基于5G分布式MEC网络的矿井安防巡检系统及方法与流程

基于5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统及方法
技术领域
1.本发明涉及矿井巡检领域，尤其涉及基于5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统及方法。


背景技术：

2.多边计算mec(mec，multi-access edge computing)是5g技术的重要内容，其中mec的部署设计对于mec带来的降低部署成本以及节省能耗至关重要，但是，相关技术中的mec的部署设计大多并不适应矿井巡检场景，这导致了mec在矿井巡检领域的落地困难。


技术实现要素：

3.本发明提供了基于5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统及方法。
4.本技术实施例第一方面，基于5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统，所述系统包括：多个功能性mec节点以及每一所述功能性mec节点对应的多个巡检子网，每一所述巡检子网包括多个巡检基础单元，所述功能性mec节点为用于输出巡检结果的mec节点；
5.每一所述巡检子网包括唯一对应的接入层mec节点和将数据最终传输至所述接入层mec节点的全部其他节点，所述接入层mec节点与唯一的功能性mec节点具备对应关系；
6.每一所述巡检基础单元包括唯一对应的巡检数据处理节点和将数据最终传输至所述巡检数据处理节点的全部其他节点，所述巡检数据处理节点与唯一的接入层mec节点具备对应关系；
7.所述系统中具备通信连接关系的任意两个节点之间基于5g技术进行通信，每一所述功能性mec节点与其对应的多个巡检子网符合预设的5g部署节点数要求。
8.在一个实施例中，每一所述巡检基础单元包括多个井内固设巡检节点顺跳节点、直跳节点，所述顺跳节点用于按照顺跳模式将由井内固设巡检节点采集到的数据最终传输至对应的巡检数据处理节点，所述直跳节点用于将获取到的数据直接传输至应的巡检数据处理节点。
9.在一个实施例中，所述系统还包括移动节点，所述移动节点配置于在矿井中移动的矿井巡检车辆，用于向距离所述移动节点最近的直跳节点传输采集到的数据，所述直跳节点获取的数据可以来自所述移动节点，也可以来自对应的井内固设巡检节点，所述移动节点用于采集图像数据，所述井内固设巡检节点用于采集物理信号对应的数据。
10.在一个实施例中，所述5g部署节点数要求包括：
11.对于任一功能性mec节点来说，对应唯一目标矩形区域，所述目标矩形区域的中心为所述功能性mec节点，并且所述目标矩形区域包括所述功能性mec节点对应的多个巡检子网中的全部接入层mec节点；基于落入该功能性mec节点对应的目标矩形区域内的全部节点确定三个指标参数，所述三个指标参数分别记为ea、eb、ec，其含义分别为节点平均耗电能力、可调节的适配参数以及节点平均传播能量衰减能力；
12.所述目标矩形区域被划分为多个空心矩形和位于所述目标矩形区域中间的实心
矩形，所述多个空心矩形的中心都为所述功能性mec节点的位置，并且各所述空心矩形具备相同边宽；
13.第一个空心矩形中各类型节点的总数量为c1，c1等于预设的节点密度乘以第一个空心矩形面积；
14.第j个空心矩形中各类型节点的总数量为cj，cj等于预设的节点密度乘以第j个空心矩形面积。
15.在一个实施例中，对于任意空心矩形i，i大于2小于j，对于落入所述空心矩形i中的任一接入层mec节点，将所述接入层mec节点对应的巡检子网中全部节点到该接入层mec节点的平均距离，确定为第一距离，将落入所述空心矩形中的各个接入层mec节点分别对应的第一距离的均值确定为第二距离，将落入所述空心矩形中的各个接入层mec节点之间的平均距离确定为第三距离；
