[發明專利]一種水聲通信模塊、方法及水下無線傳感器網絡節點裝置

有效

• 申請號: 201910079787.8
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109743117B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 梁平元;李杰;周桃云
• 申請（專利權）人: 湖南人文科技學院
• 主分類號: H04B11/00
• 分類號: H04B11/00;H04B13/02;H04W84/18
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 程華

1.一種水聲通信模塊，其特征在于，包括：數字信號處理器，與所述數字信號處理器分別連接的數字模擬轉換器和模擬數字轉換器，與所述數字模擬轉換器連接的超聲換能器，以及與所述模擬數字轉換器連接的水聽器；

所述水聽器用于獲取水下超聲信號并將所述水下超聲信號轉換為第一模擬信號；所述模擬數字轉換器用于將所述第一模擬信號轉換為第一數字信號，所述數字信號處理器用于對所述第一數字信號進行數字正交相干解調調制、媒介訪問控制或路由跨層水聲通信處理，得到第二數字信號；所述數字模擬轉換器用于將所述第二數字信號轉換為第二模擬信號；所述超聲換能器用于將所述第二模擬信號轉換為超聲信號發射到水中；

所述對所述第一數字信號進行媒介訪問控制跨層水聲通信處理，得到第二數字信號，具體包括：

發送節點識別所述第一數字信號中的地址信息向目標節點發送數據；

所述發送節點告知信道讓周圍可通信范圍內的所有鄰居節點退避；

判斷信道是否空閑，得到第一判斷結果；

若所述第一判斷結果為是，則所述發送節點啟動定時器并隨機選擇一段時間；

判斷所述定時器是否計時結束，得到第二判斷結果；

若所述第二判斷結果為是，則在計時結束后新時隙開始時所述發送節點以最大功率向目標節點發送請求發送數據的控制幀；

所述目標節點根據所述請求發送數據的控制幀計算最小功率，并在下個時隙開始時返回清除發送控制幀給所述發送節點，同時所述發送節點周圍可通信范圍內的所有鄰居節點根據接收到的所述請求發送數據的控制幀，計算休眠時隙個數，并進入休眠；

所述發送節點根據所述清除發送控制幀在下個時隙開始時，以最小功率發送所述數據給所述目標節點，同時所述目標節點周圍可通信范圍內的所有鄰居節點根據接收到的所述清除發送控制幀計算休眠時隙個數，并進入休眠；

判斷所述數據是否傳輸成功，得到第三判斷結果；

若所述第三判斷結果為是，則接收完所述數據的下個時隙開始時，所述目標節點發送確認幀給所述發送節點，同時所述發送節點周圍可通信范圍內的所有鄰居節點根據接收到的所述確認幀計算休眠時隙個數，并進入休眠；

若所述第三判斷結果為否，則接收完所述數據的下個時隙開始時，所述目標節點發送不成功信息給所述發送節點，同時所述發送節點周圍可通信范圍內的所有鄰居節點根據接收到的所述不成功信息計算休眠時隙個數，并進入休眠；

所述發送節點根據所述不成功信息，重新向所述目標節點發送數據；

若所述第二判斷結果為否，則所述發送節點告知信道讓周圍可通信范圍內的所有鄰居節點退避；

若所述第一判斷結果為否，則所述發送節點告知信道讓周圍可通信范圍內的所有鄰居節點退避；

所述目標節點根據接收到的所述數據得到所述第二數字信號；

所述對所述第一數字信號進行路由跨層水聲通信處理，得到第二數字信號，具體包括：

所述第一數字信號觸發當前監測節點自檢；

判斷所述當前監測節點剩余能量是否大于簇首節點剩余能量門限，得到第一判斷結果；

若所述第一判斷結果為是，則所述當前監測節點成為簇首節點；

若所述第一判斷結果為否，則所述當前監測節點就近廣播簇首節點請求消息給鄰居節點；

所述鄰居節點判斷是否是匯聚節點，得到第二判斷結果；

若所述第二判斷結果為是，則所述匯聚節點立即發出當選匯聚節點廣播消息，其余節點恢復休眠，并采集融合數據傳遞給所述匯聚節點；

若所述第二判斷結果為否，則所述鄰居節點判斷自身剩余能量是否大于簇首節點剩余能量門限且自身實際傳輸距離是否小于簇間長傳輸ILT距離門限，得到第三判斷結果；

若所述第三判斷結果為是，則所述鄰居節點成為準簇首節點；

所述準簇首節點根據自身剩余能量和自身實際傳輸距離計算隨機退避時間，并在所述隨機退避時間內等待附近當選簇首節點廣播消息；

判斷收到所述附近當選簇首節點廣播消息的個數，得到第四判斷結果；

若所述第四判斷結果為0，則所述準簇首節點發出附近當選簇首節點廣播消息，并在下一個隨機退避時間內等待自身歸屬信息；

若收到所述自身歸屬信息，則所述準簇首節點成為簇首節點；

若未收到所述自身歸屬信息，則所述準簇首節點成為孤立簇首節點；

若所述第四判斷結果為1，則所述準簇首節點返回歸屬信息；

若所述第四判斷結果為≥2，則所述準簇首節點既不返回歸屬信息，也不發送附近當選簇首節點廣播消息；

若所述第三判斷結果為否，則所述鄰居節點休眠；

判斷所述簇首節點和所述孤立簇首節點是否是首發簇首節點，得到第五判斷結果；

若所述第五判斷結果為是，則所述首發簇首節點就近尋找合適節點采集融合數據；

若所述第五判斷結果為否，則所述簇首節點根據協作建簇方法就近選擇合適的協作節點，然后發送遠端簇首節點請求尋找下一跳節點；

判斷所述下一跳節點是否是匯聚節點，得到第六判斷結果；

若所述第六判斷結果為是，則所述匯聚節點立即發出當選匯聚節點廣播消息，周圍節點不再成為簇首節點，并根據路由信息選擇時延代價最小的路徑，連接建立后，其余節點恢復休眠狀態，同時參與節點以協作方式傳遞數據；

若所述第六判斷結果為否，則判斷所述下一跳節點自身剩余能量是否大于簇首節點剩余能量門限且所述自身實際傳輸距離是否在簇內短傳輸IST距離門限和節點有效通信距離之間；

若是，則確定是否已超過最大設置跳數，若超過最大設置跳數，則該路徑不再繼續搜索；若未超過最大設置跳數，則所述下一跳節點成為準簇首節點，所述準簇首節點發出附近當選簇首節點廣播消息，并在下一個隨機退避時間內等待自身歸屬信息；

若否，則所述下一跳節點休眠；

所述匯聚節點根據接收到的所述數據得到所述第二數字信號。