[發(fā)明專利]一種面向水中機器人的水下組網方法

有效

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• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108513331B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設計）人: 謝廣明;張晗;王偉;曹發(fā)陽;王晨;范瑞峰
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/24;H04W84/18;H04B13/02
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 王玉松

1.一種面向水中機器人的水下組網方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1，針對位于水中的多個機器人，建立面向水中機器人的水下通信網絡拓撲和通信協議，其中，所述水下通信網絡拓撲采用無線自組織Ad-hoc網絡式設計，所述通信協議采用分層設計；

所述通信協議采用分層設計，包括：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層，其中，

所述物理層用于提供電場信號的放大、調制、濾波、解調和無線收發(fā)；

所述數據鏈路層用于實現多個所述水中機器人之間的鏈路上傳送以幀為單位的數據；

所述網絡層用于向不同的節(jié)點提供通信服務，以保證網絡中節(jié)點建立有效路由，通過節(jié)點轉發(fā)，實現多跳通信；所述網絡層中包含了自組織網絡基于拓撲的反應式AODV路由協議設計的電場通信路由協議；當源節(jié)點想要和其他目的節(jié)點通信，源節(jié)點路由表中沒有目的節(jié)點的信息時，將發(fā)起路由發(fā)現過程；在建立源節(jié)點到目的節(jié)點的路由后，可按照該鏈路通信；當一段時間內，源節(jié)點沒有收到目的節(jié)點回復的消息時，說明該條路由中斷，需發(fā)起路由維護過程；網絡層的上述功能主要通過水中機器人通信單元的微控制器實現；

所述傳輸層用于實現在所述水中機器人通信單元微處理器和主控制器之間傳遞電場通信數據；所述傳輸層通過IIC協議中的讀寫指令，使掛載在總線上采用Linux系統的水中機器人主控制器和通信單元微控制器之間能夠相互通信，確保應用層產生的數據、指令能夠通過電場通信網絡發(fā)送至其他節(jié)點，也能將其它節(jié)點發(fā)來的電場通信數據傳至應用層，進而使水中機器人根據電場通信數據和指令執(zhí)行相應的操作， 傳輸層的上述功能主要通過水中機器人通信單元的微控制器和主控制器實現；

所述應用層用于產生或響應電場通信數據和指令，以確保所述水中機器人的主控制器識別數據和指令，并按照電場通信數據和指令，控制水中機器人完成相應運動；

每臺所述機器人內置有通信單元微控制器和主控制器，其中，所述物理層、數據鏈路層、網絡層的功能由所述通信單元微控制器實現；所述傳輸層的功能由所述通信單元微控制器和主控制器實現；所述應用層的功能由所述主控制器實現；

步驟S2，根據所述步驟S1中建立的水下通信網絡拓撲和通信協議，為網絡中的每個節(jié)點分配唯一的地址和廣播地址；所述網絡中的每個節(jié)點分配唯一的地址和廣播地址，包括：向網絡中節(jié)點分配兩個字節(jié)，256個ID用于節(jié)點編址，其中，1個ID用于廣播地址，其余255個ID用于向節(jié)點分配唯一地址；

步驟S3，當有機器人請求向另一臺機器人發(fā)送數據時，基于無線自組網按需平面距離向量AODV路由協議設計的水下電場通信網絡層路由協議，在此之前通過廣播消息建立由源節(jié)點到目的節(jié)點的路由，建立路由后，作為源節(jié)點的機器人和作為目的節(jié)點的機器人之間按照路由表選擇通信鏈路進行通信；

步驟S4，如果通信鏈路中斷，則發(fā)起路由維護機制，等待鏈路恢復后繼續(xù)發(fā)送數據；

當通信鏈路發(fā)生中斷時，發(fā)起路由維護機制，

每當源節(jié)點的水中機器人向目的節(jié)點的水中機器人發(fā)出消息時，則作為源節(jié)點的水中機器人開啟超時定時器，當鏈路正常時，作為源節(jié)點的水中機器人收到目的節(jié)點的水中機器人回復的消息，復位定時器；

如果定時器溢出，說明通信鏈路發(fā)生中斷，源節(jié)點的水中機器人則廣播RREQ消息，重新建立路由，待路由建立后，繼續(xù)向目的節(jié)點的水中機器人發(fā)送數據。

2.如權利要求1所述的面向水中機器人的水下組網方法，其特征在于，在所述步驟S1中，所述水下通信網絡拓撲采用Ad-hoc網絡拓撲，每個所述機器人兼具網絡終端和路由器的功能。