[發明專利]一種基于水聲和無線電混合信道的對等網絡

有效

• 申請號: 201110053563.3
• 申請日: 2011-03-07
• 公開（公告）號: CN102546323A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 黃建純;郭中源;賈寧;周建清;馬力;陳巖;陳庚
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H04L12/28
• 分類號: H04L12/28;H04L29/08;H04L12/56;H04L1/18;H04B13/02
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

技術領域

本發明涉及水聲通信、無線網絡通信技術，特別涉及一種基于水聲和無線電混合信道的對等網絡。?

背景技術

在淺海通信中，聲信號傳播受海底海面的影響比較明顯，其傳播衰減要比深海大得多，因此淺海水聲通信的作用距離有限。高速率水聲通信由于所選取的載波頻率一般都較高，因此其作用距離大致在幾公里到十幾公里之間；低速率水聲通信選用較低的載頻或者更為可靠的調制方式，作用距離一般可達到幾十公里。?

借鑒陸地通信網絡的相關技術，結合水聲信道的特殊性，水聲網絡的研究在網絡結構、通信機制以及網絡協議方面取得了一系列的成果。最能代表水聲網絡發展狀況的是美國軍研究辦(ONR)和空海戰系統中心(SPAWAR)研發的seaweb網絡。該系統將若干移動的和固定的水下傳感器節點通過聲連接組成一個分布式雙向無線網絡，用于水下戰場檢測、海洋遙測、UUV控制和其他水下無線數字通信應用。系統中的網絡節點分為網關節點、中繼節點和普通傳感器節點，普通傳感器節點負責采集水下信息，由中繼節點通過設定的路由傳遞至網關節點，網關節點具有水下聲/射頻(RACOM)通信接口，然后通過衛星或者艦載聲納最終送到岸上或者艦上的處理中心，處理中心對來自各節點的數據進行綜合分析，供指揮中心決策。通過多次海試的不斷完善和補充，目前seaweb已成為規模最大的在研實用水聲網絡，網絡節點最多17個，最少3個，拓撲為分簇多跳結構，工作在5米到15米深的海域，節點間距依信道情況的不同，從3公里到7公里不等。而且已經具有很強的自組織能力，如進行自動節點識別、時鐘同步達到0.1秒到1.0秒量級、節點自定位達到100米量級、節點更新和失效后的網絡能夠重新配置等等。?

當前，已有的水聲網絡多采用分簇式結構：水下分布式節點通過其它水下分布式節點中繼或直接與“簇頭節點”進行通信，發往任何節點的數據都需要先傳給“簇頭節點”，再由簇頭決定轉發傳輸路徑。在實際海洋監測、水下警戒或探測等應用場所，所布置水下各網絡節點之間需要傳輸大量數據，一些水面節點如水面艦船也需要與水下節點之間交互數據，此分簇式結構的網絡工作效率低，有時甚至不能滿足傳輸大量數據的要求。?

發明內容

本發明的目的在于，為解決上述問題，提出一種基于水聲和無線電混合信道的對等網絡，該結構的對等網絡比分簇式結構效率更高。?

為實現上述發明目的，本發明提出一種基于水聲和無線電混合信道的對等網絡，該網絡包括：若干水面節點和若干水下節點；其特征在于，該網絡中的每一個節點在信息的傳輸上具有同等能力；所述的對等網絡采用集中管理與相關控制信息頒發機制，選任一水面節點作為中心節點負責管理監控整個網絡；在系統初始化或者拓撲結構發生變化時，中心節點將根據網絡系統實時的連接情況計算各個節點的本地路由表，然后，由近及遠地將這些路由表發送給對應節點；在通信過程中，各節點在接收到一幀數據后，根據幀頭中的地址信息及本地路由表來判斷其轉發路徑，實現網絡中任意兩節點對等通信；其中，所述的中心節點管理監控包括：網絡拓撲結構變化、路由轉發表到各節點頒發、水下節點接入管理和各網絡節點工作運行情況。?

所述的中心節點通過獲取各個節點的位置來監控網絡拓撲結構變化。?

所述的水面節點通過GPS查詢其位置。?

所述的一水下節點與其他節點通信時，數據幀的幀頭中加入發送時間信息，該水下節點附近的水面節點收到此數據幀，解析此幀頭，將接收時間與發射時間進行對比，參照工作海區的聲速，計算得出收發兩點間的距離；水面節點得到其與任一水下節點距離后，通過無線電將此距離發送給中心節點，中心節點通過至少三個水面節點到該水下節點的距離及對應水面節點的位置計算出該水下節點的位置；并根據節點位置的變化情況決定是否更改網絡拓撲結構和各個節點的路由表。?

所述的水下節點在下潛前進行系統時間校正。?

所述的水下節點處在運動狀態且未與其他節點通信時，該水下節點在移動過程中將定時發送特定的接入信號，鄰近的水面節點利用該信號計算與水下該節點的距離，該信號無需回復，中心節點由此定時更新該水下節點的位置變化，從而決定是否需要根據新的網絡拓撲連接更新各個節點的路由表。?

所述的發送特定的接入信號時，水下節點在發送前需要對信道進行監聽，如果附近有其他節點進行通信，則進行隨機規避；只有信道空閑時，發送該接入信號。?

所述的對等通信時，網絡的數據鏈路層MAC層協議采用基于MACAW優化改進的S型單信道共享協議，加入了非確認幀NACK，并去除了DS幀。?