[发明专利]一种基于水声和无线电混合信道的对等网络

说明书

技术领域

本发明涉及水声通信、无线网络通信技术，特别涉及一种基于水声和无线电混合信道的对等网络。 

背景技术

在浅海通信中，声信号传播受海底海面的影响比较明显，其传播衰减要比深海大得多，因此浅海水声通信的作用距离有限。高速率水声通信由于所选取的载波频率一般都较高，因此其作用距离大致在几公里到十几公里之间；低速率水声通信选用较低的载频或者更为可靠的调制方式，作用距离一般可达到几十公里。 

借鉴陆地通信网络的相关技术，结合水声信道的特殊性，水声网络的研究在网络结构、通信机制以及网络协议方面取得了一系列的成果。最能代表水声网络发展状况的是美国军研究办(ONR)和空海战系统中心(SPAWAR)研发的seaweb网络。该系统将若干移动的和固定的水下传感器节点通过声连接组成一个分布式双向无线网络，用于水下战场检测、海洋遥测、UUV控制和其他水下无线数字通信应用。系统中的网络节点分为网关节点、中继节点和普通传感器节点，普通传感器节点负责采集水下信息，由中继节点通过设定的路由传递至网关节点，网关节点具有水下声/射频(RACOM)通信接口，然后通过卫星或者舰载声纳最终送到岸上或者舰上的处理中心，处理中心对来自各节点的数据进行综合分析，供指挥中心决策。通过多次海试的不断完善和补充，目前seaweb已成为规模最大的在研实用水声网络，网络节点最多17个，最少3个，拓扑为分簇多跳结构，工作在5米到15米深的海域，节点间距依信道情况的不同，从3公里到7公里不等。而且已经具有很强的自组织能力，如进行自动节点识别、时钟同步达到0.1秒到1.0秒量级、节点自定位达到100米量级、节点更新和失效后的网络能够重新配置等等。 

当前，已有的水声网络多采用分簇式结构：水下分布式节点通过其它水下分布式节点中继或直接与“簇头节点”进行通信，发往任何节点的数据都需要先传给“簇头节点”，再由簇头决定转发传输路径。在实际海洋监测、水下警戒或探测等应用场所，所布置水下各网络节点之间需要传输大量数据，一些水面节点如水面舰船也需要与水下节点之间交互数据，此分簇式结构的网络工作效率低，有时甚至不能满足传输大量数据的要求。 

发明内容

本发明的目的在于，为解决上述问题，提出一种基于水声和无线电混合信道的对等网络，该结构的对等网络比分簇式结构效率更高。 

为实现上述发明目的，本发明提出一种基于水声和无线电混合信道的对等网络，该网络包括：若干水面节点和若干水下节点；其特征在于，该网络中的每一个节点在信息的传输上具有同等能力；所述的对等网络采用集中管理与相关控制信息颁发机制，选任一水面节点作为中心节点负责管理监控整个网络；在系统初始化或者拓扑结构发生变化时，中心节点将根据网络系统实时的连接情况计算各个节点的本地路由表，然后，由近及远地将这些路由表发送给对应节点；在通信过程中，各节点在接收到一帧数据后，根据帧头中的地址信息及本地路由表来判断其转发路径，实现网络中任意两节点对等通信；其中，所述的中心节点管理监控包括：网络拓扑结构变化、路由转发表到各节点颁发、水下节点接入管理和各网络节点工作运行情况。 

所述的中心节点通过获取各个节点的位置来监控网络拓扑结构变化。 

所述的水面节点通过GPS查询其位置。 

所述的一水下节点与其他节点通信时，数据帧的帧头中加入发送时间信息，该水下节点附近的水面节点收到此数据帧，解析此帧头，将接收时间与发射时间进行对比，参照工作海区的声速，计算得出收发两点间的距离；水面节点得到其与任一水下节点距离后，通过无线电将此距离发送给中心节点，中心节点通过至少三个水面节点到该水下节点的距离及对应水面节点的位置计算出该水下节点的位置；并根据节点位置的变化情况决定是否更改网络拓扑结构和各个节点的路由表。 

所述的水下节点在下潜前进行系统时间校正。 

所述的水下节点处在运动状态且未与其他节点通信时，该水下节点在移动过程中将定时发送特定的接入信号，邻近的水面节点利用该信号计算与水下该节点的距离，该信号无需回复，中心节点由此定时更新该水下节点的位置变化，从而决定是否需要根据新的网络拓扑连接更新各个节点的路由表。 

所述的发送特定的接入信号时，水下节点在发送前需要对信道进行监听，如果附近有其他节点进行通信，则进行随机规避；只有信道空闲时，发送该接入信号。 

所述的对等通信时，网络的数据链路层MAC层协议采用基于MACAW优化改进的S型单信道共享协议，加入了非确认帧NACK，并去除了DS帧。