16.如果所述第二距离和所述第三距离都小于预设距离阈值，则将所述空心矩形i的面积和预设的节点密度的乘积确定为第一参考值；
17.将(2ea+eb+ec*第二距离的平方)与cj的乘积确定为第二参考值；
18.将(e
d-e
a-ef)与eg的乘积确定为第三参考值；其中，ed表示ec，与第二距离的平方，的乘积；ef表示ec，与第三距离的平方，的乘积，eg为落入空心矩形i中接入层mec节点的期望数量；
19.将2eaehcj确定为第四参考值，所述eh为下标大于i的各空心矩形分别对应的接入层mec节点的期望数量的总和；
20.将ecehcj与，第三距离平方的，乘积确定为第五参考值；
21.基于第五参考值和第四参考值的总和，与，第二参考值和第三参考值的总和之间的比值，确定第一调整参数；
22.将所述第一参考值与所述第一调整参数的和的整数部分确定为空心矩形i中的节点总数。
23.在一个实施例中，如果所述第二距离小于或等于所述预设距离阈值，并且第三距离大于所述预设阈值，将(2ea+eb+ec*第三距离的四次方)与cj的乘积确定为第六参考值；
24.将ecehcj与，第三距离四次方的乘积确定为第七参考值；
25.基于第七参考值和第四参考值的总和，与，第六参考值和第三参考值的总和之间的比值，确定第二调整参数；
26.将所述第一参考值与所述第二调整参数的和的整数部分确定为空心矩形i中的节点总数。
27.本技术实施例第二方面，提供一种安防巡检方法，所述方法包括：
28.激活基于5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统，所述系统为前述的系统；任一所述移动节点执行下述操作：
29.采集图像信息，将对所述图像信息的压缩结果传输至距离所述移动节点最近的直跳节点；
30.所述直跳节点将所述压缩结果传输至所述巡检数据处理节点。
31.本技术实施例通过对5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统的mce节点相关布局进行了设计，从而充分保证各节点的综合能量耗损在矿井巡检场景下落入需要的可用范围
内，从而确保在矿井巡检场景下mec充分发挥作用，既能够具备mec带来的降低部署成本以及节省能耗的优势，又综合降低mec自身的能量耗损，使得基于5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统及方法可以在矿井巡检场景下真正实现落地应用。
附图说明
32.图1是本发明提供的5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统的框架示意图；
33.图2是本发明提供的自研预处理方式方法流程图；
34.图3是本发明提供的巡检数据处理节点执行操作示意图；
35.图4是本发明提供的接入层mec节点执行操作示意图。
具体实施方式
36.需要首先提出的是，本技术实施例对于重点内容进行重点阐述，对于本技术实施例并未阐述的内容均是本领域技术人员可以根据现有技术可以在不付出创造性劳动的情况下所获知的，因此并不会影响本技术实施例的实施。以及执行任何数据处理的时候使用的数据除了本技术实施例特别提出的之外，也必然包括可以基于数据处理动作和数据处理结果可以毫无疑义确定的其他数据，或者本领域技术人员根据现有技术可以在不付出创造性劳动的情况下即可确定出的其他数据，比如未详细言明的位置信息、时间信息、网络地址信息等，这些可以被视为是隐含公开内容。
37.本发明实施例公开了基于5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统，该系统中各种类型的节点各司其职，从而自动化完成矿井巡检任务。请参考图1，其示出5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统的框架示意图。该系统包括多个功能性mec节点以及每一所述功能性mec节点对应的多个巡检子网。
