[發(fā)明專利]基于北斗導航系統的水下無線傳感器網絡網關及通信方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710132149.9
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN106961657A
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發(fā)明（設計）人: 武欣桐;孫山林;李云;陳龐森
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學;桂林航天工業(yè)學院
• 主分類號: H04W4/00
• 分類號: H04W4/00;H04W84/18;H04W88/16
• 代理公司: 佛山市廣盈專利商標事務所(普通合伙)44339
• 代理人: 楊樂兵

技術領域

本發(fā)明涉及數據交換技術，尤其是涉及一種基于北斗導航系統的水下無線傳感器網絡網關及通信方法。

背景技術

中國是陸地大國，同時也是一個海洋大國，海洋面積居世界前列。一方面，我國的海上石油、天然氣資源，潮汐能/風能資源，漁業(yè)資源等海洋資源豐富；另一方面，海洋安全是國家安全的重要組成部分與重要保證。因此，有效地開發(fā)和保護海洋資源、維護海洋安全具有很高的經濟價值和戰(zhàn)略意義。

在眾多新興的海洋科技領域中，水下無線傳感器網絡因近年來在水體污染監(jiān)控、水下資源勘探、海洋地理氣象數據收集、地震/海嘯災難預防、國防安全領域等方面的應用受到日益廣泛的關注。例如，在海洋地理數據收集方面，水下無線傳感器網絡利用水面、水下布放的傳感器，協作采集三維海洋地理數據。因此，該技術對沿海地區(qū)水文氣象數據采集，災害災難預報方面有著重要意義。

然而，在遠海海上缺乏無線通信運營商的信號覆蓋，迫切需要有效的海上通信手段。現在的海洋通信一般使用甚高頻(Very High Frequency，簡稱VHF)電臺，支持單工和雙工通信。但是，VHF電臺存在最大的問題是通信距離有限，最大通信距離一般不超過30千米，對于浩瀚的海洋來說，通信信號的覆蓋范圍遠遠不足，且無法有效的進行海上數據通信。

發(fā)明內容

為了解決水下無線傳感網絡遠距離通信能力不足的缺陷，本發(fā)明提出一種基于北斗導航系統的水下無線傳感器網絡網關，這種網關兼具衛(wèi)星通信能力和水下聲通信能力，實現水下無線傳感器網絡數據與岸基信息數據的遠距離有效交換。

一種基于北斗導航系統的水下無線傳感器網絡網關，該網關包括：

北斗數據收發(fā)模塊，用于接收北斗導航系統下發(fā)的控制命令，并將來自水下無線傳感器網絡的感知數據按預設格式的數據包分包發(fā)送給北斗導航系統；

網絡協議棧轉換模塊，用于在北斗導航系統協議棧與水下無線傳感器網絡協議棧之間的相互轉換處理，將控制命令轉換成水下無線傳感器網絡的數據幀通信格式，將感知數據轉換成北斗導航系統的數據幀通信格式；

通信模塊，用于與水下無線傳感器網絡進行通信；

核心控制模塊，用于控制北斗數據收發(fā)模塊、網絡協議棧轉換模塊及通信模塊的工作，將控制命令轉發(fā)給水下無線傳感器網絡，以及將感知數據發(fā)送給北斗導航系統。

預設格式的數據包是由包頭、分包編號、總分包數量、起始包標記、結束包標記及數據這6部分組成。

網絡服務管理模塊包括：網絡連接管理單元；與網絡連接管理單元相連的網絡資源管理單元、異構網絡調度單元及異構網絡自適應單元。

北斗數據收發(fā)模塊包括相連的北斗導航系統接口、網絡接口控制器和數據壓縮處理器，由數據壓縮處理器對數值預報產品數據采用Huffman算法壓縮處理、對ASCII碼的保障數據采用LZW算法進行壓縮處理。

該網關還包括：設置在北斗數據收發(fā)模塊與網絡協議棧轉換模塊之間的網絡服務管理模塊，用于優(yōu)化網關的網絡資源，確保網關能夠與北斗導航系統之間進行通信。

網絡服務管理模塊包括：網絡連接管理單元；與網絡連接管理單元相連的網絡資源管理單元、異構網絡調度單元及異構網絡自適應單元。

相應的，本發(fā)明還公開一種基于北斗導航系統的水下無線傳感器網絡網關的通信方法，該通信方法包括數據發(fā)送的處理與數據接收的處理；

其中，數據發(fā)送的處理包括：由通信模塊接收來自水下傳感器網絡節(jié)點的感知數據，由網絡協議棧轉換模塊將感知數據轉換成北斗導航系統的數據幀通信格式，并由北斗數據收發(fā)模塊按預設格式的數據包將感知數據分包發(fā)送給北斗導航系統；

其中，數據接收的處理包括：由北斗數據收發(fā)模塊接收來自北斗導航系統的控制命令，由網絡協議棧轉換模塊將北斗導航系統的控制命令數據幀轉換成水下無線傳感器網絡的數據幀通信格式，再由通信模塊將控制命令轉發(fā)給水下無線傳感器網絡。

所述基于北斗導航系統的水下無線傳感器網絡網關的通信方法還包括優(yōu)化網關的網絡資源配置以確保網關能夠與北斗導航系統之間進行通信的步驟。

所述基于北斗導航系統的水下無線傳感器網絡網關的通信方法還包括：在北斗數據收發(fā)模塊對感知數據分包處理之前，還包括對數據進行壓縮處理的步驟，該壓縮處理包括對數值預報產品數據采用Huffman算法壓縮處理、對ASCII碼的保障數據采用LZW算法進行壓縮處理。