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专利号: 2017100939456
申请人: 青岛科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种水下无线传感网组网方法,其特征在于,所述水下无线传感网至少包括控制中心、汇聚节点、移动节点以及固定节点,所述固定节点固定于海底,所述移动节点悬浮或者漂浮于海中,所述固定节点或者移动节点完成数据收集并进行多跳依次发送至位于其上层的其他节点,最终发送至所述控制中心,所述水下无线传感网中两节点通信时包括以下步骤:(1)、第一节点采用声通信模式向第二节点发送请求信号;

(2)、第二节点收到来自第一节点的请求信号后,向水下其他所有节点以声通信模式发出清除发送信号,表明该第二节点已准备就绪接收,而其他所有节点暂停向所述第二节点发送数据;

(3)、第一节点收到清除发送信号后,对第一节点和第二节点的各个收发面进行光束训练,获取第一节点和第二节点的最优收发面,分别为p,q,以及获取最优收发面p和最优收发面q通信时的信噪比SNR(p,q);

(4)、判断信噪比SNR(p,q)是否达到光通信信噪比阈值;

(5)、若达到光通信信噪比阈值,则通过最优收发面p和最优收发面q采用光通信模式进行有效数据通信,若未达到光通信信噪比阈值,则采用声通信模式进行有效数据通信,步骤(3)中第一节点和第二节点的最优收发面的获取方法包括以下步骤,(31)、第一节点的处理器分别控制其光路控制器通过光发送面1、光发送面2、直至光发送面M定向发送光训练序列,当通过各光发送面发送光训练序列时,第二节点的处理器控制其光路控制器分别通过光接收面1、光接收面2、直至光接收面N定向接收发送的光训练序列,并记录各光接收面接收信号的信噪比SNR(i,j),其中,i=1,2…M;j=1,2…N,表示第一节点通过光发送面i发送,第二节点通过光接收面j接收信号的信噪比,M,N为大于1的整数;

(32)、从信噪比SNR(i,j)中找出最大信噪比SNR(p,q),并记录最大信噪比对应的最优收发面p,q。

2.根据权利要求1所述的水下无线传感网组网方法,其特征在于,步骤(5)之后还包括以下步骤:

(6)、在有效数据通信过程中每隔固定时间进行信噪比检测,若当前光通信信噪比低于光通信信噪比阈值则自适应切换至声通信模式,在采用声通信模式进行有效数据通信过程中,继续每隔固定时间切换至光通信模式进行光信噪比检测,若光信噪比超过光通信信噪比阈值则自适应停留在光通信模式,否则继续切回到声通信模式。

3.根据权利要求2所述的水下无线传感网组网方法,其特征在于,步骤(6)之后还包括以下步骤:

(7)、当第一节点中数据包的所有数据帧发送完毕,且第二节点全部接收后,第二节点向水下其他所有节点以声通信模式发送确认字符信号,通知第一节点及其他节点接收完毕,此次发送接收过程结束。

4.根据权利要求1所述的水下无线传感网组网方法,其特征在于,还包括每隔固定时间对所有节点通过采用三个水声接收换能器进行单基站二维定位的步骤以获得与控制中心相对的二维水平相对位置坐标,通过水下压力传感器获得第三维垂直坐标,继而根据控制中心绝对位置获取所有节点当前的绝对位置,在步骤(5)中进行有效数据通信时,第一节点同时向第二节点发送其包含绝对位置信息在内的探测数据。

5.根据权利要求1-4任一项所述的水下无线传感网组网方法,其特征在于,采用声通信模式时,信号调制编码方式采用PPM调制以及TURBO信道编码。

6.根据权利要求1-4任一项所述的水下无线传感网组网方法,其特征在于,采用光通信模式时,调制编码方式采用QAM调制以及RS信道编码。

7.一种水下无线传感网节点装置,其特征在于,包括外壳和设置在所述外壳内的处理器、分别与所述处理器连接的声通信电路、光通信电路、水下传感器信息采集接口电路、电源管理电路,所述声通信电路包括水声发送换能器、水声接收换能器、声编码电路、声译码电路,所述声编码电路连接在所述处理器与所述水声发送换能器之间,所述声译码电路连接在所述水声接收换能器与所述处理电路之间,所述光通信电路包括光发送器、光接收器、光调制器、光解调器、光路控制器、光编码电路、光译码电路,所述光编码电路与所述处理器连接,所述光调制器一端与所述光编码电路连接,另外一端与所述光路控制器连接,所述光译码电路与所述处理器连接,所述光解调器连接在所述光路控制器与所述光译码电路之间,所述外壳上具有若干个光收发面,所述光路控制器用于控制选择其中一个光收发面进行光信号收发,两个传感网节点装置之间通信时包括以下步骤:(1)、第一节点采用声通信模式向第二节点发送请求信号;

(2)、第二节点收到来自第一节点的请求信号后,向水下其他所有节点以声通信模式发出清除发送信号,表明该第二节点已准备就绪接收,而其他所有节点暂停向所述第二节点发送数据;

(3)、第一节点收到清除发送信号后,对第一节点和第二节点的各个收发面进行光束训练,获取第一节点和第二节点的最优收发面,分别为p,q,以及获取最优收发面p和最优收发面q通信时的信噪比SNR(p,q);

(4)、判断信噪比SNR(p,q)是否达到光通信信噪比阈值;

(5)、若达到光通信信噪比阈值,则通过最优收发面p和最优收发面q采用光通信模式进行有效数据通信,若未达到光通信信噪比阈值,则采用声通信模式进行有效数据通信。

8.根据权利要求7所述的水下无线传感网节点装置,其特征在于,所述若干个光收发面均匀布设在所述外壳表面,组成正多面体结构,各光收发面上设置有透镜,用于光聚集发送和光聚集接收。

9.根据权利要求8所述的水下无线传感网节点装置,其特征在于,所述水声接收换能器具有三个,用于对本节点装置进行单基站二维定位以获得相对控制中心的二维水平相对位置坐标,通过水下压力传感器获得第三维垂直坐标。