38.每一所述巡检子网包括多个巡检基础单元，所述功能性mec节点为用于输出巡检结果的mec节点。
39.每一所述巡检子网包括唯一对应的接入层mec节点和将数据最终传输至所述接入层mec节点的全部其他节点，所述接入层mec节点与唯一的功能性mec节点具备对应关系。其中，“将数据最终传输至所述接入层mec节点”为该全部其他节点的唯一要求，对于全部其他节点的具体节点类型没有要求，比如，其可以包括井内固设巡检节点、移动节点、顺跳节点、直跳节点和巡检数据处理节点中的多种。
40.每一所述巡检基础单元包括唯一对应的巡检数据处理节点和将数据最终传输至所述巡检数据处理节点的全部其他节点，所述巡检数据处理节点与唯一的接入层mec节点具备对应关系。其中，“将数据最终传输至所述巡检数据处理节点”为该全部其他节点的唯一要求，对于全部其他节点的具体节点类型没有要求，其可以包括井内固设巡检节点、移动节点、顺跳节点和直跳节点中的多种。
41.所述系统中具备通信连接关系的任意两个节点之间基于5g技术进行通信，每一所述功能性mec节点与其对应的多个巡检子网符合预设的5g部署节点数要求。
42.具体来说，各个节点的详细信息请参考下文：
43.移动节点：所述移动节点配置于在矿井中移动的矿井巡检车辆，移动节点的物理位置可能实时变动，移动节点向距离其自身最近的直跳节点传输数据。移动节点按照第一
预设频率采集图像信息，将对所述图像信息的处理结果传输至距离所述矿井巡检车辆最近的直跳节点。当然，本技术实施例并不对第一预设频率进行限定，其可以每10秒采集一次图像信息。当然，本技术实施例也不限定图像信息的处理方式，比如，可以使用现有技术中常见的图像压缩方式对图像进行压缩后得到图像信息的处理结果。
44.巡检数据处理节点：可以被认为是对移动节点和井内固设巡检节点分别采集的数据进行综合处理的节点。任一时刻下任何移动节点和井内固设巡检节点都有自身唯一对应的一个巡检数据处理节点，并且任何移动节点和井内固设巡检节点中数据的都会最终被传输至与其自身唯一对应的巡检数据处理节点。
45.直跳节点：将接收到的数据直接传输给对应的巡检数据处理节点的节点。
46.顺跳节点：只能将接收到的数据传输给具备通信连接关系的下一个节点，该节点可能是下一个顺跳、该顺跳节点对应的直跳节点或者巡检数据处理节点。该顺跳节点对应的直跳节点，与，该顺跳节点必然最终对应相同的巡检数据处理节点。
47.井内固设巡检节点：所述井内固设巡检节点固设于矿井内部，所述井内固设巡检节点向与其具备固有通信关系的节点传输数据。具体来说，井内固设巡检节点可以按照第二预设频率采集对应的物理信号，将所述物理信号进行预处理，并将预处理结果经由可选择路径传输至对应的巡检数据处理节点。所述可选择路径包括下述至少之一：由所述井内固设巡检节点对应的直跳节点形成的路径；由至少一个顺跳节点形成的路径。也就是说，井内固设巡检节点可以直接将预处理结果传输至对应的直跳节点，由该直跳节点直接将传输给对应的巡检数据处理节点。
48.井内固设巡检节点也可以将预处理结果传输至与其自身具备直接通信链接的顺跳节点，顺跳节点通过顺跳模式将该预处理结果传输至下一个顺跳节点，或者传输至该顺跳节点对应的直跳节点，从而最终达到将数据传输给该顺跳节点对应的巡检数据处理节点的目的。顺跳模式指的是按照预设链路顺序传输数据的模式。本技术实施例并不对第二预设频率进行限定，比如，可以限定1分钟一次。当然，如果该顺跳节点的下一个节点就是该顺跳节点对应的巡检数据处理节点，直接传输即可。
