[發明專利]基于P2P的水聲傳感器網絡系統及其數據傳輸方法

有效

• 申請號: 201310156309.5
• 申請日: 2013-04-28
• 公開（公告）號: CN103209224A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 徐明;劉廣鐘;吳華鋒;孫偉
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 周榮芳

1.一種基于P2P的水聲傳感器網絡系統，其特征在于，包括：若干個水聲傳感器節點、若干個中繼節點、若干個匯聚節點，和若干個P2P節點；

所述中繼節點通過浮標或者船載的方式漂浮在水面上，并且能夠通過無線通信方式與岸上的匯聚節點進行信息交互，再通過所述匯聚節點與P2P節點的信息交互，以及所述P2P節點與其他P2P節點的信息交互來傳輸采集的數據供后續處理；

多個所述水聲傳感器節點位于水中的不同深度，其中一些水聲傳感器節點直接懸掛于水面上的中繼節點下方，另一些水聲傳感器節點利用浮標通過錨泊方式懸浮于水中；

其中，每個所述水聲傳感器節點設置有兩個數據通信接口，其中一個接口為CAN總線接口，能夠通過CAN總線與中繼節點直接進行數據通信；另一個接口為水聲通信接口，能夠使用水聲換能器與其它水聲傳感器節點進行數據通信，從而將任意一個水聲傳感器節點采集到的數據逐步轉發給距離水面更近的水聲傳感器節點，直至通過CAN總線傳輸到水面上的中繼節點，形成完整的水聲通信路由路徑。

2.如權利要求1所述基于P2P的水聲傳感器網絡系統，其特征在于：

所述水聲傳感器節點中，包括：

能夠將探測到的水下聲信號轉換為電信號的水聽器，依次對電信號進行相應處理的衰減保護模塊、前置放大模塊、帶通濾波器和A/D轉換模塊，和對轉換得到的數字信號實現數據處理和硬件邏輯設計的FPGA中央處理模塊；以及，

對所述FPGA中央處理模塊處理后輸出的數據信號，依次進行相應處理的D/A轉換模塊、平滑濾波器、功率放大模塊和匹配網絡模塊，和由阻抗匹配后的電信號激發產生機械振動的換能器，從而推動水介質向水中發射聲波信號，以便與其它水聲傳感器節點進行水聲通信；

所述水聲傳感器節點中還包括，與所述FPGA中央處理模塊信號連接的以下裝置：能夠為水聲傳感器節點的各個模塊和芯片供電，并且通過程控方式切換水聲傳感器節點的工作或者休眠狀態的電源管理模塊，以及負責提供時鐘日歷、記錄數據收發的時間并能夠通過讀取芯片內部寄存器進行報警的時鐘管理模塊；所述時鐘管理模塊的芯片還能夠在節點處于休眠狀態時由法拉電容供電；

所述水聲傳感器節點中的CAN通信接口，與所述FPGA中央處理模塊信號連接，作為水聲傳感器節點與中繼節點之間的數據通信接口。

3.如權利要求1所述基于P2P的水聲傳感器網絡系統，其特征在于：

所述中繼節點中，包括負責控制指令下達的主控模塊，以及分別與所述主控模塊信號連接的以下裝置：

負責數據的接收、發送和存儲的前置機，作為中繼節點與水聲傳感器節點之間的數據通信接口的CAN通信接口，為中繼節點的各個模塊和芯片供電以及節能控制的電源管理模塊，以及作為中繼節點與匯聚節點之間的數據通信接口的GPRS無線通信模塊；

其中所述GPRS無線通信模塊設置有微控制器和GPRS模塊，所述微控制器通過緊耦合的嵌套矢量中斷控制器來減少中斷響應時間，從而提高GPRS模塊的收發性能。

4.如權利要求1所述基于P2P的水聲傳感器網絡系統，其特征在于：

所述匯聚節點中，包括：負責電源控制、產生時序以及工作模式切換的微控制器，以及分別與所述微控制器信號連接的以下裝置：

負責為匯聚節點的各個模塊和芯片供電的電源模塊，作為匯聚節點與中繼節點之間的數據通信接口的GPRS無線通信模塊，作為匯聚節點與P2P節點之間的數據通信接口的RS232串口通信模塊。

5.如權利要求1所述基于P2P的水聲傳感器網絡系統，其特征在于：

所述P2P節點中，包括：負責向水聲傳感器節點下達各類控制指令并且控制數據接收和發送，同時負責控制與其它P2P節點進行數據接收和發送的上位機，以及分別與所述上位機信號連接的以下裝置：

負責為P2P節點的各個模塊和芯片供電的電源模塊，負責數據存儲管理的存儲模塊，作為P2P節點與匯聚節點之間的數據通信接口的RS232串口通信模塊，以及作為P2P節點之間的數據通信接口并基于UDP的協議進行數據通信的以太網卡。