络拓扑结构，包括：主核心交换机，设置于地面数据中心；主光缆，包括多条光纤，所述多条光纤的第一端均连接所述核心交换机；位于井下的多个信息节点组，每个所述信息节点组对应一个中段平面，每个所述信息节点组包括多个信息节点，每个所述信息节点包括多台交换机，所述多个信息节点构成多个环网，每个所述环网通过两台所述交换机分别连接两条所述光纤的第二端。[0007]在本公开的一种示例性实施例中，每个所述信息节点组的所述多个环网分别用于传输不同数据种类的数据，所述数据种类至少包括语音数据、定位数据、控制数据、视频数据。[0008]在本公开的一种示例性实施例中，每个所述信息节点组还包括光纤配线架，所述主光缆中的各光纤连接所述光纤配线架，所述交换机通过所述光纤配线架与所述光纤连接。[0009]在本公开的一种示例性实施例中，所述主光缆中的所述多条光纤包括主光纤与备用光纤，所述备用光纤与所述主光纤的连接方式相同，数量相等。[0010]在本公开的一种示例性实施例中，拓扑结构还包括：至少一台备用核心交换机，设4CN113078952A说　明　书2/6页置于所述地面数据中心，与所述主交换机通过聚合方式通信；至少一条备用光缆，每条所述备用光缆包括多条光纤，所述备用光缆与所述主光缆连接方式相同，铺设路径不同。[0011]在本公开的一种示例性实施例中，所述主光缆与所述备用光缆的铺设路径包括混合井、副井、进风井、采准斜坡道中的至少两条。[0012]根据本公开的第二方面，提供一种用于智能矿山的组网方法，包括：确定允许联网的中段平面的数量以及每个所述中段平面传输的数据种类的数量；根据所述每个所述中段平面传输的数据种类的数量、所述中段平面的数量确定主光缆中光纤的最小数量，其中一个中段平面的一个数据种类对应两条光纤；从主核心交换机引出所述主光缆；设置所述中段平面的信息节点组并通过所述信息节点组中各信息节点的交换机构建环网，将每个所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机与所述主光缆中对应的光纤连接。[0013]在本公开的一种示例性实施例中，所述将每个所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机与所述主光缆中对应的光纤连接包括：从其他环网的光纤配线架或核心交换机处续接本中段平面光缆；将所述本中段平面光缆连接到本中段平面的光纤配线架上，使所述本中段平面光缆成为所述主光缆的一段；确定所述主光缆中对应本中段平面的各环网的光纤；通过所述光纤配线架将每个所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机与所述主光缆中对应的光纤连接。[0014]在本公开的一种示例性实施例中，所述主光缆中包括主光纤与备用光纤，所述将每个所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机与所述主光缆中对应的光纤连接还包括：通过所述光纤配线架将每个所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机与所述主光缆中对应的主光纤和备用光纤连接。[0015]在本公开的一种示例性实施例中，还包括：从备用核心交换机引出至少一条备用光缆，所述备用光缆与所述主光缆的铺设路径不同；通过各中段平面的光纤配线架将所述备用光缆中的光纤与各所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机进行连接，所述备用光缆与所述主光缆的连接方式相同。[0016]本公开实施例通过为每个中段平面预先规划光纤数量，可以避免后续矿山开发过程中建设新的中段平面需要新增网络设施时对网络拓扑结构进行大规模改造；通过为各中段平面中的每种数据类型预留一个环网，并使每个环网通过两条光纤与核心交换机连接，可以使各中段平面在新增网络需求时，无需新建环网、新建信息节点，仅需使用对应数据类型的环网与核心交换机进行通讯即可，极大地降低了中段平面建设中网络需求增加带来的网络结构改造成本。[0017]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。附图说明[0018]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0019]图1是本公开一个实施例中用于智能矿山的网络拓扑结构的结构示意图。5CN113078952A说　明　书3/6页[0020]图2是本公开另一个实施例中用于智能矿山的网络拓扑结构的结构示意图。[0021]图3是本公开一个实施例中用于智能矿山的组网方法的流程图。[0022]图4是本公开一个实施例中 步骤 新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤 S34的一个子流程图。[0023]图5是本公开实施例中主光缆与各信息节点组的连接示意图。[0024]图6是另一个实施例中组网方法的流程图。具体实施方式[0025]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。