49.本技术实施例中并不限定井内固设巡检节点所采集的物理信号的类型，可以根据矿井巡检的实际情况进行设定，单一的井内固设巡检节点可以采集一类或多类物理信号，该物理信号包括但不限于二氧化碳浓度信号、一氧化碳浓度信号、氧气浓度信号、可吸入颗粒物浓度序号、温度信号、湿度信号等。不同的井内固设巡检节点采集的物理信号相同或不同。
50.本技术实施例中的预处理操作的目的使得预处理结果能够更敏捷地体现物理信号的变化倾向。本技术实施例提出一种自研预处理方式，请参考图2，该预处理方式包括：
51.将顺序采集到的多个同类型物理信号所形成的序列确定为l0＝{l0,l1，l2，
……
，ln}，n为序列长度；当然对于该序列长度不做要求，比如，可以限定n为100；
52.对于非初始值的任意li，i为大于0且小于等于n的整数，如果li相对于l
i-1
的变化幅度大于预设幅度限制，将li与l
i-1
的基于权值加和值作为l
i1
，否则，将li作为l
i1
，本步骤使用的权值总和为1，并且权值和预设幅度限制可以根据实际情况进行设定，也可以经由实验得到，比如，li与l
i-1
分别对应的权值可以为0.7和0.3，从而得到序列l1＝{l0，
……
，l
n1
}。
53.基于序列l1＝{l0，
……
，l
n1
}得到序列l2＝{l0，
……
，l
n2
}，其中，对于非初始值的任
意l
i2
，都有l
i2
＝α*(l
i1-l
i-11
)，其中，α为预设的差值放大系数，可以根据实际情况进行设定，或者实验设定。
54.对于序列l3＝{l0，
……
，l
n3
}而言，对于非初始值的任意l
i3
，都有l
i3
＝l
i2
+α*β*l
i1
+l
i-13
，其中，β为实验参数，可以根据实验设定。
55.确定序列l4＝{l0，
……
，l
n4
}和l5＝{l0，
……
，l
n5
}，l
i4
为l
i3
和l
i-15
的基于权值加和值，本步骤使用的权值总和为1，并且权值可以根据实际情况进行设定。并且，在l
i4
与li之间的变化幅度大于预设幅度门限的情况下，l
i4
与l
i5
相等，否则，将l
i4
与li之间的变化幅度确定为目标权值γ，将li和l
i4
的基于权值加和值确定为l
i5
，其中li和l
i4
分别对应的权值为1-γ和γ。而l5即为预处理后得到的序列。预设幅度门限可以根据实验设定。即预处理结果。
56.需要特别指出的是，不同的物理量的绝对值、变化值等差距是很大的，因此，该预处理方法中存在多个需要实验设定的值，但是这些值都可以通过实验方式来进行设定和调整，而实验方式本身也是常规的，因此，这些值的取值与否以及是否公开都不构成影响本技术实施例实施的限定条件或者充分条件。
57.请参考图3，巡检数据处理节点可以按照第三预设频率提取获取到的目标数据，所述目标数据包括图像信息处理结果和/或物理信号预处理结果；对所述目标数据进行封装处理，将封装包发送至对应的接入层mec节点，并且删除本地的所述封装包和所述目标数据。本技术实施例并不对第三预设频率以及封装方法进行限定，可以参考现有技术，第三预设频率可以基于实际情况进行设定。任何巡检数据处理节点都有自身唯一对应的一个接入层mec节点，并且巡检数据处理节点中数据的都会最终被传输至与其自身唯一对应的接入层mec节点。当然，一个接入层mec节点可以接收并处理多个巡检数据处理节点的数据。
58.接入层mec节点：请参考图4，其可以按照第四预设频率提取获取到的封装包，根据封装包来源进行封装包分类，将封装包分类结果传输至对应的功能性mec节点。本技术实施例并不对第四预设频率以及封装包分类方法进行限定，可以参考现有技术，第四预设频率可以基于实际情况进行设定。任何接入层mec节点都有自身唯一对应的一个功能性mec节点，并且接入层mec节点中数据的都会最终被传输至与其自身唯一对应的功能性mec节点。当然，一个功能性mec节点可以接收并处理多个接入层mec节点的数据。在一个实施方式中，封装包分类指的是对获取到的封装包按照ip来源进行分类，相同ip来源的封装包被压缩在一个压缩封装包中，基于该ip来源对应私钥对该压缩封装包进行加密，并将加密结果(封装包分类结果)传输至功能性mec节点。
