[發(fā)明專利]一種水下機器人的自適應組網通信方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610130731.7
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105824236B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設計）人: 黃海;張國成;李岳明;席紅艷;萬磊;龐永杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于水下機器人通信領域，尤其涉及一種水下機器人的自適應組網通信方法。

背景技術

自主式水下機器人(AUV)在軍事上可廣泛應用于水域偵查、中繼通訊、區(qū)域探雷、智能攻擊等。在民用方面，可用于海底生物資源探查，礦產資源采樣，海底地形勘測，沉物打撈，地震地熱活動監(jiān)測，海洋環(huán)境監(jiān)測等。

多AUV的協(xié)作可以提高工作效率，并在某個AUV發(fā)生故障時提供冗余。使用價格相對低廉，構造簡單的多個小型AUV的合作來完成復雜的水下任務，比使用一個價格昂貴且攜帶多個傳感器的大型AUV具有更好的性能。多水下機器人組網通信的主要目的是為水下機器人個體之間的信息交互、協(xié)調提供支持，并實現(xiàn)機器人內部不同功能模塊之間的信息流通。

申請?zhí)枮镃N201510154636的中國專利文件(公開日：2015年9月9日)中公開的“一種用于水下機器人群協(xié)同控制的通信裝置與方法”提供了一種用于水下機器人群協(xié)同控制的通信裝置與方法。一種用于水下機器人協(xié)同控制通信裝置與方法雖然與本專利屬于同一技術領域，但它主要通過水生通信裝置完成信號的檢測、組包和編碼，并通過協(xié)同控制方法解決通訊范圍和帶寬約束導致的跟蹤性能下降問題。而本發(fā)明根據(jù)AUV節(jié)點之間的相對距離采取拓撲的信息傳輸方式，通過自適應MAC通信方法實現(xiàn)領航員AUV和所有的跟隨AUV之間的數(shù)據(jù)傳輸和時間同步，這樣該發(fā)明就降低了領航AUV的能量消耗，提高了整個AUV編隊組網的生存時間和網絡的吞吐量。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種具有使用靈活，適應性強的水下機器人的自適應組網通信方法。

一種水下機器人的自適應組網通信方法，包括以下步驟，

步驟一：建立水下機器人組網的分層通信結構，結構包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網絡層；

步驟二：在分層通信結構的基礎上定義AUV節(jié)點之間通信的拓撲結構，G＝(V,ξ,A)為多個AUV節(jié)點組成的帶權有向圖,其中V＝{s₁,s₂,...,s_n}是AUV的節(jié)點集,圖的有向邊集為A＝[a_ij]為有向圖的帶權鄰接矩陣，a_ij≥0；每一條邊(s_i,s_j)對應AUV節(jié)點s_i和AUV節(jié)點s_j在t時刻通信過程中的信道，即

步驟三：將水下機器人組網通信的拓撲結構分為線性傳輸拓撲結構和一對多競爭拓撲結構。

本發(fā)明一種水下機器人的自適應組網通信方法，還可以包括：

1、根據(jù)AUV節(jié)點之間的相對距離，選擇線性傳輸拓撲結構和一對多競爭拓撲結構，對于距離領航員AUV節(jié)點較遠而距離其他跟隨AUV較近的節(jié)點采用線性拓撲傳輸方式，在線性拓撲傳輸過程中，領航員AUV和所有的跟隨AUV通過廣播與應答的方式實現(xiàn)時間同步，之后節(jié)點根據(jù)距離領航員AUV和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Чx擇負責外圍節(jié)點的通信或休眠；而對于其他AUV節(jié)點采用一對多競爭拓撲傳輸方式，采用了一對多競爭的自適應通信方法。

2、線性傳輸拓撲結構的通信方法為：

(1)當一個領航員AUV與其他幾個AUV跟隨節(jié)點采用線性拓撲傳輸方式通信時，自適應組網通信方法中每個節(jié)點均包含一個“RTS”、“CTS”、“Data”和“ACK”，當信道競爭選擇完畢后，領航員AUV和所有的跟隨AUV通過廣播與應答的方式實現(xiàn)時間同步，領航員AUV通過中間節(jié)點1向接收節(jié)點2發(fā)送消息；