[0026]此外，附图仅为本公开的示意性图解，图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。[0027]下面结合附图对本公开示例实施方式进行详细说明。[0028]图1是本公开示例性实施例中用于智能矿山的网络拓扑结构的结构示意图。[0029]参考图1，用于智能矿山的网络拓扑结构100可以包括：[0030]主核心交换机11，设置于地面数据中心；[0031]主光缆21，包括多条光纤，多条光纤的第一端均连接主核心交换机11；[0032]位于井下的多个信息节点组3i，每个信息节点组3i对应一个中段平面i，每个信息节点组3i包括多个信息节点3ij，每个信息节点3ij包括多台交换机3ijk，多个信息节点3ij构成多个环网3in，每个环网3in通过两台交换机分别连接两条光纤3inA、3inB的第二端。其中，i为中段平面序号，j为信息节点序号，k为交换机序号，n为环网序号，i、j、k、n均为大于等于1的整数。[0033]在图1所示实施例中，主核心交换机例如可以为24千兆端口以上、8万兆端口的核心环网工业交换机，信息节点中的交换机可以采用工业型交换机，进行宽温宽湿度设计，不含散热风扇，双电源供电。[0034]在本公开实施例中，每个信息节点组3ij的多个环网3in分别用于传输不同数据种类的数据，数据种类至少包括语音数据、定位数据、控制数据、视频数据。例如，在序号为1的中段平面31中，可以设置311环网用于传输语音数据，312环网用于传输定位数据，313环网用于传输控制数据，314环网用于传输视频数据，从而，在中段平面31需要连接新的网络设备时，可以根据该网络设备需要传输的数据种类将该新的网络设备连接到环网311～314中的任意一个，无需从核心交换机重新连接光缆，也无需在光缆上占用更多光纤，有效提高了6CN113078952A说　明　书4/6页网络利用效率，避免了相关技术存在的每种网络设备占用两根光纤、在建设头几个中段平面时将全部光纤占用、导致建设后期时光纤数量不够用或者光缆数量不够用，进而投入大量成本重新铺设光缆、更换光纤、修改网络架构的缺陷。[0035]在本公开实施例中，各信息节点组可以通过光纤配线架接入光缆。即在每个光纤配线架，使每个信息节点组均包括光纤配线架，主光缆中的各光纤连接光纤配线架，交换机通过光纤配线架与光纤连接。[0036]可以理解的是，主光缆中的多条光纤包括主光纤与备用光纤，备用光纤与主光纤的连接方式相同，数量相等。在设置备用光纤时，一条24芯主光缆可以允许部署6个环网，每个环网对应两条主光纤，两条备用光纤。这6个环网可以属于一或多个中段平面。为了建设更多的中段平面，可以将主光缆中的光纤数量设置为48芯或更多，本公开对此不作特殊限制。[0037]图2是本公开另一个实施例中用于智能矿山的网络拓扑结构的结构示意图。[0038]参考图2，用于智能矿山的网络拓扑结构200可以包括：[0039]至少一台备用核心交换机12，设置于地面数据中心，与主交换机11通过聚合方式通信；[0040]至少一条备用光缆22，每条备用光缆包括多条光纤，备用光缆与主光缆连接方式相同，铺设路径不同。[0041]主光缆与备用光缆的铺设路径例如可以包括混合井、副井、进风井、采准斜坡道中的至少两条。[0042]备用核心交换机可以与主核心交换机同为24千兆端口以上、8万兆端口的核心环网工业交换机时，主核心交换机与备用核心交换机可以随时变更身份，即互为冗余备份，进而实现事故零切换。通过为每台交换机连接备用光缆和备用核心交换机，可以在网络出现异常时，自动闭合断路线路，开启冗余线路，恢复数据通信。从而将环网自愈时间保证在30ms内，将环网交换机个数限制在50台内。通过采用多层环网拓扑结构，使网络在保障了链路冗余、设备冗余、环网冗余的高可靠性要求之外，还有效的为现场通信提供了负载均衡能力，极大地减轻了骨干网络的负荷及布线成本，为网络突发流量等极端状况提供了有效的防护措施。[0043]图3是本公开一个实施例中用于智能矿山的组网方法的流程图。图3所示实施例可以用于建设如图1所示的网络拓扑结构。[0044]参考图3，组网方法300可以包括：[0045]步骤S31，确定允许联网的中段平面的数量以及每个所述中段平面传输的数据种类的数量；[0046]步骤S32，根据所述每个所述中段平面传输的数据种类的数量、所述中段平面的数量确定主光缆中光纤的最小数量，其中一个中段平面的一个数据种类对应两条光纤；[0047]步骤S33，从主核心交换机引出所述主光缆；[0048]步骤S34，设置所述中段平面的信息节点组并通过所述信息节点组中各信息节点的交换机构建环网，将每个所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机与所述主光缆中对应的光纤连接。[0049]矿山一般在开发前期开发1‑2个首采中段，然后开发1‑2个运输中段，后期逐渐增7CN113078952A说　明　书5/6页加采掘中段及运输中段。即，矿山开发的总的中段平面数量是可以预估的，每个中段平面的功能也是可以预先规划的，从而，可以预先规划每个中段平面能够传输的数据种类的数量。[0050]为了适应技术发展情况，还可以适量增加冗余规划，在规划出中段平面数量和数据种类数量后，适当增加冗余光纤。