59.功能性mec节点：实时对获取到的数据包进行数据融合，得到每一数据包对应的数据融合结果；对所述数据融合结果进行mec处理；向所述数据融合结果对应的封装包来源反馈mec结果。可见，接入层mec节点可以用于存储封装包分类结果，以及对应的mec结果。功能性mec节点首先对接收到的各数据包进行对应的公钥解密，针对每一个数据包，得到该数据包对应的若干数据，这些数据中可能有图像处理结果，也可能有物理信号的预处理结果，将这些数据进行融合以及mec，即可得到最终的mec结果。融合和mec可以基于预设的矿井参量处理模型来实施，该矿井参量处理模型被分布式部署于各个功能性mec节点。指向该矿井参量处理模型的任一功能性mec节点执行下述操作：对获取到的数据包中的各数据进行融合处理，得到融合结果，根据该融合结果拟合矿井风险指标值，将拟合结果作为mec结果。该矿井参量处理模型中融合操作和拟合操作都是ai领域常用操作，训练方法也可以使用ai领域
常用方法，对此，本技术实施例不做限定。
60.除了直跳节点可以直通对应的巡检数据处理节点之外，其他类型的节点都只能按照固定的链路传播数据。井内固设巡检节点可以与对应的直跳节点、或者，与该井内固设巡检节点相邻的具备直接通信关系的顺跳节点择一通信。如何选择可以根据实际情况进行设定。移动节点与距离上与其最近的直跳节点进行通信。固定巡检点和移动节点都最终将数据汇总至对应的巡检数据处理节点，进而经由对应的接入层mec节点最终传输至对应的功能性mec节点。所述系统中具备通信连接关系的任意两个节点之间基于5g技术进行通信，所述系统不存在孤立节点。
61.所述系统包括移动节点、井内固设巡检节点、直跳节点、顺跳节点、巡检数据处理节点、接入层mec节点和功能性mec节点。任意时刻下任一所述移动节点有自身唯一对应的一个直跳节点，任一所述直跳节点有自身唯一对应的一个巡检数据处理节点，任一所述井内固设巡检节点对应唯一一个直跳节点和唯一一个顺跳节点，任一巡检数据处理节点对应至少一个顺跳节点，每一所述顺跳节点有自身唯一对应的一个巡检数据处理节点，任一所述接入层mec节点对应多个巡检数据处理节点，每一所述巡检数据处理节点有自身唯一对应的一个接入层mec节点，任一所述功能性mec节点对应多个接入层mec节点，每一所述接入层mec节点有自身唯一对应的一个功能性mec节点。
62.通过引入mec来进行矿井巡检是本技术实施例工作重点之一，mec相关的节点数控制对于mec效能而言至关重要，也是其在矿井巡检场景中落地的关键技术之一。本技术结合矿井巡检实际需求提出了对于mec的设计要求，具体来说是节点数控制要求。其具体内容请参考下文：
63.对于任一功能性mec节点来说，对应唯一目标矩形区域，所述目标矩形区域的中心为所述功能性mec节点，并且所述目标矩形区域包括所述功能性mec节点对应的多个巡检子网中的全部接入层mec节点；基于落入该功能性mec节点对应的目标矩形区域内的全部节点确定三个指标参数，所述三个指标参数分别记为ea、eb、ec，其含义分别为节点平均耗电能力、可调节的适配参数以及节点平均传播能量衰减能力；可调节的适配参数基于矿井巡检实际要求设定本技术实施例对其不做限定。
64.所述目标矩形区域被划分为多个空心矩形和位于所述目标矩形区域中间的实心矩形，所述多个空心矩形的中心都为所述功能性mec节点的位置，并且各所述空心矩形具备相同边宽；
65.第一个空心矩形中各类型节点的总数量为c1，c1等于预设的节点密度乘以第一个空心矩形面积；预设的节点密度基于矿井巡检实际要求设定本技术实施例对其不做限定。
66.第j个空心矩形中各类型节点的总数量为cj，cj等于预设的节点密度乘以第j个空心矩形面积。j为大于2的空心矩形总数。
67.对于任意空心矩形i，i大于2小于j，对于落入所述空心矩形i中的任一接入层mec节点，将所述接入层mec节点对应的巡检子网中全部节点到该接入层mec节点的平均距离，确定为第一距离，将落入所述空心矩形中的各个接入层mec节点分别对应的第一距离的均值确定为第二距离，将落入所述空心矩形中的各个接入层mec节点之间的平均距离确定为第三距离；
68.如果所述第二距离和所述第三距离都小于预设距离阈值，则将所述空心矩形i的
面积和预设的节点密度的乘积确定为第一参考值。预设距离阈值基于矿井巡检实际要求设定本技术实施例对其不做限定。
69.将(2ea+eb+ec*第二距离的平方)与cj的乘积确定为第二参考值；
70.将(e
d-e
a-ef)与eg的乘积确定为第三参考值；其中，ed表示ec，与第二距离的平方，的乘积；ef表示ec，与第三距离的平方，的乘积，eg为落入空心矩形i中接入层mec节点的期望数量；
71.将2eaehcj确定为第四参考值，所述eh为下标大于i的各空心矩形分别对应的接入层mec节点的期望数量的总和；
72.将ecehcj与，第三距离平方的，乘积确定为第五参考值；
73.基于第五参考值和第四参考值的总和，与，第二参考值和第三参考值的总和之间的比值，确定第一调整参数；
74.将所述第一参考值与所述第一调整参数的和的整数部分确定为空心矩形i中的节点总数。
75.如果所述第二距离小于或等于所述预设距离阈值，并且第三距离大于所述预设阈值，将(2ea+eb+ec*第三距离的四次方)与cj的乘积确定为第六参考值；
76.将ecehcj与，第三距离四次方的乘积确定为第七参考值；
77.基于第七参考值和第四参考值的总和，与，第六参考值和第三参考值的总和之间的比值，确定第二调整参数；
78.将所述第一参考值与所述第二调整参数的和的整数部分确定为空心矩形i中的节点总数。
79.本技术实施例通过对5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统的mce节点相关布局进行了设计，从而充分保证各节点的综合能量耗损在矿井巡检场景下落入需要的可用范围内，从而确保在矿井巡检场景下mec充分发挥作用，既能够具备mec带来的降低部署成本以及节省能耗的优势，又综合降低mec自身的能量耗损，使得基于5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统及方法可以在矿井巡检场景下真正实现落地应用。
80.巡检基础单元是系统的数据采集与传输的基础单元，其性能对于系统而言的重要性不言而喻。对该巡检基础单元的设计要兼容数据传输效率、节点综合耗能和数据传输鲁棒性等多种要求，是系统建设的核心内容之一。综合考虑到巡检基础单元的各种要求，本技术实施例提出了该巡检基础单元的构建要求，基于该构建要求构建的巡检基础单元即可被认为满足系统中对于巡检基础单元的要求。该构建要求可以被认为是本技术实施例对巡检基础单元研发过程所得到的研发成果的直接体现。该构建要求的具体内容如下：
81.所述巡检基础单元中有s0个节点为直跳节点，s1个其他类型的节点，所述巡检基础单元对应的通信状态矩阵可以被表示为一个(s0+s1)行，s0列的矩阵m，s0大于1，s1大于3，对于矩阵m的任意通信状态元素m
ij
而言，只有当下标为i的节点中的数据经由下标为j的直跳节点进行传输的情况下m
ij
才能取值为1，否则为0。s0和s1上限值理论上不做限定，实际情况的上限值可以根据场景要求设定，对该巡检基础单元中固设巡检节点的数量不做限定，可以有多个。
82.确定各节点组分别对应的目标链路长度，具体步骤包括，针对任意节点组(notei,notej)，分别确定节点组(notei,notej)对应的第一链路以及节点组(notei,notej)对应的第