[0051]在部署新的中段平面时，由于网络架构固定，可以在建设本中段平面的信息节点组后，直接与主光缆中对应的光纤进行连接，无需重新部署更改网络架构。由此，可以将后续开拓的中段平面的环网陆续部署在网络架构中，通过主光缆与主核心交换机通讯。以此部署智能矿山井下环网，可以最终形成多个千兆环网，甚至多个万兆环网。[0052]图4是本公开一个实施例中步骤S34的一个子流程图。[0053]参考图4，在建立一个中段平面的网络时，步骤可以包括：[0054]步骤S341，从其他环网的光纤配线架或核心交换机处续接本中段平面光缆；[0055]步骤S342，将所述本中段平面光缆连接到本中段平面的光纤配线架上，使所述本中段平面光缆成为所述主光缆的一段；[0056]步骤S343，确定所述主光缆中对应本中段平面的各环网的光纤；[0057]步骤S344，通过所述光纤配线架将每个所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机与所述主光缆中对应的光纤连接。[0058]图5是本公开实施例中主光缆与各信息节点组的连接示意图。[0059]参考图5，在本公开实施例中，主光缆21连接到各中段平面3i的光纤配线架3iL上。主光缆21中的各光纤的第二端均连接光纤配线架3iL上的连接点上，中段平面3i中的各环网3in通过光纤配线架3iL上的连接点连接到主光缆21的光纤上，进而通过主光缆21与主核心交换机实现通讯。从图5中可以看到，主光缆21中的富余光纤的第二端也连接在光纤配线架3iL的连接点上，将这些连接富余光纤的连接点称为富余连接点empty。如果不接入其他中段平面，主光缆的长度即为主核心交换机到光纤配线架3iL的长度L1。[0060]在建设其他中段平面，例如第i+1个中段平面时，可以从第i个中段平面3i的光纤配线架3iL上续接光缆，即本中段平面光缆，该本中段平面光缆的长度为第i个中段平面的光纤配线架3iL到第i+1个终端平面3(i+1)L的长度L2。续接的本中段平面光缆的各光纤连接到光纤配线架3iL的富余连接点empty上。一般而言，光缆的芯数是固定的，所以，如果本中段平面光缆连接到上一个中段平面的光纤配线架上，则本中段平面光缆必然存在第一端不连接任何连接点的空光纤，这些空光纤的第二端也可以不连接到光纤配线架3(i+1)L的连接点上。[0061]可以理解的是，在建设第一个中段平面时，第一个中段平面对应的本中段平面光缆从主核心交换机引出。[0062]续接光缆后，主光缆的长度L为L＝L1+L2。每建设一个中段平面，均需将上一个中段平面的光纤配线架上的全部富余光纤引出，直至不存在富余光纤或停止建设中段平面。建设完第i个中段平面的网络后，主光缆的长度L为L＝L1+L2+……+Li。[0063]通过使用光纤配线架续接光缆，可以在不变更网络架构的基础上不断部署新的中段平面，实现最低成本的组网。[0064]在本公开的一个实施例中，当主光缆中包括主光纤与备用光纤时，步骤S344也可以为通过光纤配线架将每个环网中用于连接核心交换机的两台交换机与主光缆中对应的8CN113078952A说　明　书6/6页主光纤和备用光纤连接，本公开于此不再赘述。[0065]图6是另一个实施例中组网方法的流程图。图6所示实施例可以用于建设如图2所示的网络拓扑结构。[0066]参考图6，在设置备份方案的时候，组网方法300还可以包括：[0067]步骤S35，从备用核心交换机引出至少一条备用光缆，所述备用光缆与所述主光缆的铺设路径不同；[0068]步骤S36，通过各中段平面的光纤配线架将所述备用光缆中的光纤与各所述环网中用于连接核心交换机的两台交换机进行连接，所述备用光缆与所述主光缆的连接方式相同。[0069]备用核心交换机和备用光缆的连接形式请参见图2以及图2描述。主光缆与多条备用光缆可以通过不同铺设路径铺设，以提高备份可靠性。铺设路径例如可以为混合井、副井、进风井、采准斜坡道中的至少两条。[0070]通过设置备份方案，可以有效提高组网的可靠性。[0071]综上所述，本公开实施例通过合理规划智能矿山井下数据传输路径，优化矿山井下工业网络组网方式，可以建设长期稳定的且便于升级改造的工业网络拓扑结构，减少因矿山深部开采造成的重复投资及安装建设工作，合理利用井下工业网络的基础上，把智能矿山井下语音数据、定位数据、控制数据、视频数据稳定可靠的传输至智能矿山数据中心。[0072]通过统筹规划简单稳定的智能矿山井下网络拓扑结构，在前期部署干线路径，为智能矿山持续开采打下基础。使得在智能矿山后期扩建时，简单部署即能满足智能矿山数据传输要求，有效减少智能矿山井下工业网络建设成本，增强网络的可维护性。[0073]应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。[0074]本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和构思由权利要求指出。9CN113078952A说　明　书　附　图1/3页图1图210CN113078952A说　明　书　附　图2/3页图3图411CN113078952A说　明　书　附　图3/3页图5图612