二链路，所述第一链路为下标为i的节点经由下标为j的直跳节点将数据传输至巡检数据处理节点的耗能最低链路，所述第二链路为所述下标为i的节点在不经由下标为j的直跳节点将数据传输至巡检数据处理节点的耗能最低链路；将所述第一链路和所述第二链路中的最短链路长度确定为所述节点组(notei,notej)对应的目标链路长度；耗能最低链路可以指的就是物理距离最短链路。
83.基于所述通信状态矩阵，和各节点组分别对应的目标链路长度，部署所述巡检基础单元。具体来说，针对任一节点组(notei,notej)，在所述通信状态矩阵中查询对应的通信状态元素m
ij
；将所述通信状态元素m
ij
和节点组(notei,notej)对应的目标链路长度的乘积确定为所述节点组(notei,notej)的指标耗能参数；以各节点组分别对应的指标耗能参数总和最小化为约束条件，部署所述巡检基础单元。被部署的该巡检基础单元在进行部署设计的阶段，也可以不考虑移动节点，因为移动节点对于部署代价影响不大，也就是前文中(s0+s1)中可以不统计移动节点，当然，也可以根据实际情况统计移动节点，都影响不大。
84.在成功部署该巡检基础单元的基础上，对接接入层mec节点和功能性mec节点，即可得到系统，在激活该系统之后，即可进行矿井巡检。该系统中任一所述移动节点执行下述操作：采集图像信息，将对所述图像信息的压缩结果传输至距离所述移动节点最近的直跳节点；所述直跳节点将所述压缩结果传输至所述巡检数据处理节点。
85.本技术实施例通过对系统进行结构设计和分类设计，保证了各个节点的负载均衡，不同类型节点之间的高度功能性解耦，对节点的位置和类型分布都提出了约束方式从而确保巡检基础单元可以在提供强大的数据处理能力以及数据通信能力的基础上，最大限度降低通信成本，尤其适用于矿井巡检领域。

技术特征：
1.基于5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统，其特征在于，所述系统包括：多个功能性mec节点以及每一所述功能性mec节点对应的多个巡检子网，每一所述巡检子网包括多个巡检基础单元，所述功能性mec节点为用于输出巡检结果的mec节点；每一所述巡检子网包括唯一对应的接入层mec节点和将数据最终传输至所述接入层mec节点的全部其他节点，所述接入层mec节点与唯一的功能性mec节点具备对应关系；每一所述巡检基础单元包括唯一对应的巡检数据处理节点和将数据最终传输至所述巡检数据处理节点的全部其他节点，所述巡检数据处理节点与唯一的接入层mec节点具备对应关系；所述系统中具备通信连接关系的任意两个节点之间基于5g技术进行通信，每一所述功能性mec节点与其对应的多个巡检子网符合预设的5g部署节点数要求。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每一所述巡检基础单元包括井内固设巡检节点、顺跳节点、直跳节点，所述顺跳节点用于按照顺跳模式将由井内固设巡检节点采集到的数据最终传输至对应的巡检数据处理节点，所述直跳节点用于将获取到的数据直接传输至应的巡检数据处理节点。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括移动节点，所述移动节点配置于在矿井中移动的矿井巡检车辆，用于向距离所述移动节点最近的直跳节点传输采集到的数据，所述直跳节点获取的数据可以来自所述移动节点，也可以来自对应的井内固设巡检节点，所述移动节点用于采集图像数据，所述井内固设巡检节点用于采集物理信号对应的数据。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述5g部署节点数要求包括：对于任一功能性mec节点来说，对应唯一目标矩形区域，所述目标矩形区域的中心为所述功能性mec节点，并且所述目标矩形区域包括所述功能性mec节点对应的多个巡检子网中的全部接入层mec节点；基于落入该功能性mec节点对应的目标矩形区域内的全部节点确定三个指标参数，所述三个指标参数分别记为e
a
、e
b
、e
c
，其含义分别为节点平均耗电能力、可调节的适配参数以及节点平均传播能量衰减能力；所述目标矩形区域被划分为多个空心矩形和位于所述目标矩形区域中间的实心矩形，所述多个空心矩形的中心都为所述功能性mec节点的位置，并且各所述空心矩形具备相同边宽；第一个空心矩形中各类型节点的总数量为c1，c1等于预设的节点密度乘以第一个空心矩形面积；第j个空心矩形中各类型节点的总数量为cj，cj等于预设的节点密度乘以第j个空心矩形面积。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，对于任意空心矩形i，i大于2小于j，对于落入所述空心矩形i中的任一接入层mec节点，将所述接入层mec节点对应的巡检子网中全部节点到该接入层mec节点的平均距离，确定为第一距离，将落入所述空心矩形中的各个接入层mec节点分别对应的第一距离的均值确定为第二距离，将落入所述空心矩形中的各个接入层mec节点之间的平均距离确定为第三距离；如果所述第二距离和所述第三距离都小于预设距离阈值，则将所述空心矩形i的面积
和预设的节点密度的乘积确定为第一参考值；将(2e
a
+e
b
+e
c
*第二距离的平方)与cj的乘积确定为第二参考值；将(e
d-e
a-e
f
)与e
g
的乘积确定为第三参考值；其中，e
d
表示e
c
，与第二距离的平方，的乘积；e
f
表示e
c
，与第三距离的平方，的乘积，e
g
为落入空心矩形i中接入层mec节点的期望数量；将2e
a
e
h
cj确定为第四参考值，所述e
h
为下标大于i的各空心矩形分别对应的接入层mec节点的期望数量的总和；将e
c
e
h
cj与，第三距离平方的，乘积确定为第五参考值；基于第五参考值和第四参考值的总和，与，第二参考值和第三参考值的总和之间的比值，确定第一调整参数；将所述第一参考值与所述第一调整参数的和的整数部分确定为空心矩形i中的节点总数。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，如果所述第二距离小于或等于所述预设距离阈值，并且第三距离大于所述预设阈值，将(2e
a
+e
b
+e
c
*第三距离的四次方)与cj的乘积确定为第六参考值；将e
c
e
h
cj与，第三距离四次方的乘积确定为第七参考值；基于第七参考值和第四参考值的总和，与，第六参考值和第三参考值的总和之间的比值，确定第二调整参数；将所述第一参考值与所述第二调整参数的和的整数部分确定为空心矩形i中的节点总数。7.一种安防巡检方法，其特征在于，所述方法包括：激活基于5g分布式mec网络的矿井安防巡检系统，所述系统为权利要求1至6中任意一项所述的系统；任一所述移动节点执行下述操作：采集图像信息，将对所述图像信息的压缩结果传输至距离所述移动节点最近的直跳节点；所述直跳节点将所述压缩结果传输至所述巡检数据处理节点。

技术总结
本发明公开了基于5G分布式MEC网络的矿井安防巡检系统及方法，通过对5G分布式MEC网络的矿井安防巡检系统的MCE节点相关布局进行了设计，从而充分保证各节点的综合能量耗损在矿井巡检场景下落入需要的可用范围内，从而确保在矿井巡检场景下MEC充分发挥作用，既能够具备MEC带来的降低部署成本以及节省能耗的优势，又综合降低MEC自身的能量耗损，使得基于5G分布式MEC网络的矿井安防巡检系统及方法可以在矿井巡检场景下真正实现落地应用。在矿井巡检场景下真正实现落地应用。在矿井巡检场景下真正实现落地应用。


技术研发人员：张建军 张庆铭
受保护的技术使用者：浙江华络通信设备有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/22